안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
겨울철만 되면 스마트폰이 갑자기 먹통이 되거나 전기차 주행거리가 뚝 떨어지는 경험이 있으실 겁니다. 배터리도 사람처럼 추위를 타는 셈인데요. 질문하신 것처럼 영하의 온도에서 액체 전해질의 점도가 높아져 리튬 이온의 이동이 제한되고 화학 반응이 느려지는 이 현상들에 대해 설명해 드릴게요.
겨울철 저온에서 리튬이온 배터리의 성능이 급격히 떨어지는 현상은 이온 전도도 저하와 이로 인한 내부 저항의 급증 때문입니다. 온도가 영하로 내려가면 배터리 내부의 액체 전해질이 끈적해지면서 리튬이온의 이동 속도가 크게 느려집니다. 이로 인해 전류의 흐름을 방해하는 내부 저항이 평소보다 수배 이상 증가하게 되며, 전극 표면에서 이온 병목 현상이 일어나는 분극 현상이 심화됩니다.
결과적으로 배터리의 전압이 순간적으로 크게 떨어지는 과전압 손실이 발생합니다. 이때 전자기기나 차량의 관리 시스템은 배터리가 실제로 모두 방전된 것으로 오인하여 시스템 보호를 위해 전원을 갑자기 차단하거나 잔량을 급격히 낮추어 표시하게 됩니다. 배터리를 다시 따뜻하게 데우면 전해질의 점도가 낮아져 전압과 잔량이 원래대로 회복됩니다.