Литий ионная батарея: зарядка и советы по эксплуатации

Содержание

Что лучше, LiFePO4 или Li-ion Все про Li-ion (литиевые аккумуляторы)

Литий-ионные аккумуляторы включают элементы питания с разными типами химии: с содержанием кобальта, марганца, никеля, алюминия, оксида титана, фосфата железа. Самые распространенные типы Li-ion аккумуляторов – литий-кобальтовые, литий-марганцевые и литий-никель-марганец-кобальтовые (NMC). Достойную конкуренцию им составляют литий-железо-фосфатные элементы питания (LiFePO4).

Они также относятся к литиевым аккумуляторам, но из-за значительных отличий от остальных Li-ion элементов питания часто рассматриваются как отдельная категория. Сегодня мы сравним аккумуляторы LiFePO4 и Li-ion, сопоставим их преимущества и недостатки, дадим рекомендации по использованию в зависимости от поставленных задач и условий использования.

Особенности литий-ионных аккумуляторов

Li-ion аккумуляторы содержат электроды, пористый сепаратор, электролит и контакты. Отрицательные пластины создаются из графита, электролит – обычно из смеси LiPF6 и карбоната. В роли катода применяются различные материалы: кобальтат лития (LiCoO2), литий-марганцевая или литий-кобальт-марганцевая шпинель (LiMn2O4, LiNiCoMnO2) и др. Технология производства Li-ion элементов постоянно совершенствуется, в результате чего повышается безопасность их эксплуатации, и улучшаются характеристики.

Li-ion элементы питания имеют высокую удельную энергоемкость, что позволяет вмещать в АКБ меньших размеров и массы больше энергии. Также они отличаются высокой токоотдачей и имеют следующие особенности:

  • чувствительность к глубокому разряду и перезаряду;
  • диапазон рабочих температур от -20 до +60 °С;
  • низкий саморазряд – <10% в месяц;
  • легкий вес в сочетании с высокой емкостью;
  • незначительное снижение емкости при хранении и эксплуатации – до 10% в год;
  • ресурс с сохранением 80% емкости – 500–1000 полных циклов заряд-разряд;
  • допустимое напряжение в процессе работы – от 2,8 до 4,2 В, номинальное – 3,6 или 3,7 В.

Особенности элементов питания LiFePO4

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы в роли материала катода используются литий-феррофосфат LiFePO4. Они тяжелее, чем остальные литий-ионные модели идентичной емкости. Также они имеют меньшее номинальное напряжение – 3–3,3 В. Главными их преимуществами выступает большее число рабочих циклов заряд-разряд (свыше 2000), химическая и термическая стабильность, способность без проблем работать на морозе, меньшее время заряда и повышенная безопасность эксплуатации.

С момента выпуска первой промышленной партии в 2006 году они считаются лучшими из силовых аккумуляторов. Принцип их действия базируется на применении электродов нано-масштаба и обмене ионами между электродами, который обеспечивается путем увеличения их активной поверхности.

Диапазон допустимых температур у элементов питания типа LiFePO4 составляет от-30 до +50 °С, саморазряд – до 3% в год. Удельная энергоемкость у них на 14% ниже, чем у моделей класса Li-ion. Напряжение в процессе разряда остается практически неизменным.

Поэтому по техническим характеристикам аккумы типа LiFePO4 считаются лучшим выбором. Но они не подходят для использования в ситуациях, когда первостепенную роль играет минимизация веса и размеров аккумуляторной батареи.

Сравниваем LiFePO4 и Li-ion, что лучше

Для наглядного сравнения Li-ion и LiFePO4 аккумуляторов рассмотрим и сопоставим их основные характеристики. В таблице приведены их усредненные значения. Точные характеристики элементов питания зависят от бренда производителя и указаны в технических паспортах (datasheet).

Параметр оценки

Li-ion

LiFePO4

Номинальное напряжение

3,6–3,7 В

3–3,3 В

Диапазон рабочих напряжений

2,8–4,2 В

2–3,6 В

Диапазон рабочих температур

От -20 до +60 °С, но желательно – от +15 до +25 °С.

От-30 до +50 °С.

