스마트폰 등 리튬이온 배터리 과충전으로 발생하는 화재

스마트폰, 전통킥보드와 장난감 등에 있는 리튬이온 배터리의 화재사고는 60%가 주거지에서 발생하고 원인의 51%가 과충전 때문이다. 정품 BMS가 달려 있어도 리튬 배터리는 충전 완료 후에 전기 코드를 뽑는 게 낫다. 폐 리튬 배터리는 지정된 곳에 분류수거해야 한다. 

 

스마트폰과 전동킥보드의 리튬 배터리 화재는 과충전으로 발생

리튬 배터리는 충전이 완료되면 전원을 차단해야 한다. 과충전 상태가 되면 전기 에너지의 과다 공급으로 인해 화재가 발생하기 때문이다.  화재가 발생한 배터리 상태는 절반 이상이 과충전 상태였다. 배터리가 완전히 충전되면 배터리 내부의 압력이 높아져 위험도 커진다. 

 

휴대폰 리튬 배터리 화재. Fire Guard Services

 

 리튬 배터리는 충돌 등 강한 충격과 열을 받으면 폭발할 수 있다. 스마트폰 등을 여름 더운 날에 차 안에 두면 열을 받아 화재가 발생할 수 있다. 리튬 배터리는 바닥이나 벽에 강하게 부딪혀 찍히거나 눌리면 충격 때문에 화재가 발생하는데 이런 경우도 17건이나 발생했다. 

 

 스마트폰의 화재 건수는 2019년에는 0건이었으나 2023년에는 12건 발생했다. 전기오토바이 화재도 같은 기간 3건에서 9건으로 늘어났다. 리튬전지로 충전하는 전자담배 역시 과충전 되면 화재가 발생한다. 전자담배의 화재는 지난 5년간 7건이 발생했다. 

 

https://www.newsis.com/view/NISX20240720_0002818951

 

 리튬이온 배터리는 전기 자동차뿐만 스마트폰, 블루투스 헤드셋, 노트북, 디지털카메라, 전자담배, 장난감, 전동킥보드, 전기자전거와 전기오토바이 등에 사용된다.

 

 전동킥보드와 전기 자전거 보급이 늘고 이용자가 늘면서 배터리 화재는 4년 만에 4배 폭증했다. 2019년 49건에서 2023년에는 179건이 발생했다. 지난 5년간 4명이 죽고 72명이 중경상을 입었다. 스마트폰 화재의 60%는 집에서 충전하다가 발생했다. 

 

 스마트폰을 집에서 임의로 분해하면 화재가 발생할 수 있다. 침수된 휴대전화를 건조하려고 바늘을 이용해 분해하다가 불이 난 경우도 있다. 

 

리튬 배터리 관리시스템 BMS

리튬이온 배터리에 정상적인 BMS가 있으면 과충전 되어도 터지지 않는다. 중국산 저가형 BMS인 경우가 많아서 4.2 볼트 이상으로 넘어가면 과충전 되다가 화재가 발생하기 쉽다. 

 

 BMS는 리튬 배터리 관리 시스템으로 배터리 팩의 내부에서 개별 셀의 충전 및 방전을 감독하고 제어하도록 설계된 전자 시스템이다. BMS는 과충전과 과방전을 방지하고 전반적인 충전 상태를 관리하며 배터리 상태, 안전 및 성능을 유지하는데 중요하다. 

 

 리튬이온 배터리의 한 셀당 정격전압은 3.7 볼트이다. 그러나 리튬 배터리 제품 중에 정격전압이 7.2 볼트 이상인 경우는 배터리 팩의 여러 셀 사이에 전압차가 발생해 터질 수도 있어서 주의가 필요하다. 정격전압은 평균적으로 가장 길게 출력가능한 전압이다. 

 

리튬이온 배터리 특징

리튬 배터리 화재는 물을 끼얹어서는 꺼지지 않는다. 리튬이온 배터리 내부의 리튬은 순수 리튬금속이 아니라 리튬염 전해질이기 때문이다. 전해질은 전기의 성질을 띤다. 일반 소화기로도 진화되지 않는다. 리튬이온 배터리 전용 소화 물질이 따로 있다. 

 

 리튬이온 배터리는 배터리 내부의 일부 셀에서 화재가 나도 몇 초 안에 연쇄적인 폭발(열폭주현상)이 발생해 전체 배터리 팩으로 번진다. 리튬이온의 성질 때문이다.

 

 리튬이온은 양극과 음극 사이를 이동하면서 에너지를 만들어 내는데 양극 사이에는  두 극을 분리하는 보호막이 있다. 보호막 등의 문제로 두 극이 서로 닿으면 과한 전류가 흐르게 되고 과도한 에너지로 인해 열이 발생해 불이 붙는다. 

 

 리튬 배터리가 부풀어 오르거나 냄새가 나거나 소리가 나고 변색 등 이상 현상이 감지되면 사용을 중지해야 한다. 제품 고장 시에는 직접 수리하기보다는 전문가에 의뢰를 하는 것아 안전하다. 

 

 리튬 배터리 화재가 나면 가연물이 없는 곳에 배터리를 두고 안전한 장소로 신속 이동한 후 119에 신고한다. 신고할 때는 리튬배터리 화재임을 확실히 말해야 한다. 

 

 리튬이온 배터리는 작은 면적에 많은 에너지를 갖고 있어서 외부 충격이나 열에 노출되면 에너지가 밖으로 나오면서 열이 생성된다. 이 열이 배터리의 내부 물질을 가연성 독성가스로 만든다. 

 

 전기 자전거 전기차 전기 스쿠터 등의 고용량 리튬배터리를 충전할 때는 멀티탭이 아닌 벽면 콘센트에 직접 연결해 충전하는 게 안전하다. 충전 장소는 직사광선이 없는 공기가 통하는 외부에서 한다. 유사시에 대비해 내부에서 외부로 나가는 탈출로에서는 충전해서는 안된다. 

 

화재 방지 위해 분류수거 해야 하는 리튬이온 배터리

수명이 다한 리튬배터리는 화재 방지를 위해 지정된 전용 수거함에 넣어야 한다. 리튬배터리를 일반 쓰레기통이나 재활용 수거함에 넣으면 이동하거거나 매립 시 화재가 발생할 수 있다. 

리튬이온 배너피 전용 수거함. 서울신문

 

 리튬이온 배터리는 충격 등 물리적 압력을 받거나 다른 물질과 접촉해 화학반응이 일어날 경우 폭발 가능성이 존재한다. 그래서 일발쓰레기로 버리면 위험하다.

 

 근처의 주민센터, 구청 또는 아파트 단지 내에 전용수거함이 있는지 확인하고 넣는다. 주택단지 근처에도 비치되어 있다. 거주하는 지역의 구청이나 주민센터 홈페이지에 들어가면 위치를 알 수 있다. 

 

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맺음말

스마트폰, 전통킥보드와 장난감 등에 있는 리튬이온 배터리의 화재사고는 60%가 주거지에서 발생하고 원인의 51%가 과충전 때문이다. 정품 BMS가 달려 있어도 리튬 배터리는 충전 완료 후에 전기 코드를 뽑는 게 낫다. 폐 리튬 배터리는 지정된 곳에 분류수거해야 한다.