18650 Li-ion 배터리를 전원으로 하는 저전압 직류 PCB에서 발화 가능성 분석

Analysis of Fire Potential in Low-Voltage DC PCB Using a 18650 Li-ion Battery as the Power Source

휴대용기기의 전원으로 2차 전지의 사용이 증가하고 있다. 2차 전지는 높은 편의성, 효율성 등으로 모바일 기기와 같은 일상생활 제품부터 포터블 계측기, 수소가스가 체류하는 위험지역에서 사용하는 휴대용 손전등 및 가스탐지기 등의 저전압 장비에서부터 전기자동차와 같은 대용량 고전압 시스템에 이르기까지 활용 범위가 넓어지고 있다. 이러한 배터리는 다양한 환경에서 사용되므로 안전성이 중요해지고 있다. 특히, 배터리에서 전압을 공급받는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)의 경우, 고온다습한 환경이나 급격한 온습도의 변화 가 PCB의 성능과 안전성에 중대한 영향을 미칠 수 있다. 이에, 본 연구에서는 저전압 환경에서 직류기반 PCB의 오염에 의한 발화 가능성을 분석하였다. 실험은 IEC 60112의 오염기준에 따라 0.2%의 NH4Cl 수용액을 사용하여 수행되었다. 전원으로 공칭전압 3.7　V, 2200 mAh 용량의 18650 Li-ion 배터리가 사용되었다. 실험시료는 30 mm × 20 mm 크기의 동박적층판 (Copper Clad Lamiante, CCL)이 사용되었으며, CCL에 두 개의 반원이 일정한 간격을 두고 마주보는 전극이 인쇄된 형태로 제작되었다. 실험은 전해액을 적하하며 시작되었으며, 두 반원사이를 가로지르는 전류가 1 mA 이하가 되면 추가로 적하하였고, 발화될 때까지 실험을 진행하였다. 연구 결과, 낮은 직류전압에서도 먼지, 결로 등으로 인한 오염에 노출된 PCB에서 화재발생가능성이 있음을 확인하였다. 이는 18650 배터리 하나의 전압 수준에서조차도 PCB의 안전성에 대한 잠재적 위험을 내포하고 있음을 의미한다. 현재는 본 연구를 토대로 저전압 DC 기반의 오염된 PCB에서의 발화 메커니즘을 규명하는 연구를 진행 중이다.