Срок службы

500–1000 циклов

Более 2000 циклов (до момента сохранения 80% исходной емкости)

Временное снижение емкости и токоотдачи на морозе

Значительное

Незначительное

Время зарядки

≈8 часов

≈4 часа

Энергоемкость (удельная)

Выше

Ниже

Пожаробезопасность

Ниже

Выше

Цена

Ниже

Выше

Эффект памяти

Не наблюдается

Не наблюдается

Устойчивость к перезаряду, способность выдерживать критические напряжения

Меньше

Больше

Подверженность деградации

Выше, особенно при работе на больших токах и при несоблюдении оптимальных температур эксплуатации и хранения.

Меньше

Характеристики АКБ с параметрами 36 В, 12 Ач

Масса – 3 кг,

разрядный ток – до 12 А,

выдаваемая мощность – до 432 Вт, пиковая – 864 Вт.

Масса – 5,5 кг,

разрядный ток – до 35 А,

выдаваемая мощность – до 1260 Вт, пиковая – 2160 Вт.

Типоразмеры

Разные, стандартизированные. Самые популярные – цилиндрические «банки» форм-фактора 18650.

Бывают разных размеров. Производятся в форме призмы, цилиндра и в виде пакетов.

Выводы: LiFePO4 или Li-ion, что лучше?

Какой тип элементов питания лучше использовать в конкретном случае – зависит от выдвигаемых к ним требований и условий предстоящей эксплуатации. В большинстве случаев оптимальным выбором становятся литий-ионные аккумуляторы. Они дешевле, выигрывают по легковесности и при щадящей эксплуатации имеют ресурс около 1000 циклов. Но для более жестких условий эксплуатации (например, для езды на электровелосипеде при низких температурах) стоит выбрать LiFePO4.

Такие аккумуляторные батареи сочетают в себе все достоинства литий-ионных АКБ и лишены их недостатков. Они без ущерба для ресурса переносят пиковые тока нагрузки и заряда, менее склонны к естественной деградации, имеют минимальный саморазряд, большой диапазон рабочих температур и более 2000 циклов заряд-разряд до потери емкости на 20%. Поэтому в плане выносливости и долговечности LiFePO4 батареи выигрывают у остальных литий-ионных АКБ. Но весят литий-железо-фосфатные АКБ больше, чем аналогичные им литий-ионные батареи.

Резюме: Чтобы сделать выбор в пользу LiFePO4 или Li-ion накопителей энергии, нужно правильно расставить свои приоритеты и учесть особенности дальнейшего использования батарей.

Читайте в нашей предыдущей статье о том, как снизить риски при езде на электровелосипеде со скоростью свыше 50 км/ч.

Мощная LI-ION батарея своими руками

Приветствую, Самоделкины!

Как-то недавно у автора возникла необходимость в мощной литий-ионной батареи.

В данной статье подробно рассмотрим, как правильно собирается батарея из литий-ионных банок стандарта 18650, короче, все по канонам. Думаю, будет интересно. В данном случае будем собирать батарею с напряжением 14,8В.


Чтобы получить литиевую батарею с таким напряжением, необходимо соединить последовательно 4 банки лития 18650. Для увеличения общей емкости, параллельно к каждой банке подключим еще по точно такой же. Все аккумуляторные банки в данном примере были взяты из старой батареи ноутбука. Автору повезло, и он по дешевке купил полностью рабочий аккумулятор, где было аж 8 банок.

Аккумуляторы, кстати, одни из лучших в своем роде, panasonic как никак. Выбор б/ушных банок в данном проекте обусловлен только тем, что они просто были в наличии у автора. Если же вы планируете собирать аккумулятор для серьезных дел, например, для электротранспорта, естественно предпочтение отдавайте новым, и желательно высоко токовым аккумулятором.

Их можно конечно же купить в Китае, например, заказать на сайте магазина Aliexpress, но советую прежде всего изучить ассортимент в местных магазинах, так как цены иногда могут даже не отличаться от китайских или же отличие может быть незначительным и к тому же ждать посылку не придется.

Так как автор решил использовать не новые аккумуляторы, а б/у, поэтому все банки прошли этап полного заряда с последующим разрядом.


Данная процедура необходима для выявления емкости аккумуляторов. И тут автору повезло, так как при разрядном токе в 1А, емкость почти всех аккумуляторов составила около 2300 мАч. Внутреннее сопротивление банок тоже было примерно одинаковым. Таким образом, общая емкость нашего аккумулятора будет около 4600 мАч при напряжении 14,8В. А в полностью заряженном состоянии, это напряжение будет доходить до 16,8В.

