리튬이온 보조배터리 열화와 용량 마진에 대해서

보조배터리 상태 점검을 하면서 궁금한것들이 몇가지 생겨서 gpt에게 물어보았다.

첫번째는 배터리 용량 표시 방식이다.
배터리 용량을 표시하는 방식은 두 가지가 있는데 gross와 net용량이 있다. 
gross는 물리적인 배터리 전체의 용량을 의미하고, net용량은 제조사에서 안전과 수명을 위해 실제로 소비자가 사용할 수 있도록 정해놓은 배터리 용량을 의미한다. 

보통 보조배터리의 경우 5000mAh, 10000mAh 등등 암페어시 단위로 표시를 하는데 이 표시가 gross용량인지 net용량인지 궁금해졌다. 

✅ 일반적인 리튬이온 보조배터리의 충전 마진

보통 리튬이온 셀의 최대 전압은 4.2V인데, 실제 보조배터리는 다음과 같은 마진을 둬요:

구분전압 범위설명

최대 충전 전압	약 4.15V ~ 4.20V	완충 시에도 4.2V보다 약간 낮게 설정하는 경우 많음
최소 방전 전압	약 3.0V ~ 3.2V	과방전 방지를 위해 완전 0% 전에 차단
사용 마진	약 5~10%	전체 용량의 일부는 안전 확보용으로 남김

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🔒 왜 충전 마진을 둘까?

1. 배터리 수명 보호
   • 완전 충전(4.2V) 상태를 자주 유지하면 화학적 열화가 빨라져요.
   • 약간 낮게 충전하면 충방전 사이클 수명이 2배 이상 늘어날 수 있어요.
2. 안전성 확보
   • 과충전은 열폭주 위험이 있어, 마진 없이 충전하는 건 위험해요.
   • 보조배터리는 다양한 환경에서 사용되므로 보수적인 세팅이 기본이에요.
3. 정확한 용량 표시 및 효율 조절
   • "100%"라고 표시돼도 실제로는 95~98% 정도일 수 있어요.
   • 반대로 잔량 0%여도 완전 방전 전에는 여유가 있음.

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📱 예: 10,000mAh 보조배터리라면?

• 실제 셀 총 용량은 약 11,000~11,500mAh 정도일 수도 있어요.
• 내부 회로에서 약 5~10% 정도를 충전/방전 마진으로 남겨둠
• 사용자에게는 안전하게 사용할 수 있는 10,000mAh 정도가 제공되는 거예요.

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난 기본 표시 용량이 gross라고 예상을 했었다. 왜냐하면 제조사에서 적은 배터리 용량을 이용해 단가를 아낄 수 있고 마케팅용 표시는 많은 용량으로 할 수 있기 때문이다. 애초에 보조배터리 용량 자체가 mAh로 표시하면 정확하지도 않고 충방전을 거치면서 손실이 발생하기때문에 손실인 척 넘어갈 수 있으니 말이다. 근데 gpt가 마진을 제외한 용량이라고 하니 믿도록 해야겠다. 

 

 

두번째는 열화된 배터리의 용량에 관해서다.
배터리가 열화가 되면 기존 용량만큼 사용할 수 없다고 사람들에게 알려져있다. 그런데 궁금한게 열화가 된다면 애초에 충전할 수 있는 용량 자체가 줄어드는지, 아니면 충전량은 그대로이고 꺼내는 과정에서 손실이 많이 발생하는지였다. 

✅ 충전할 수 있는 양 자체가 줄어듭니다.

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조금 더 자세히 설명드리면,

🔋 리튬이온배터리의 "정격 용량"이 줄어듭니다.

• 배터리 열화는 배터리 내부의 화학 반응이 점점 원활하지 않게 되면서, 실제로 저장하고 사용할 수 있는 에너지 총량 자체가 줄어드는 현상이에요.
• 즉, 예전엔 100% 충전하면 3,000mAh를 쓸 수 있었는데, 열화가 진행되면 100%를 충전해도 2,400mAh밖에 못 쓰게 되는 거죠.
• 겉보기엔 "충전 100%"로 표시되지만, 실제로는 전체 저장 가능한 에너지가 줄어든 상태예요.

이걸 배터리의 수명 감소 혹은 **용량 저하(capacity fade)**라고 부릅니다.

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💡 왜 이런 일이 일어날까요?

• 리튬이온이 이동하는 **전극(양극과 음극)**의 표면이 시간이 지나면서 손상되거나, 리튬이 고정되어 움직이지 못하게 되기 때문이에요.
• 이로 인해 실제로 충전할 수 있는 리튬이온의 양이 점점 줄어드는 거죠.

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🎯 쉽게 말하면

• 📉 **"연료탱크가 작아진다"**는 비유가 가장 적절해요.
• 연료계(배터리 표시)는 100%를 가리키지만, 실제로 들어있는 연료 양이 줄어든 것이죠.

 

내부 화학 반응이 원활하지 않게 된다는게 핵심이다. 자동차용 12v 배터리처럼 안에 전기는 들어있는데 날씨가 춥다거나 하면 고출력을 내기 어려운 것과 같은 원리라면 들어가는 양은 열화되기 전과 그대로라고 생각이 되는게 2차전지는 그렇지 않은듯 하다. 물론 문과생의 상상이니 오류 투성이일것이다.

아무튼 배터리가 열화가 되면 애초에 넣을 수 있는 용량 자체가 줄어든다는 것을 알게 되었다. 

이 정보들을 이용해서 내가 가지고 있는 배터리들의 상태를 어느정도 파악할 수 있을것같다.