이 글을 읽고 계시다면, 여러분은 신뢰할 수 있는 리튬 이온 폴리머(LiPo) 셀을 소싱하는 제품 디자이너이거나, 맞춤형 전자 제품을 만드는 취미가이거나, 투자한 셀을 망치고 싶지 않기 때문에 "3.7V 500mAh LiPo 배터리의 저장 전압"을 검색해 본 사람일 가능성이 높습니다. 선도적인 LiPo 배터리 공급업체를 운영하는 팀으로서 우리는 매일 이 질문을 받습니다. 그럴 만한 이유가 있습니다. 이러한 배터리를 잘못 보관하는 것은 고객이 저지르는 가장 흔하고 비용이 많이 드는 실수 중 하나입니다. 우리는 고객이 한 번도 사용하지 않은 죽은 3.7V 500mAh 셀을 가지고 우리를 찾아온 적이 있습니다. 이는 모두 긴 주말 동안 배터리를 완전 충전 상태로 보관했거나 완전히 방전되었기 때문입니다.
먼저, 실제 상황에 맞게 전문 용어를 살펴보겠습니다. 여기서 3.7V 정격은 셀의 고정 작동 전압이 아닌 공칭 전압입니다. LiPo 배터리의 충전 범위는 대략 3.0V(방전된 "최종 전압")에서 4.2V(완전 충전) 사이입니다. 그 격차는 매우 중요합니다. 장기간 동안 극단에 세포를 보관하면 시간이 지남에 따라 용량을 갉아먹는 화학 반응이 유발됩니다. 3.7V 500mAh 장치(웨어러블 기기, Bluetooth 추적기 또는 소형 IoT 센서용으로 충분히 작음)의 경우 용량 손실은 단지 사소한 불편이 아닙니다. 시장에 출시되기도 전에 장치의 성능이 저하되거나 프로젝트 도중 프로토타입에 전력을 공급할 수 없게 될 수 있습니다.
8년 동안 LiPo 셀을 다루면서 저는 너무 많은 사람들이 "배터리는 충전하는 곳에 보관한다"는 생각을 기본으로 하는 것을 보았습니다. 그러나 사실은 그렇지 않았습니다. LiPo의 셀 화학은 기존 NiMH 또는 납산 배터리보다 장기간의 고전압 또는 저전압에 훨씬 더 민감합니다. 3.7V 500mAh 셀을 4.2V로 충전하고 몇 달 동안 방치하면 고전압으로 인해 양극의 SEI(고체 전해질 간기) 층이 파괴됩니다. SEI 층은 보호막과 같습니다. 파손되면 리튬 이온이 쓸모없는 침전물에 갇히고 배터리 용량이 영구적으로 손실됩니다. 반대로, 보관을 위해 셀을 3.0V(또는 그 이하)까지 방전시키면 음극이 너무 많은 리튬 이온을 방출하게 되어 구조적 손상이 발생하여 사이클 수명이 크게 단축됩니다.
그렇다면 저장 전압의 가장 좋은 점은 무엇입니까? 수천 개의 셀을 테스트하고 배터리 화학자와 협력하여 국제전기기술위원회(IEC) 및 리튬 셀 제조업체의 모범 사례를 검증한 결과, 3.7V 공칭 LiPo 배터리에 권장되는 저장 전압은 셀당 3.8~3.9V입니다. 이것이 바로 우리 엔지니어링 팀이 핵심 제품인 리튬 이온 폴리머 배터리 3.7V 500mAh를 포함하여 모든 표준 LiPo 라인에 대해 지정하는 것입니다. 우리는 5% 미만의 용량 손실로 최대 1년 동안 이 전압을 보관할 수 있도록 모든 장치를 제작합니다. 이는 최종 테스트 및 패키징 중에 정확한 전압 범위를 유지하기 위해 제조 라인을 교정해야만 달성할 수 있는 것입니다.
