스마트폰 배터리를 조용히 죽이는 "0％까지 사용" 습관, 최신 연구가 경고

스마트폰의 배터리 잔량이 1％가 될 때까지 버티고, 화면이 어두워진 후에야 충전기를 찾는다. 노트북을 완전히 꺼질 때까지 사용하고, 전원에 연결해 재부팅한다. 전기차의 주행 거리를 최대한 사용한 후 충전한다.

많은 사람들에게 이는 그다지 드문 행동이 아니다. 오히려 "배터리는 다 사용한 후 충전하는 것이 좋다"는 옛날 충전지 시대의 기억을 끌어안고 있는 사람도 있을 것이다. 하지만 현재 주류인 리튬이온 배터리에서는 이 습관이 수명을 줄이는 원인이 될 가능성이 있다.

지금까지 배터리 열화의 원인으로 자주 언급되어 온 것은 고온, 급속 충전, 만충전 상태의 방치, 그리고 높은 충전 전압이었다. 확실히 배터리는 열에 약하다. 100％ 상태로 장시간 방치되는 것도 부담이 된다. 급속 충전으로 발생하는 열이나 화학적 스트레스도 무시할 수 없다.

그런데, 한국의 연구팀이 제시한 새로운 지식은 또 다른 맹점에 빛을 비추고 있다. 배터리를 "과충전"하는 것뿐만 아니라, "과도하게 사용"하는 것도 내부에서 조용한 파괴를 일으킬 가능성이 있다고 한다.

문제는 "0％" 그 자체가 아니라, 깊게 방전하는 것

이번에 주목받은 것은 리튬이온 배터리 중에서도 NMC계라고 불리는 양극 재료다. NMC는 니켈, 망간, 코발트를 포함하는 층상 산화물계의 재료로, 전기차 등에서 널리 사용되어 왔다. 특히 니켈의 비율이 높은 NMC811과 같은 재료는 에너지 밀도를 높이기 쉬운 반면, 열화와 안정성의 과제도 안고 있다.

연구팀은 NMC622나 NMC811 등의 실용적인 양극재를 사용하여, 배터리를 어디까지 방전시킬지, 즉 방전 컷오프 전압을 변경하면서 열화의 진행을 조사했다. 방전 컷오프 전압이란, 간단히 말해 "이 이상은 배터리를 사용하지 않게 한다"고 정하는 하한 전압이다.

기존의 감각으로는 배터리를 낮은 전압까지 사용하면, 그만큼 더 많은 에너지를 얻을 수 있는 것처럼 보인다. 그래서 조금이라도 주행 거리나 사용 시간을 늘리고 싶다면, 하한을 낮게 설정하고 싶어진다. 하지만 실험에서는 하한 전압을 낮출수록 열화가 심해졌다. 게다가 저전압 영역에서 추가적으로 얻을 수 있는 용량은 크지 않았음에도 불구하고, 수명에 대한 악영향은 컸다.

즉, 마지막 몇％를 짜내기 위해 배터리의 내부 구조에 큰 손상을 주고 있을 가능성이 있다.

배터리 내부에서 일어나는 "표면의 붕괴"

리튬이온 배터리는 충전과 방전할 때마다 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 오간다. 새것에 가까운 상태에서는 이 이동이 비교적 원활하게 이루어진다. 그러나 오래 사용하다 보면, 전극의 표면이나 계면이 변질되어 리튬 이온의 통로가 막히고, 용량이 떨어지고, 저항이 증가하게 된다.

지금까지 NMC계 양극의 열화에서는 주로 고전압에서의 산소 방출이나 구조 붕괴가 주목받아 왔다. 충전에 의해 양극에서 리튬이 너무 많이 빠지면, 재료가 불안정해지고, 산소가 손실되며, 원래의 층상 구조가 암염형에 가까운 어지러운 구조로 변화한다. 이는 정연하게 쌓인 벽돌의 벽이 무너져 잔해의 산이 되는 것과 같다.

이번 연구가 보여준 중요한 점은, 이러한 구조 변화가 충전 측뿐만 아니라 방전 측에서도 일어날 수 있다는 것이다. 특히 3.0V를 밑도는 깊은 방전 영역에서, 양극 표면의 산소가 빠져나가고, 리튬 산화물이나 산소 결함이 생긴다. 이것이 층상 구조에서 암염형 구조로의 변화를 촉진하여 리튬 이온의 이동을 방해한다.

연구팀은 이 현상을 "유사 변환 반응"이라고 설명하고 있다. 일반적인 변환 반응만큼 전면적으로 재료가 파괴되는 것은 아니지만, 양극 표면에서는 국소적으로, 그러나 확실히 열화가 진행된다. 골칫거리는 그것이 배터리 전체의 약간의 표면 영역에서 일어나는 것처럼 보여도, 장기적으로는 용량 저하나 저항 증가로 분명히 나타난다는 것이다.