Затем необходимо очистить контакты банок от следов старой контактной сварки. Для этого автор использовал свой любимый подручный инструмент, который он ранее изготовил собственными руками.



Собственно, для этой цели понадобился сам инструмент, а так же специальная насадка для него.

Ранее, специально этого проекта, с Китая были заказаны пластиковые ячейки, которые применяются для сборки батарей с применением аккумуляторных банок стандарта 18650. Извлекаем ячейки из пакета, и соединяем между собой следующим образом:

Далее в отверстия каждой пластиковой ячейки устанавливаем по одному литий-ионному аккумулятору стандарта 18650.



Аккумуляторные банки будем соединять друг с другом при помощи никелевых шин, которые имеют следующие параметры:

Сперва необходимо нарезать никелевую шины на небольшие кусочки нужной длины. Затем приступаем к сварке.

Автор сваривал банки своим самопальным аппаратом для контактной сварки, который он ранее изготовил именно для таких целей.

Подключаем сварочный аппарат, электроды прижимаем к никелевой шине в месте необходимого контакта. Тут все довольно просто, ничего сложного.

Установлены банки таким образом, чтобы контакты для тока съема (или плюс и минус батареи), выходили с одной стороны, что очень удобно.

Аккумуляторные банки дополнительно необходимо зафиксировать, то есть склеить между собой. Это нужно для того, чтобы исключить обрыв точек сварки в случае долговременных вибраций аккумулятора, в общем, чтобы банки не шатались.
В идеале для этого желательно использовать герметик. Но автор решает воспользоваться термоклеем. Горячим клеем, при помощи специального клеевого пистолета, проклеиваем места между аккумуляторов.


Проверим, все ли сделали правильно. Для этого подключаем измерительный инструмент (в данном случае мультиметр) и проверяем наличие напряжения на выводах только что собранной аккумуляторной батареи.

Прибор показывает 16.66В. Так и должно быть.
Теперь возьмем контроллер заряда.



Он выполняет несколько функций, в их числе защита аккумулятора от коротких замыканий, а также перезаряда и глубокого разряда. Данная плата как раз предназначена для 4 аккумуляторных банок. Ток срабатывания защиты данной платы составляет 30А. Автор его снизил в 2 раза (до 15А), убрав один из датчиков тока.

Теперь поработаем паяльником. Для начала необходимо облудить контакты нашей батареи.

Затем зачищаем провода от изоляции и их тоже необходимо облудить.




Далее размещаем плату контроллера заряда на подготовленное специально для нее место и припаиваем контакты аккумулятора к соответствующим контактам платы.






Затем приматывает плату контроллера заряда аккумулятора непосредственно к аккумуляторным банкам с помощью скотча.

Получаем единую конструкцию.

Проверяем.


Все работает. Вот так легко и просто можно собирать аккумуляторы с необходимым напряжением на выходе. Кстати, аккумуляторы, которые использовались автором, не являются высоко токовыми. Каждую банку можно разрядить токами не более 5А. С учетом того, что каждый блок у нас состоит из двух параллельно соединенных банок, получается, что такую аккумуляторную батарею можно разряжать током около 10А, а при 15 амперах уже сработает защита.

Благодарю за внимание. До новых встреч.

Видеоролик автора:


Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Чем лучше литий-ионный аккумулятор: почему его используют чаще

Чем лучше литий-ионный аккумулятор: почему его используют чаще

×

NEOVOLT использует cookie-файлы для того, чтобы Ваши впечатления от покупок на нашем сайте были максимально положительными. Если Вы продолжите пользоваться нашими услугами, мы будем считать, что Вы согласны с использованием cookie-файлов. Узнайте подробнее о cookie-файлах и о том, как можно отказаться от их использования.

Все понятно

Jan 28, 2020

  Технологии

Может быть литий-ионные аккумуляторы в чём-то и лучше других (узнайте подробнее о типах батарей), но они не являются самыми популярными элементами питания в мире.


Вот, какие аккумуляторы используются чаще всего:

    1. 1. свинцово-кислотные автомобильные стартерные аккумуляторы ГОРАЗДО более популярны, чем литиевые.

