[박철완의 IT정담] 10년 만에 리튬이온 이차전지 사고의 큰문이 다시 열렸을까?

  • 박철완 박사
    입력 2016.09.09 11:21 | 수정 2016.09.10 00:00

    10년 만에 리튬이온 이차전지 사고의 큰문이 다시 열렸을까?
    닫혔던 리튬이온 이차전지 사고의 큰문이 10여 년 만에 다시 열렸을까? 시간을 거슬러 불볕더위가 절정에 이른 8월 말이었다. 아주 괴이한 소식이 드문드문 들려오기 시작했다. 여기저기서 어느 회사 스마트폰이 뻥뻥 터진다는 이야기였는데, 처음에는 이게 무슨 말인가 했다. 전기 누진율과 집안일 때문에 스마트폰 문제 따위는 눈에 들어오지 않던 때였기도 하다. 새로 출시된 스마트폰이 폭발적인 인기를 실감한다는 말인가도 했다. 뭐,... 설사 발화했다 하더라도 모델별로 네댓 개 이상 언론을 장식했던 적은 없다시피 했다. 사실, 제조사들이 언론에 나가기도 전에 워낙 잘 막았던 덕이기도 했다. 그래서 단발성으로 그칠 일일 거라고 대수롭지 않게 흘려 들었다. 그런데 말이다. 이번엔 뭔가 좀 달랐다. 리튬이온 이차전지 인생 23년 동안 한 번도 보지 못했던 광경이 눈 앞에 펼쳐지고 있었다. 필자도 눈이 휘둥그레질 지경이었다. 드디어, 한두 회로 그치지 않고 연이어 '폭발적으로' 매체와 인터넷에 터져 나오기 시작했다. 전대미문의 사건이 일어났다는 말이다.

    소문의 주인공은 다름 아닌, 삼성전자 스마트폰 신제품인 갤럭시 노트 7이었다. 시작은 8월 24일이었다(※ 삼성전자의 국립기술표준원 제출 《제품사고 발생 보고서》 근거). 8월 19일에 출시한 갤럭시 노트 7이 제출 시점인 9월 2일까지 총 35 건(국내 18건, 국외 17건)의 사건⋅사고가 보고되었다고 적시되었고 필자가 칼럼 쓰는 이 시점까지 국내외에서 몇 건이 더 추가되어 40여 건에 달하는 전대미문의 연쇄 사고가 터져 나오기 시작했다. 급기야, 스마트폰 자체 발화 연소를 넘어서 창고와 차량을 함께 연소시켰다는 의혹 보도가 국외에도 나오기 시작했다. 혹자들은 좀 과하게 이야기해서 '배터리 게이트'가 시작되는 게 아닌가 할 정도였다.

    이 사건이 피해자들에 의해 웹 커뮤니티에 올라오고 언론에 제보되었을 즈음, 8월 24일 어느 언론에서 이들이 '블랙 컨슈머'(※ 금전으로 보상받기 위해 허위의 악성 민원을 제기하는 소비자)라는 의혹을 제기하였다. 5년 전쯤 마이크로웨이브 레인지로 스마트폰을 고의로 파손시키고도 뻔뻔스럽게 네티즌들을 선동했던 모 '프로 어그로'의 추억을 떠올린 사람도 많았다. 그래서인지 잠깐 시선을 끄는가 싶더니 의례적인 '블랙 컨슈머' 건이구나 하고 관심을 끊는 이들이 대다수였다.

    혼란의 끝을 보다
    사나흘 잠잠하던 인터넷에 불을 지른 것은 유튜브에 올라온 하나의 비디오 클립이었다. 그리고 30일, 31일에 몇몇 웹 커뮤니티에 연쇄적인 추가 발화 사고가 올라왔고 결국 국내 이통 3사로의 갤럭시 노트 7 입고가 중단되었다. 기술표준원은 사고 조사결과 보고를 삼성전자에 요구하기에 이르렀다. 그 와중에 삼성전자는 긴급하게 문제의 원인이 '특정 제조사의 불량 리튬이온폴리머 이차전지'에 있다고 추정하며 배터리 교체 대응책을 내놨으며 '다른 제조사'의 리튬이온폴리머 이차전지를 장착한 갤럭시 노트 7의 중국 출시를 9월 1일에 강행하기에 이르렀다.