깊은 방전은 가스 발생도 증가시킨다

열화는 구조 변화로 끝나지 않는다. 양극 표면에서 산소가 손실되면, 전해액과의 부반응도 일어나기 쉬워진다. 연구에서는 깊게 방전된 셀에서 가스 부생성물이 크게 증가하는 것도 확인되었다. 원 기사에서는 깊게 방전된 셀에서 가스 발생이 크게 증가한 것이 소개되었다.

가스의 발생은 배터리의 팽창이나 내부 저항의 증가로 이어진다. 스마트폰의 배터리가 부풀고, 노트북의 케이스가 뜨고, 전기차나 축전지에서 셀의 건전성이 저하된다. 이러한 현상의 배경에는 단순히 "오래되었기 때문에"라고는 설명할 수 없는 복잡한 화학 반응이 있다.

특히 고니켈계 양극재에서는 이 문제가 심각해지기 쉽다. 니켈을 늘리면 에너지 밀도는 높이기 쉬우나, 구조의 안정성에서는 불리한 면이 있다. 연구에서는 깊은 방전을 반복한 고니켈계 셀이 급속히 용량을 잃은 반면, 방전 하한을 높게 설정한 셀에서는 용량 유지율이 크게 개선되었다.

여기서 중요한 것은, 수명을 연장하기 위해 새로운 소재나 고가의 제조 기술이 반드시 필요한 것은 아니라는 점이다. 방전의 하한을 조금 변경한다. 즉, 배터리 관리 소프트웨어의 설정을 재검토하는 것만으로도 열화를 억제할 수 있는 가능성이 있다.

제조사가 할 수 있는 대책, 사용자가 할 수 있는 대책

이 연구가 제시하는 가장 간단한 대책은 방전 컷오프 전압을 올리는 것이다. 배터리를 진정한 의미에서 빈 상태에 가깝게 사용하지 않고, 위험한 영역에 들어가기 전에 멈추게 한다. 스마트폰의 경우, 표시상 0％여도 내부에는 보호용 여력이 남아 있는 경우가 많다. 전기차에서도 표시되는 주행 거리나 충전율의 뒤에는 제조사가 설정한 버퍼가 존재한다.

다만, 그 버퍼를 얼마나 둘지는 설계 사상에 따라 달라진다. 주행 거리나 사용 시간을 길게 보이고 싶은 제품에서는 사용자가 사용할 수 있는 용량을 넓게 잡고 싶어진다. 반면에, 수명을 중시한다면, 화학적으로 엄격한 영역을 피할 여유를 크게 할 필요가 있다.

이는 제조사에게 어려운 트레이드오프다. 사용자는 "한 번의 충전으로 얼마나 사용할 수 있는가"를 중시한다. 카탈로그상의 주행 거리나 연속 사용 시간은 구매 판단에 직결된다. 하지만 장기적인 만족도를 생각한다면, 몇 년 후에도 배터리가 건강한 것의 가치는 크다.

사용자 측이 할 수 있는 현실적인 대책은 더 간단하다. 스마트폰이나 노트북이라면, 잔량이 20〜30％ 정도가 되면 충전한다. 0％까지 사용하지 않는 습관을 피한다. 장시간의 고온 환경이나, 100％ 상태로 방치하는 것도 피한다. 전기차라면, 일상 사용에서는 필요 이상으로 만충전이나 깊은 방전을 반복하지 않고, 차량 측의 충전 상한·하한 설정을 활용한다.

물론, 비상시에 0％ 가까이 사용했다고 해서 바로 배터리가 고장 나는 것은 아니다. 문제는 깊은 방전을 일상적으로 반복하는 것이다. 배터리의 열화는 한 번의 실패로 갑자기 일어나는 것보다, 작은 부담이 쌓여서 진행된다.

모든 리튬이온 배터리에 해당하는 것은 아니다

주의해야 할 점은, 이번 지식이 모든 리튬이온 배터리에 동일하게 해당하는 것은 아니라는 것이다. 연구의 중심은 NMC계의 층상 산화물 양극재이며, 특히 니켈 비율이 높은 재료와 강하게 관련된다.

근래 전기차에서는 LFP, 즉 리튬인산철 배터리의 채용이 급속히 확산되고 있다. LFP는 NMC에 비해 에너지 밀도에서는 불리한 면이 있지만, 비용, 안전성, 수명, 자원 면에서 이점이 있다. 국제 에너지 기구의 데이터에서도 2025년에는 LFP 배터리가 세계의 전기차용 배터리 탑재량의 과반을 차지했다고 한다.

따라서 "모든 스마트폰, 모든 전기차에서 동일한 열화가 동일한 정도로 일어난다"고 받아들이는 것은 정확하지 않다. 스마트폰의 배터리에는 다양한 설계가 있으며, 전기차에서도 차종이나 제조사, 배터리 화학, 배터리 관리 시스템에 따라 행동이 다르다.