    1. 2. маленькие элементы питания (AA, AAA и так далее) углеродные и алкалиновые (щелочные) тоже более популярны.

  1. 3. а вот в мобильных устройствах, телефонах и ноутбуках литиевая батарея — действительно «царь горы», который набирает силу.

Для отрасли потребительской электроники пока не существует ничего лучше, чем литий-ионный аккумулятор. Это наиболее эффективный тип элементов питания среди коммерчески реализованных продуктов.



Чем так хороши аккумуляторы Li-Ion?

Давайте посмотрим на конкретные причины, которые побуждают производителей использовать этот тип химии для хранения заряда. По сути этот список поможет нам определиться, чем же так хороши литиевые аккумуляторы в мобильной электронике и почему бы не перейти на альтернативные системы питания?


    1. 1. Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы легче изготовить

      Этот тип химии легче поддаётся размещению в компактных плоских корпусах в виде «пакетов» (литий-полимерные и в более сложных конструкциях), чем в других химических вариациях.


    1. 2. Они делаются из относительно дешёвых материалов

      Если вы игнорируете кобальт, который составляет небольшой процент от общей массы, то литий делает аккумуляторы экономичными в производстве и доступными для покупки.


    1. 3. Батареи Li-Ion имеют более высокое отношение мощности к весу

      А также к габаритам. По этим показателям они лучше, чем другие типы аккумуляторов (плотность энергии выше из-за лёгкой природы лития).


    1. 4. Литий является только третьим элементом в периодической таблице

      Элемент лития идёт после водорода и гелия — он очень лёгкий.


    1. 5. У лития также есть внешняя электронная оболочка

      Она пропускает свободный электрон, в отличие от гелия благородного газа, который ревниво охраняет свои электроны и не хочет делиться ими с кем-либо.


    1. 6. Литий-ионные батареи обеспечивают компактность

      Это крайне важно для телефона, планшета и ноутбука. В сравнении с другими типами батарей Li-Ion — абсолютный лидер на данный момент.


    1. 7. Напряжение 3,2–3,7 В

      В зависимости от того, какая химия лития используется, такое напряжение делает их идеальными для зарядки от недорогих 5-вольтовых источников USB.


  1. 8. Такое напряжение позволяет использовать одну ячейку

    Для малогабаритных устройств (телефон, смарт-часы и так далее) нет ничего важнее.

Соедините все пункты, и вы получите лёгкий вес с относительной доступностью по цене и способностью химического оборудования брать более глубокие разряды, чем химический состав свинцовой кислоты — и у вас есть причина, почему эти батареи так доминируют.



Узнайте больше про Li-Ion

Напишите в комментарии, пользовались ли вы смартфонами, планшетами и ноутбуками на других типах аккумуляторов? Или отправьте сообщение нам ВКонтакте @NeovoltRu, если у вас возникли вопросы.

Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.



Похожие комментарии:

Что нужно знать о литиевых аккумуляторах?

В этой статье вы узнаете о видах литиевых аккумуляторов, их преимущества и недостатки, а так же правила эксплуатации таких аккумуляторов.

Немного истории

Впервые опыты по разработке литиевых батарей были в 1912 году, однако первое использование в бытовых приборах произошло спустя 6 десятилетий, в начале семидесятых годов. Дальнейшие попытки создать литиевые аккумуляторы (батареи, которые можно перезаряжать) оказались безуспешным из-за образовавшихся проблем в обеспечении их безопасной эксплуатации. Такие аккумуляторы могли бы обеспечить высокое напряжение и отличную емкость. Но многочисленными исследовательскими работами в 80-х годах выяснилось, что циклование (заряд - разряд) литиевых аккумуляторов приводит к неконтролируемой бурной реакции, с воспламенением выделяющихся газов. Для получения безопасных аккумуляторов исследователи отказались от лития, из-за его характерной неустойчивости, и обернули свой взгляд на неметаллические литиевые аккумуляторы на основе ионов лития. Так и появились Li-ion аккумуляторы.