    9월 2일에 제출된 1장짜리 《제품사고 발생 보고서》에 따르면, '제조공정의 미세한 오차' 문제에 더해 단셀이 부분적으로 눌려 발생한 양음극의 잘못된 만남'이 원인이라 추정한다고 일차적으로 발표했으며, 복수의 소식통 의견을 더하자면 '6 혹은 9 ㎛(마이크로미터)' 두께의 분리막을 쓴 삼성SDI의 문제라고 SDI 측 커밍아웃이 임박했다고도 하고, 셀 공급 업체 두어 개를 추가로 검토 중이라고도 하고, 별별 뜬소문이 다 돌아다니는 상황이 전개되었다. 게다가 퀄컴 퀵차지 2.0 대응의 엑시노스를 장착한 국내용 스마트폰이 있지도 않은 퀵차지 3.0 규격에 해당하는 고속충전 호환성 문제로 사고가 났다고도 하고, 출시되지도 않은 지역에서도 사고 났다고 하는 등 혼란의 극치에 달했다 평해도 모자람이 없을 지경이었다. 극히 일부 기자는 전문가와 네티즌을 구분 못 하여 네티즌의 도시전설 기반으로 취재하는 사례도 나타나기 시작했다. 리튬이온 이차전지 초장기였던 20여 년 전보다 더 엉망이며 혼란스럽기까지 하였다. 이러다가 '분리막의 색깔이 사실은 흑색이다'라는 괴담이 나와도 하나도 이상하지 않을 지경에 달했다.

    이번 사건은 전대미문
    갤럭시 노트 7 사건은 앞서 밝힌 바와 같이 '전대미문의 사건'이다. 이렇게 동시다발로 단시일 내에 불특정 지역, 불특정 상황에서 일어난 전지 사고는 없었다. 충전, 방전을 가리지 않았고 불특정 상황에서 연기, 불꽃 혹은 발화까지도 이어졌다.

    사실 사고 현장을 보니 공통으로 배터리 '소손'이 있었기에 망가진 배터리가 문제라는 순진한 해석이다(소손(燒損): 불에 타서 부서짐이란 의미로, 이번 사고를 삼성전자에서 '소손'이라 표현하고 있다.)
    . 리튬이온폴리머 이차전지 사고는 본디 난도가 아주 높은 편이다. 사고 후 '잔해'만 남기 때문에 문제의 원인을 역추적하기가 아주 어려운데다 사고 재현 자체가 극히 어렵다. 그래서 대부분 배터리 문제로 치부하고 넘어간다. 이건 뭐, 집의 아이가 밖에서 맞고 들어오니 부모가 아이에게 네가 맞을 짓을 한 게 있지 않았겠냐며 단정 짓는 격이다.

    필자가 보기로는, 이번 사건은 아주 보기 드문 '이상 과열에 의한 파괴 거동'인데, 사고별로 공통으로 발생한 이상 과열이 열폭주(thermal runaway), 연기(smoke), 불꽃(flame), 발화(fire)로 단계적으로 '충분한 시간을 두고' 진행된 독특한 파괴 거동이다(※ 터졌으니 폭발이 아니냐 반문하는 이들이 있는데, 국어사전조차도 단어로서의 폭발은 '갑작스레', '짧은 시간 내'에 터지는 것을 의미하지, 단순히 '터져 있는 것'을 '폭발했다' 하지 않는다. 폭발은 극히 짧은 시간 내에 모든 에너지를 쏟아내는 현상으로 일부 에너지가 소리와 빛으로 바뀌어 나오기도 한다.).