500mAh 모델과 같은 소형 LiPo 셀에 대해 3.8V-3.9V가 협상 불가능한 이유를 분석해 보겠습니다. 전동 공구나 휴대용 태양광 발전 은행에 사용되는 리튬 폴리머 배터리 3.7V 6000mAh와 같은 고용량 LiPo의 경우 저장 전압은 셀당 거의 동일한 범위로 작동합니다. 왜냐하면 화학적 특성이 용량에 관계없이 확장되기 때문입니다. 보청기나 피트니스 트래커용 리튬 이온 폴리머 배터리 3.7v 100mah와 같이 훨씬 작은 장치라도 동일한 규칙을 따릅니다. 왜냐하면 핵심은 여전히 동일한 리튬 코발트 산화물 화학이기 때문입니다. 유일한 차이점은 유통기한입니다. 작은 셀은 큰 셀보다 자가 방전 속도가 더 빠르므로 6개월 이상 방치할 경우 저장 전압을 빠르게 충전해야 합니다.
“3.8V를 수용할 수 있는 고급 배터리 충전기가 없는데 어떻게 해야 합니까?”라고 생각하는 분들도 계실 것입니다. 그것은 공정한 질문이며, 이것이 우리가 창고에서 바로 "기본" 저장 전압을 갖도록 3.7V 500mAh 셀을 구축하는 이유입니다. 배송 전에 모든 장치를 3.85V로 사전 충전하므로 새 배치를 개봉할 때 즉시 만질 필요가 없습니다. 충전하지 않고 최대 10개월 동안 선반에 보관할 수 있습니다. 이는 재고를 유지하는 제품 팀에게 큰 이점입니다. 저장 전압에 도달하기 위해 셀을 충전하거나 방전해야 하는 경우 대부분의 최신 LiPo 충전기(저렴한 취미용 충전기 포함)에는 이를 자동으로 수행하는 "저장 모드" 설정이 있습니다. 특정 충전기에 대한 제조업체의 지침을 따르십시오. 전압에 관계없이 배터리를 충전하거나 방전하는 동안 방치하지 마십시오.
또 다른 일반적인 통념은 보관 온도가 보관 전압만큼 중요하다는 것입니다. 전압이 적절하더라도 3.7V 500mAh LiPo를 뜨거운 차고(25°C/77°F 이상) 또는 차가운 지하실(10°C/50°F 미만)에 보관하면 용량 손실이 가속화됩니다. 가능한 가장 긴 보관 수명을 위해 항상 이러한 셀을 3.8V-3.9V 전압 범위와 함께 약 15°C-20°C(59°F-68°F)의 서늘하고 건조한 장소에 보관하는 것이 좋습니다. 중형 장치용으로 제공되는 충전식 리튬 이온 배터리 3.7V 2000mah와 같이 배치가 더 큰 경우, 제품 출시를 위해 재고를 보유하고 있다면 온도 조절 캐비닛에 보관할 수 있지만 동일한 전압 규칙이 적용됩니다.
이를 관점에서 볼 수 있도록 실제 사례에 대해 이야기해 보겠습니다. 작년에 휴대용 개 추적기를 만드는 고객이 새로운 라인을 위해 리튬 이온 폴리머 배터리 3.7V 500mAh 셀 5,000개를 주문했습니다. 그 중 절반은 겨울 동안 창고에 완전 충전(4.2V)으로 보관했고, 나머지 절반은 권장되는 3.85V로 보관했습니다. 6개월 후 셀을 테스트했을 때 4.2V로 저장된 셀은 평균 18%의 용량 손실을 보였습니다. 이는 트래커가 정격 30시간이 아닌 1회 충전으로 24시간만 지속된다는 의미입니다. 3.85V에 저장된 셀은 평균 4.7%의 용량 손실을 보였으며 이는 제품에 허용되는 범위 내에 있었습니다. 이는 실제 비즈니스에서 스토리지 전압 지침을 따르는 것과 같은 차이입니다.