Параметры литиевых аккумуляторов

У выпускаемых, на сегодняшний день, аккумуляторов высокая удельная энергоёмкость (100-180 Втч/кг и 250-400 Втч/л) и рабочее напряжение (3,5-3,7 В). Ток разряда современных Li–Ion аккумуляторов составляет от 2С до 20С. Они работают в интервале температур окружающей среды от -20 до +60 Цельсия. Есть модели работоспособные при -40 Цельсия. Но сразу стоит сказать, что при отрицательных температурах работают специальные серии АКБ. Обыкновенные литий–ионные батареи для мобильных устройств при отрицательных температурах становятся неработоспособными. Саморазряд данного типа аккумуляторов примерно от 4% до 6% в первом месяце. Но потом он становится существенно меньше, и за 12 месяцев аккумуляторы теряют 10-20% запасенной емкости. Это значительно меньше, чем у никель–кадмиевых и никель–металлогидридных батарей. Срок службы примерно 500─1000 циклов.

Отличие Li-Pol от Li-Ion аккумулятора

Литий–ионные аккумуляторы, в основном попадаются в виде цилиндрических бочонков, как например 18650. А всё потому, что ионные аккумуляторы созданы на основе, так называемой «банки», в которую залит жидкий электролит.

Литий полимерные аккумуляторы построены из твердого электролита, что дает возможность произвести его почти любой формы.

На данный момент проведено множество экспериментов, подтверждающих высший уровень безопасности полимерных АКБ в сравнении с ионными аккумуляторами. Это относится к перезаряду, ускоренному разряду, вибрации, сжатию, короткому замыканию, прокалыванию литий–полимерных батарей. Поэтому данный вид аккумуляторов имеет лучшие перспективы развития. Ниже приведены итоги исследований на безопасную эксплуатацию Li–Pol аккумуляторов.

Вид испытанийАккумулятор с гель-полимерным электролитомАккумулятор с жидким электролитом
Прокол иглойНет измененийВзрыв, дым, протечка электролита, повышение температуры до 250°С
Нагрев до 200°СНет измененийВзрыв, протечка электролита
Короткое замыканиеНет измененийПротечка электролита, повышение температуры до 100°С
Перезаряд (600%)ВздутиеВзрыв, протечка электролита, повышение температуры до 250°С

Преимущества литиевых аккумуляторов

  • высокая энергетическая плотность (а значит, более высокая ёмкость), если сравнивать со щелочными аккумуляторами с использованием никеля;
  • небольшой саморазряд;
  • Достаточно большое напряжение одного аккумуляторного элемента (3,6 вольта у Li и 1,2 вольта у Ni–Cd и Ni–MH). Это делает конструкцию проще. Как правило, литиевые АКБ для телефонов и планшетов имеют в своей конструкции всего одну банку. Но для обеспечения той же мощности, требуется отдавать более высокую силу тока. Это, в свою очередь, требует небольшого внутреннего сопротивления аккумулятора;
  • Простая эксплуатация, поскольку отсутствует «эффект памяти». Поэтому периодические тренировки элементов не требуются.

Недостатки литиевых аккумуляторов

  • Этот тип аккумуляторов не может работать без встроенного контроллера. Это повышает стоимость АКБ. Контроллер необходим для контроля за напряжением во время зарядки и разрядки. Также в его функции входит ограничение токов заряда и разряда плюс контроль температуры;
  • Деградация аккумулятора идёт даже при его хранении. Производители об этом не распространяются, но вам необходимо помнить при покупке, что «часики литиевой АКБ тикают» с момента её производства на конвейере;
  • Стоят дороже никель–кадмиевых и никель–металлогидридными;
  • Сохраняют свои свойства в узком температурном интервале. Жара и холод для них губительны.

Правила эксплуатации

Что требуется запомнить при эксплуатации Li–Pol аккумуляторных батарей:

  • Если есть возможность, то стоит проконтролировать напряжение аккумулятора, особо важно следить за этим в конце разрядки;
  • Рекомендуется использовать разъёмы, не допускающие короткого замыкания;
  • Корпус батарей изначально герметичен, внутрь аккумуляторной банки недопустимо проникновение воздуха, соответственно недопустимо разгерметизация АКБ;
  • Нельзя допускать нагрев выше 60 градусов, т.к. вследствие перегрева начинает идти самопроизвольная реакция, из-за которой может произойти воспламенение или даже взрыв;
  • Для хранения необходимо зарядить батарею наполовину и поместить ее в прохладное место, без попадания солнечного света.

LiFePO4

LifePO4 – это группа литиевых аккумуляторов, которые в своем составе содержат литий фосфат железа. Данные литиевые батареи, в отличии от других, считаются неопасными. Они превосходят другие материалы в плане безопасности, стабильности и производительности.