    그런데, 이 전대미문의 사건에 임한 삼성전자의 위기관리와 분석 능력에 의문을 표하는 이들이 계속 늘어나고 있다. 고동진 삼성전자 사장은 이번 사고의 원인은 '배터리 제조공정 문제'에 있다고 분명하게 적시했다. 하지만, 기술표준원에 제출한 《제품사고 발생 보고서》에도 제출 시점인 9월 2일까지 '배터리 소손 발생원인'은 밝혀내지 못한 것으로 나와 있다. 최종분석결과가 나오기 전이라도 '고객 케어 차원에 부품교체, 제품교환, 환불 등 최적의 방안을 수립하여 실행할 예정'임을 보고서에 밝혔다.
    그런데 말이다. '배터리 소손 발생원인'(삼성전자 표현대로의)의 최우선 규명과 개선이 고객 케어 차원의 영순위여야 한다.

    리튬이온 및 리튬이온폴리머 이차전지의 파괴 거동이란?
    필자는 9월 2일 고동진 사장의 발표를 보고 삼성전자가 원인 규명에 실패하고 험로에 빠졌다는 판단이 되었다. 고 사장이 밝힌 '배터리 소손 발생원인'은 리튬이온 이차전지 산업을 아는 사람이라면 경악할 수준이었기 때문이다. 리튬이온(폴리머) 이차전지 제조 공정에는 '포메이션 & 그레이딩'이라는 후공정이 있는데, 고 사장이 밝힌 바가 그 문제의 셀을 '대부분' 골라내는 활성화 및 전수 검사 공정이 없었다는 말과 다르지 않다. '포메이션 & 그레이딩'에서는 화성(활성화) 작업을 통해 전지에 숨을 불어 넣으며 '마이크로 혹은 소프트 쇼트'로 발생하는 저전압 불량 셀과 보기 드물게 나타나는 발화 불량 셀을 골라내는 작업을 한다. 이 공정이 리튬이온(폴리머) 이차전지를 완성하는 화룡점정이라 해도 과언이 아니므로 고 사장의 설명과 주장대로라면 삼성SDI는 소형 리튬이온(폴리머) 이차전지 세계 1위 업체가 아니라 4류 수준도 안 되는 업체라는 자백이 다름없다(※ 이 부분은 앞으로라도 명확히 밝혀져야 할 중대한 사안이다).

    여기에 더해, 필자의 오랜 사고 수습 경험으로 파괴 거동을 프로파일링해봤을 때는 이번 사건은 단순 배터리 문제의 상황과 차별된다. 삼성SDI가 사고가 있을 때마다 자주 조언을 구하던 일본 리튬이온 이차전지 산업의 숨은 실세인 A 씨도 아마 필자와 비슷한 이야기를 할 것으로 보인다(10년 전 쯤 A씨의 초청으로 10일정도 일본에 머무르며 많은 이야기를 나눴을 때도 그러했다). 그 이유는 삼성전자에서 배터리 문제로 '단정 추측'한 것은 이상 과열의 원인을 단순히 '셀 문제에 기인한 단락' 하나로 특정하였기 때문이다(다분히 자의적인). 하필이면 ATL이 삼성SDI보다 두꺼운 분리막을 채용하여 역이용되어 트집 잡힌 상황이다. 리튬이온폴리머 이차전지의 파괴 거동은 그렇게 단순하지 않다. 특히 이상 과열과 단락의 관계는 아주 복잡한데, 이상 과열 때문에 단락이 일어나기도 하고, 단락 때문에 이상 과열이 일어나기도 하며 서로를 견인하는 관계다. 어느 쪽이 원인이고 어느 쪽이 결과인지 정교하게 분석해야 한다. 미묘한 파괴 거동 차이가 있음에도, 《제품사고 발생 보고서》에는 단정적으로 단락이 원인이고 그에 의해 과열이 발생했다 표현하고 있다.