그럼에도 불구하고, "0％까지 사용하면 배터리에 좋다"는 생각은 현대의 리튬이온 배터리에는 적용하기 어렵다. 적어도 깊은 방전을 피하는 것은 많은 사용자에게 위험이 적은 수명 대책이 된다.

독자·SNS의 반응에서 보는 "납득"과 "지적"

원 기사의 댓글란에는 이 연구에 대한 독자의 반응도 모여 있다. 거기에는 일반 사용자가 배터리 열화를 어떻게 이해하고 있는지가 잘 드러나 있다.

첫 번째 반응은 "고전압이 문제라기보다는 급속 충전에서 문제가 되는 것은 전류나 와트 수, 거기서 발생하는 열이 아닐까"라는 지적이다. 이는 많은 사람들이 갖는 의문이기도 하다. 스마트폰의 충전기에는 5V, 9V, 20V 등의 표기가 있으며, 급속 충전에서는 와트 수가 강조된다. 사용자 입장에서는 "전압", "전류", "열"이 섞여서 이야기되고 있는 것처럼 느껴지는 것도 자연스럽다.

실제로 배터리 열화를 이야기할 때에는 단자에 공급되는 충전기 측의 전압과 셀 내부의 전극 전위를 나누어 생각할 필요가 있다. 일반 독자에게는 이 구분이 이해하기 어렵다. 그래서 과학 기사에서는 "고전압"이라고만 쓰는 것이 아니라, 그것이 어느 부분의 전압을 가리키는지를 친절하게 설명할 필요가 있다.

두 번째 반응은 "결국은 고전압 충전에서 발생하는 열의 문제가 아닌가"라는 것이다. 이것도 중요한 시점이다. 배터리 열화에서는 열이 큰 역할을 한다. 하지만 이번 연구가 흥미로운 점은 열이나 급속 충전만으로 설명할 수 없는, 방전 말기의 양극 표면에서 일어나는 화학적 변화를 주목하고 있다는 점이다.

세 번째 반응은 "그런 것은 예전부터 알려져 있었다"는 냉정한 시각이다. 확실히 스마트폰이나 노트북의 사용자들 사이에서는 0％까지 사용하지 않는 것이 좋다, 20〜80％의 범위에서 사용하는 것이 좋다, 등의 경험칙은 이전부터 널리 퍼져 있었다. 오래전부터 배터리 관리에 익숙한 사람들에게는 결론만 보면 신선함이 없을지도 모른다.

그러나 이번 연구의 가치는 "0％까지 사용하지 않는 것이 좋다"는 생활상의 조언 그 자체가 아니라, 그 배후에서 일어나는 재료 수준의 메커니즘을 보여준 것에 있다. 경험칙에 과학적 뒷받침이 주어지면, 제조사는 배터리 관리 시스템의 설계를 보다 합리적으로 변경할 수 있다. 사용자에게 단순한 팁에서 산업 설계의 지침으로 의미가 확장된다.

네 번째 반응은 오랫동안 사용해 온 스마트폰의 체험담이다. 한 독자는 2016년부터 사용해 온 Samsung 단말기가 지금도 작동하고 있으며, 완전 방전을 거의 하지 않았다고 말하고 있다. 물론, 한 사람의 체험담만으로 과학적인 결론을 낼 수는 없다. 그럼에도 불구하고, 깊은 방전을 피하는 습관이 장기 사용에 유리할지도 모른다는 실감은 많은 사용자에게 이해하기 쉽다.

SNS에서 이 주제가 확산되면, 아마 반응은 크게 세 가지로 나뉠 것이다. 먼저, "역시 0％까지 사용하지 않는 것이 좋았구나"라고 납득하는 층. 다음으로, "예전부터 말해지던 것을 연구로 확인했을 뿐"이라고 보는 층. 그리고 "기종이나 배터리의 종류에 따라 다른데, 너무 단순화한 것 아닌가"라고 신중하게 읽는 층이다.

어느 반응에도 일리가 있다. 중요한 것은 결론을 한 줄의 라이프 해크로 압축하지 않는 것이다. "0％는 절대 안 된다"라고 두려워할 필요는 없다. 하지만 "항상 빈 상태로 만든 후 충전한다"는 현대의 리튬이온 배터리에서는 피해야 할 습관이라고 생각하는 것이 좋다.

배터리 수명은 "인내심 대결"이 아니라 "여유 있는 설계"로 결정된다

우리는 배터리를 자칫 연료 탱크처럼 생각하기 쉽다. 가득 채우고, 빈 상태가 될 때까지 사용하고, 다시 가득 채운다. 하지만 리튬이온 배터리는 단순한 용기가 아니다. 내부에서는 이온이 이동하고, 전극 표면에서는 부반응이 일어나며, 온도나 전압, 사용 이력에 따라 상태가 조금씩 변화하고 있다.

그런 의미에서 배터리를 오래 사용하는 요령은 "모두 사용"이 아니라 "엄격한 영역을 피