LifePO4 батареи могут превышать 2000 циклов заряд–разряд. Это показатель качественно выполненной батареи LiFePO4, которая превышает продолжительность жизни другой группы аналогичных литиевых батарей на дополнительные 33%! От этих батарей гораздо большая отдача от вложенных денег, чем от других литиевых аккумуляторов.

LiFePO4 элементы питания произошли от литий–ионных, но при этом данные АКБ имеют ряд преимуществ:

  • LiFePO4 обеспечит вам более длительный срок службы, чем другие аналоги;
  • Данные батареи обеспечивают стабильный разряд, в сравнении с остальными аккумуляторами. До самого разряда батарея держит напряжение максимально приближенное к 3.2, что отбрасывает нужду в частом регулировании напряжения цепи;
  • В связи со стабильным напряжением 3.2 В на выходе, последовательным расположением четырех батарей можно получить номинальное напряжение на выходе в 12. 8 В. Исходя из этого, данные батареи могут стать альтернативой свинцово-кислотным АКБ, и их можно эксплуатировать в автомобилестроении или в работе солнечной энергетикой;
  • Использование фосфатов позволяет избежать затрат на кобальт и экологических проблем, в частности, озабоченность по поводу кобальта попадающего в окружающую среду при неправильной утилизации;
  • LiFePO4 отличается высокой мощностью и пиковым током;
  • Плотность энергии новой батареи LFP около 14% ниже, чем у новых литий–ионных батарей. Так как плотность энергии снижается гораздо медленнее, после определенного срока использования, LifePO4 ячейки будут иметь плотность энергии выше LiCoO2 и литий–ионные ячейки;
  • LiFePO4 ячейки медленнее теряют ёмкость, чем литий–ионные аккумуляторы, такие как LiCoO2, кобальт или марганец, LiMn2O4, шпинель, литий–полимерные или литий-ионные батареи.
  • Одним из важных преимуществ по сравнению с другими видами литий-ионных батарей, является термическая и химическая стабильность, что существенно повышает безопасность батареи.

Литий─ионный аккумулятор

В современных мобильных телефонах, ноутбуках, планшетах используются литий─ионные аккумуляторы. Постепенно они вытеснили щелочные аккумуляторы с рынка портативной электроники. Раньше во всех этих устройствах использовались никель─кадмиевые и никель─металлгидридные аккумуляторные батареи. Но их времена прошли, поскольку Li─Ion батареи имеют лучшие характеристики. Правда, они могут заменить щелочные не по всем параметрам. Например, для них недостижимы токи, которые могут отдавать никель─кадмиевые АКБ. Для питания смартфонов и планшетов это некритично. Однако в области портативного электроинструмента, который потребляет большой ток, щелочные аккумуляторы по-прежнему в ходу. Тем менее, работы по разработке аккумуляторов с высокими токами разряда без кадмия продолжаются. Сегодня мы поговорим о литий─ионных аккумуляторных батареях, их устройстве, эксплуатации и перспективах развития.

 

Содержание статьи

Как появились литий─ионные батареи?

Самые первые аккумуляторные элементы с анодом из лития были выпущены в семидесятых годах прошлого столетия. У них была высокая удельная энергоёмкость, что сразу сделало их востребованными. Специалисты давно стремились разработать источник на основе щелочного металла, который имеет высокую активность. Благодаря этому было достигнуто высокое напряжение этого типа батарей и удельная энергия. При этом сама разработка конструкции таких элементов была выполнена довольно быстро, а вот их практическое использование вызвало сложности. С ними удалось справиться только в 90-е годы прошлого века.


На протяжении этих 20 лет исследователи пришли к выводу, что основной проблемой является литиевый электрод. Этот металл очень активный и при эксплуатации протекал ряд процессов, приводивших в итоге к воспламенению. Это стали называть вентиляцией с образованием пламени. Из-за этого в начале 90-х годов производители были вынуждены отозвать батареи, выпущенные для мобильных телефонов.

Это случилось после ряда несчастных случаев. В момент разговора ток, потребляемый от аккумулятора, выходил на максимум и началась вентиляция с выбросом пламени. В результате произошло много случаев получения пользователями ожогов лица. Поэтому учёным пришлось дорабатывать конструкцию литий─ионных аккумуляторов.