    이건 예단이 아닐 수 없다. 그리고 《제품사고 발생 보고서》에는 또 하나의 중요한 이야기가 빠져 있다. '이상 과열에 의한 파괴 거동' 결과 중 '셀의 갑작스러운 사망'은 전혀 언급되어 있지 않다. 이번 사건 같은 '이상 과열에 의한 파괴 거동'을 검토할 때는 '셀의 갑작스러운 사망'도 밀접한 관계가 있으므로 같이 검토하는 게 합리적이다. 왜냐하면, 이상 과열의 또 다른 결과가 '셀의 갑작스러운 사망'이기 때문이다. 이것까지 포함하여 검토하게 되면 삼성전자 주장의 '불량 셀'은 비약적으로 늘어나게 된다. 이 문제가 과연 배터리 단독으로 일어날 수 있는 일일까?

    중요한 또 하나의 사실은, 리튬이온폴리머 이차전지가 파괴될 때는 그 셀이 이전에 경험한 '충격'에 상당히 좌우된다는 점이다. 부언하자면, '충격'받은 셀은 충격받지 않은 셀에 비해 거의 모든 조건에서 취약한 파괴 거동을 보인다. 갤럭시 노트 7은 물리적 충격은 피해갈 수 있도록 충격 보호용 내벽이 있음을 감안했을 때, 중요하게 고려해야 하는 '충격'은 '과충전', '과방전', '이상 충전', '이상 방전' 같은 '전기적 충격'이다. 그러므로, '충격'받은 셀의 '이상 과열'에 의한 파괴 거동의 관점도 포함하여 이번 사건에 접근해야 한다. 결국, 삼성전자 주장하는 바의 '셀 문제에 의한 단락' 이외의 요인으로 발생한 '이상 과열에 의한 파괴 거동'은 또 다른 상황이다.

    속칭 '배터리 폭발' 사고에서 배터리가 '피해자'였던 적도 많아
    아래에 필자가 공무로 산업 후방 지원으로 성공적으로 수습했던 배터리 사고 중, 공통으로 배터리 문제로 화재가 일어났다고 보도된 후 뒤집힌 사례를 몇 가지 소개하고자 한다.

    신림동 피처폰 배터리 발화 사건(2000년대 초반)
    먼저, 신림동 사건은 착탈식 배터리를 충전기에 꽂아뒀다가 발화하였던 사건이었는데, 이때 필자가 사건을 프로파일링하여 집에 애완견이 있나 여부를 기자분들께 확인해달라 하여 결국 '작은 애완견이 완충 상태 배터리 팩의 엣지를 자근자근 씹어 유발된 단락'으로 일어났다는 게 확인되어 배터리가 '가해자'가 아니라 '피해자'임이 확인되었다.
    ※ 2000년대 초반 이 사고 수습 이후, 애완견에 의한 착탈식 배터리 손상 사고 경고가 이루어졌다.

    청원 지역 중장비 기사 사망 사건(2007년)
    다음의 청원 사건은 리튬이온 이차전지 폭발에 의한 국내 최초의 사망 사건 사례가 나왔다고 매체에서 떠들썩했었던 사건인데, 자⋅타칭 전문가들이 먼저 인터뷰하여 "리튬이온 이차전지는 리튬 때문에 위험……." 이라며 선동된 상황에서 기자분들의 연락을 받았다. 당시 사건의 특징을 잘 설명 듣고 필자가 제시한 파괴 거동은 '가슴 앞주머니의 스마트폰 상태에서 배터리 팩이 외부 충격 없이 그 수준으로 파괴될 수 없다', '외부 충격 요인을 찾아보자'라 제안하여 결국 동료 중장비 기사가 과실치사로 피해자 가슴을 중장비로 치며 공교롭게 폰의 배터리 팩도 파괴되며 일어난 '배터리가 피해자인 사건'임을 프로파일링한 적이 있었다.