이미 3.7V 500mAh LiPo를 잘못 보관했다면 어떻게 될까요? 당황하지 마십시오. 몇 달밖에 지나지 않았다면 대개 회복할 수 있습니다. 먼저 낮은 전류(0.1C, 500mAh 셀의 경우 50mA)에서 천천히 최대 4.2V까지 충전한 다음 3.8V까지 방전시키고 이 사이클을 몇 번 반복합니다. 이는 SEI 레이어를 재보정하고 일부 용량을 복원하는 데 도움이 될 수 있습니다. 셀이 전압이 좋지 않은 상태에서 1년 이상 방치된 경우 전혀 충전이 되지 않을 수 있습니다. 그러나 이것이 바로 스토리지를 바로 확보하는 것이 매우 중요한 이유입니다.
맞춤형 LiPo 셀을 주문하는 사람이라면 일부 제조업체가 생산 속도를 높이기 위해 최종 저장 전압을 제한한다는 점에 주목할 필요가 있습니다. 조립 중에 충전할 필요가 없어 저장 수명이 손상되는 것을 피하기 위해 셀을 완전 충전된 상태로 배송할 수도 있습니다. 그렇기 때문에 스토리지 전압 교정을 우선시하는 공급업체를 선택하는 것이 중요합니다. 당사의 601944 500mAh 리튬 폴리머 배터리(스마트 시계 및 소형 웨어러블 기기에 널리 사용되는 폼 팩터)는 포장하기 전에 세 가지 개별 전압 검사를 거쳐 모든 단일 장치가 3.8V-3.9V 범위에 도달하는지 확인합니다. 용량 유지를 확인하기 위해 12개월 동안 보관한 후 모든 배치의 무작위 샘플을 테스트하므로 고객은 불량 셀을 걱정할 필요가 없습니다.
또한 작은 LiPo 셀로 프로젝트를 구축하는 취미생활자 및 학생들로부터 받은 질문에 대해서도 답변하고 싶습니다. 드론이나 휴대용 Bluetooth 스피커에 3.7V 500mAh 셀을 사용하는 경우 정기적으로 충전 및 방전할 수 있지만, 프로토타입을 테스트하고 세션 사이에 몇 주 동안 보관해야 하는 경우 보관하기 전에 최대 3.8V까지 충전하세요. 예를 들어, 드론 배터리를 밤새 완전히 충전한 상태로 두지 마십시오. 너무 많은 취미 애호가들이 그렇게 해서 배터리 팩을 터뜨리는 것을 본 적이 있으며, 저장 모드가 있는 20달러짜리 LiPo 충전기를 사용하면 이러한 상황을 완전히 피할 수 있습니다.
결국 올바른 저장 전압을 얻는 목표는 간단합니다. 필요할 때를 위해 LiPo 배터리 용량을 보존하는 것입니다. 3.7V 500mAh 셀의 경우 3.8V~3.9V 범위는 임의의 숫자가 아닙니다. SEI 레이어를 건강하게 유지하고 리튬 이온 트랩을 방지하며 배터리가 수년간 의도한 대로 작동하도록 보장하는 최적의 지점입니다. 단일 프로토타입 셀을 주문하든 상용 제품을 위한 대량 배치를 주문하든 이 지침을 따르면 비용을 절약하고 낭비를 줄이며 골치 아픈 문제를 예방할 수 있습니다.
리튬 이온 폴리머 배터리 3.7V 500mAh를 주문할 준비가 되었거나 저장 공간, 폼 팩터 또는 맞춤형 LiPo 셀 솔루션에 대해 질문이 있는 경우, 저희가 도와드리겠습니다. 우리 엔지니어링 팀은 디자이너 및 엔지니어와 협력하여 모든 프로젝트에 적합한 배터리를 찾는 수년간의 경험을 갖고 있으므로 주저하지 말고 문의하십시오.
참고자료:
- 국제전기기술위원회. (2020). IEC 60086-4: 기본 및 보조 배터리 - 파트 4: 리튬 배터리.
- Li, J., et al. (2019). “리튬이온 폴리머 배터리 저장: 전압 및 온도가 용량 유지에 미치는 영향.” 전원 저널, vol. 421, pp. 124-132.
- 삼성SDI. (2021). 가전제품을 위한 LiPo 배터리 적용 및 보관 지침.
- 배터리 대학. (2022). “리튬 배터리 저장 전압의 이해.” Batteryuniversity.com에서 확인 가능(2024년 3월 접속).