Металлический литий крайне нестабилен, особенно проявляется при зарядке и разрядке. Поэтому исследователи стали создавать аккумуляторную батарею литиевого типа без использования лития. Стали использоваться ионы этого щелочного металла. Отсюда и пошло их название.

Литий─ионные батареи имеют меньшую удельную энергию, чем литиевые аккумуляторы.

Но они безопасны при соблюдении норм заряда и разряда.
Вернуться к содержанию
 

Реакции, происходящие в Li─Ion аккумуляторе

Рывком в направлении внедрения литий─ионных аккумуляторных батарей в бытовую электронику стала разработка АКБ, у которых минусовой электрод был выполнен из углеродного материала. Кристаллическая решётка углерода очень хорошо подошла в качестве матрицы для интеркаляции ионов лития. Чтобы увеличить напряжение аккумулятора, положительный электрод был выполнен из оксида кобальта. Потенциал литерованного оксида кобальта составляет примерно 4 вольта.

Величина рабочего напряжения большинства литий─ионных аккумуляторов составляет 3 вольта и более. В процессе разряда на минусовом электроде происходит деинтеркаляция лития из углерода и его интеркаляция в оксид кобальта плюсового электрода. В процесс зарядки процессы происходят наоборот. Получается, что металлического лития в системе нет, а работают его ионы, которые перемещаются с одного электрода на другой, создавая электрический ток.
Вернуться к содержанию
 

Реакции на отрицательном электроде

Все современные коммерческие модели литий─ионных аккумуляторов имеют минусовой электрод из углеродосодержащего материала. От природы этого материала, а также вещества электролита во многом зависит сложный процесс интеркаляции лития в углерод. Матрица углерод на аноде имеет слоистую структуру. Структура может быть упорядоченной (натуральный или синтетический графит) или частично упорядоченной (кокс, сажа и т. п.).

При интеркаляции ионы лития раздвигают слои углерода, внедряясь между них. Получаются различные интеркалаты. При интеркаляции и деинтеркаляции удельный объем матрицы углерода меняется несущественно. В отрицательный электрод, помимо углеродного материала, могут использоваться серебро, олово и их сплавы. Также пробуют использовать композитные материалы с кремнием, сульфидами олова, соединениями кобальта и т. п.

Вернуться к содержанию
 

Реакции на положительном электроде

В первичных литиевых элементах (батарейках) для изготовления плюсового электрода часто используются самые разные материалы. В аккумуляторах этого сделать не получается и выбор материала ограничен. Поэтому плюсовой электрод Li─Ion аккумулятора выполняется из литированного оксида никеля или кобальта. Также могут применяться литий─марганцевые шпинели.

Сегодня ведутся исследования материалов из смешанных фосфатов или оксидов для катода. Как удалось доказать специалистам, такие материалы улучшают электрические характеристики литий─ионных АКБ. Также разрабатываются способы нанесения оксидов на поверхность катода.

Реакции, протекающие в литий─ионном аккумуляторе при заряде, можно описать следующими уравнениями:

положительный электрод

LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe

отрицательный электрод

С + xLi+ + xe → CLix

В процессе разряда реакции идут в обратном направлении.

На рисунке ниже схематично показаны процессы, протекающие в литий─ионном аккумуляторе при заряде и разряде.

Реакции, протекающие в Li-Ion аккумуляторе



Вернуться к содержанию
 

Устройство литий─ионных аккумуляторов

По своему исполнению Li─Ion аккумуляторы выполняются в цилиндрическом и призматическом исполнении. Цилиндрическая конструкция представляет рулон электродов с сепараторным материалом для разделения электродов. Этот рулон помещён в корпус из алюминия или стали. С ним соединён минусовой электрод.

Положительный контакт выводится в виде контактной площадки на торец аккумулятора.

Цилиндрический литий─ионный аккумулятор

Li─Ion аккумуляторы призматической конструкции делаются с помощью укладывания пластин прямоугольной формы друг на друга. Такие батареи дают возможность сделать упаковку более плотной. Сложность заключается в поддержке сжимающего усилия на электродах. Есть призматические АКБ с рулонной сборкой электродов, скручиваемых в спираль.