    베스티앙 병원 기자 랩탑 컴퓨터 '폭발' 사건(2008년)
    베스티앙 병원 기자 랩탑 폭발 사건은 가장 황당한데, 이 사건의 의의는 언론사 기자의 랩탑 컴퓨터가 기자들이 가득한 공간에서 폭발하는 바람에 언론에 폭발 현장이 생생하게 기록되었다는 점이다. '폭발'했다는 표현이 가장 잘 들어맞는 사고였다. 이 당시 기사로만 접하던 리튬이온 이차전지 폭발을 동영상으로 본 국민의 충격은 상당했고 LG전자와 LG화학의 주가 급락도 끌어냈다. 당시에 필자만이 엘지화학 랩탑 컴퓨터의 폭발은 잘못된 소화기 선택으로 인해 유도된 2차 폭발로 과장되었다고 분석했다.
    (※ 이때 필자가 밝혀낸 거동 특성 때문이 아니라고, 반대를 위한 반대를 한 모 정출연은 몇 년 후 전기차 테스트 평가 도중 일어난 화재 진화 시도 때 일반 화재용 소화기로 진화하다가 화재가 더 크게 번져 식겁했으며 혹여 이게 소문이 날까봐 입단속을 했다는 후일담이 전해 내려온다. 리튬이온 이차전지 화재는 전용 소화기를 써야 한다).

    배터리 결함 문제로 귀결된다면, 잠재한 문제점은?
    앞서 밝힌 바와 같이, 이번 사건은 배터리 문제로만 보기에 석연치 않은 점이 많다. 명확하지 않다 보니 온갖 뜬소문이 아직도 돌아다니고 있다. 지면의 한계로 삼성전자의 원인 규명에 힌트가 될 수 있는 수준으로 그치는 것은 유감으로 생각한다. 곧 배터리 문제로 삼성SDI가 발표할 거라는 뜬소문과 함께, IT조선에 보도한 대로의 프로파일링에 따른 '추정'(원인 모를 '갤럭시노트7' 과열 사고…"배터리보다 구동 앱이 문제일 가능성 커")와 같은 결로 하드웨어와 OS가 결부된 복합적인 문제로 극비의 펌웨어 잠수함 패치가 진행 중이라는 뜬소문도 있다(※ 첨부 링크는 제목만 말고 본문을 봐야 오해가 없다).

    아무래도 좋다. 필자가 맞고 틀리는 게 중요한 게 아니다. 소비자들이 더는 불안해하지 않도록 단시일 내에 정확한 해결책이 나오는 게 우선되어야 한다.

    배터리 문제든 아니든, 이 사건은 소니 에너지 디바이스 몰락의 단초를 가져온 2006년의 소니 배터리 리콜 사건을 능가하는 '역대 최악'의 사건으로 기록될 것이다. 삼성SDI는 이제 격랑에 들어간다고 봐도 무방하다. 이번 삼성전자 스마트폰 사고에서 삼성SDI는 배터리 문제가 아니라 '소형 전지 세계 1위'답지 않은 무기력함을 보여주며 사람들에게 실망감만 안겨줬다. 기초가 약한 기업의 한계일 수도 있다. 비상경영과 구조조정, 이 두 가지가 다 필요한 시점이다. 대응의 골든 타임이 지나고 있다.

    객원기자 박철완 공학박사는 서울대학교 공과대학 공업화학과에서 학,석,박사를 했고, 전자부품연구원 차세대전지연구센터를 만들어 초대 센터장을 했고, 산업자원부 지정 차세대전지이노베이션센터 초대 센터장, 차세대전지성장동력사업단 총괄간사(부단장급)로 책임 운영, 드렉셀대학교 초빙조교수, 박근혜 대통령후보 중앙선거대책위원회 디지털 네거티브 대응 전략기획실장을 거쳐 교육부총리 정책보좌관 자문역을 지냈습니다. 저서로는 '그린카 콘서트'가 있으며 '에너지 소나타'를 준비 중에 있습니다.