🔬 방치되어 0V된 18650셀, 재사용 가능성 분석 로그 (삼성 30Q 실측)

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연구원 여러분, 안녕하세요.!
Sensloop Lab 연구원 T.J입니다.

오늘은 오래 방치되어 자연적으로 0V까지 떨어진 18650 리튬이온 셀(삼성 30Q)을 회수하여,
재충전 후 다시 2.5V까지 방전한 데이터를 분석해 보겠습니다.

이 실험의 핵심 목적은 다음과 같습니다:

• 0V까지 떨어진 셀이 과연 재사용 가능한지
• 정상 30Q 셀 대비 어떤 열화 패턴을 보이는지
• 내부저항·전압 유지력·효율 구간이 어떻게 달라졌는지

실제 배터리팩에서 흔히 발생하는
“장기간 방치 → 특정 셀만 0V 도달 → 팩 전체 불량” 현상을 연구하기 위해 수행한 실험입니다.

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1. 실험 구성 (Setup)

항목	내용
샘플 셀	삼성 18650 INR 30Q (0V 자연방전 셀)
측정 장비	Neware 20V 5A 채널
충전 조건	CCCV 5A, 4.2V 컷
방전 조건	CC 5A, 2.5V 컷
로그 샘플링	500 ms
레스트 구간	충전 후 20분 OCV 안정화 확인

🔍 핵심 특징

• 실험 시작 시 셀 전압은 0.08V 이하
• 장기간 방치로 인한 극심한 전해질 분해와 SEI 붕괴 의심
• 셀 표면 온도는 충전 구간 대부분에서 정상 범위 유지

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2. 충전 특성 분석 (CCCV 5A)

✔ 관찰 포인트

1. 초기 전압 회복 구간에서 급격한 상승

• 0V → 3.5V까지 매우 빠르게 상승
• 0V 셀 특유의 회복 패턴이며, 정상 30Q보다 더 가파름

2. CV 구간 진입 시 전류 감소 패턴은 정상 형태

• 그러나 일정 전위에서 plateau가 짧고,
  전압 유지력이 낮은 경향이 명확히 드러남

3. 충전 종료 전압: 4.1765V

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3. 충전 후 레스트(20분) 전압 하락 분석

레스트 구간 데이터에서
정상 30Q는 약 0.02V 하락
하지만 이번 0V 자연방전 셀은 무려 0.05V 하락

✔ 해석

• 충전 직후 전압이 20분 만에 4.1765V → 4.126V 수준으로 빠르게 떨어짐
• 이는 SEI 층 손상 + 내부 누설전류 증가의 명백한 증거
• 정상 셀 대비 OCV 안정화가 훨씬 느림

→ 전압 유지력이 떨어진 열화 셀의 전형적인 패턴

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4. 방전 특성 분석 (CC 5A)

✔ 주요 결과

• 방전 용량: 2.615Ah
  → 정상 30Q의 약 82~85% 수준
• 3.6V 구간 전압 유지력이 매우 약함
• 후반부(80% 이후) 급격한 전압 하락 발생
• 전류 5A에서 전압 Sag가 크게 증가

전반적인 형태는 “살아있지만 고출력에 부적합한 셀”의 대표적인 모습입니다.

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5. 내부저항(IR) 분석

아래는 방전 시작 시점의 전압 강하(ΔV) 기반 IR Visualization입니다.

✔ 계산 과정

• Rest OCV: 4.1365 V
• 5A Load 전압: 3.7729 V
• ΔV = 0.364 V
• DC-IR = ΔV / I = 72.7 mΩ

✔ 결론

• 정상 삼성 30Q의 DC-IR: 18~22 mΩ
• 이번 셀: 72.7 mΩ (정상 대비 3.3~4배 증가)

즉, 전류가 흐르는 순간 전압이 급격히 떨어지는 셀이며
고출력 기기에서는 즉시 컷오프가 발생하는 수준입니다.

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6. 실효 전압 구간 분석 (Usable Voltage Range)

구간	평균전압(V)	용량 범위(Ah)	특징
0~20%	3.600 V	0.00~0.523	초기 Sag 매우 큼
20~80%	3.292 V	0.524~2.092	중간 구간 유지력 떨어짐
80~100%	2.823 V	2.092~2.615	급격한 전압 낙하

✔ 종합 결론

• 중간 구간(20~80%) 전압이 정상 대비 0.2~0.3V 낮음
• 사실상 usable zone이 3.0~3.77V에 불과

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7. 재사용 가능성 평가 (Core Finding)

✔ 결론적으로 재사용 불가(팩 구성 불가) 수준입니다.

근거는 다음과 같습니다.

1) 내부저항이 정상 대비 3~4배 증가

→ 전압 Sag 발생 → BMS 컷오프 → 팩 전체 사용 불가

2) 충전 후 전압 안정화가 지나치게 빠르게 떨어짐

→ 높은 내부 누설 전류 → 셀 노후 심각

3) 장기간 방치 시 다른 정상 셀까지 연쇄 0V로 전락

• 고 IR 셀은 자체 전압 유지력이 약해서
• 팩 직렬 연결 시 그 셀 때문에 전체 팩 전압이 끌려 내려가고,
• 결국 다른 셀도 보호전압 이하로 떨어지며 연쇄적 0V 현상 발생

→ 실제 배터리 팩에서 “한 셀 때문에 전체가 죽는”
대표적인 불량 패턴과 정확히 동일합니다.

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8. 연구원 코멘트 (Researcher Commentary)

이번 실험은
“0V 셀은 과연 되살릴 수 있는가?”
라는 오래된 질문에 대해 명확한 실증적 답을 제시합니다.

• 용량만 놓고 보면 살아있어 보이지만,
• 전기적 건강도(SOH)는 명백히 치명적으로 손상
• 실사용 하중(5A 수준)에서 즉시 컷오프 발생
• 팩 구조에서 절대로 재사용되면 안 되는 위험 셀

즉, “충전하면 살아난다 = 사용 가능”이 절대 아닙니다.

전기차 배터리, 전동공구, 보조배터리 등
모든 리튬이온 시스템에서
0V 셀은 반드시 폐기 처리하는 것이 안전합니다.

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9. 데이터 패키지 제공

📥 데이터 패키지 다운로드 (ZIP)

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