Призматический литий─ионный аккумулятор



В конструкции любых литий─ионных аккумулятор предусмотрены меры для обеспечения их безопасной работы. В первую очередь это касается предотвращения разогрева и воспламенения. Под крышкой батареи устанавливается механизм, который увеличивает сопротивление аккумулятора при увеличении температурного коэффициента. При возрастании давления внутри АКБ выше допустимого предела, механизм разрывает положительный вывод и катод.

Кроме того, для увеличения безопасности эксплуатации в Li-Ion аккумуляторах в обязательном порядке используется электронная плата. Её назначение – это контроль за процессами заряда и разряда, исключение перегрева и короткого замыкания.

Сейчас выпускается много призматических литий─ионных аккумуляторов. Они находят применение в смартфонах и планшетах. Конструкция призматических батарей часто может отличаться у различных производителей, поскольку не имеет единой унификации. Электроды противоположной полярности разделяются сепаратором. Для его производства используется пористый полипропилен.

Конструкция Li-Ion и прочих разновидностей литиевых АКБ всегда выполняется герметичной. Это обязательное требование, поскольку вытекания электролита не допустимо. Если он вытечет, то электроника будет повреждена. Кроме того, герметичное исполнение не допускает попадания внутрь АКБ воды и кислорода. Если они попадут внутрь, то в результате реакции с электролитом и электродами разрушат аккумулятор. Производство комплектующих для литиевых аккумуляторов и их сборка находится в специальных сухих боксах в атмосфере аргона. При этом используются сложные приёмы сваривания, герметизации и т. п.


Что касается количества активной массы Li-Ion аккумулятора, то здесь производители всегда ищут компромисс. Им нужно добиться максимальной ёмкости и обеспечить безопасность функционирования. За основу принимается отношение:

Ао / Ап = 1,1, где

Ао – активная масса отрицательного электрода;

Ап — активная масса положительного электрода.

Такой баланс не допускает образование лития (чистого металла) и исключает возгорание.
Вернуться к содержанию
 

Параметры Li-Ion аккумуляторов

Выпускаемые сегодня литий─ионные аккумуляторы имеют высокую удельную энергоёмкость и рабочее напряжение. Последнее в большинстве случаев составляет от 3,5 до 3,7 вольта. Энергоёмкость составляет от 100 до 180 ватт-час на килограмм или от 250 до 400 на литр. Некоторое время назад производители не могли выпустить АКБ с ёмкостью выше нескольких ампер-час. Сейчас проблемы, сдерживающие развитие в этом направлении, устранены. Так, что в продаже стали встречаться аккумуляторы литиевого типа с ёмкостью в несколько сотен ампер-час.

Литий-ионный аккумулятор



Ток разряда современных Li─Ion аккумуляторов составляет от 2С до 20С. Они работают в интервале температур окружающей среды от -20 до +60 Цельсия. Есть модели работоспособные при -40 Цельсия. Но сразу стоит сказать, что при отрицательных температурах работают специальные серии АКБ. Обычные литий─ионные батарейки для мобильных телефонов при отрицательных температурах становятся неработоспособными.

Саморазряд этого типа батарей равен 4─6 процента в течение первого месяца. Далее он уменьшается и в год составляет до процентов. Это значительно меньше, чем у никель─кадмиевых и никель─металлогидридных батарей. Срок службы примерно 400─500 циклов заряд-разряд.

Теперь поговорим об особенностях эксплуатации литий─ионных аккумуляторов.
Вернуться к содержанию
 

Эксплуатация литий─ионных батарей

Зарядка Li─Ion аккумуляторов

Заряд литий─ионных АКБ обычно комбинированный. Сначала они заряжаются при постоянном токе величиной 0,2─1С пока не наберут напряжение 4,1─4,2 вольта. А затем зарядка ведётся при постоянном напряжении. Первая ступень продолжается примерно около часа, а вторая около двух. Чтобы зарядить аккумулятор быстрее, используется импульсный режим. Первоначально выпускались Li─Ion аккумуляторы с графитом и для них устанавливалось ограничение напряжения 4,1 вольта на одну банку. Дело в том, что при более высоком напряжении в элементе начинались побочные реакции, сокращающие срок эксплуатации этих аккумуляторов.

Постепенно эти минусы удалось устранить за счёт легирования графита различными добавками. Современные литий─ионные элементы без проблем заряжают до 4,2 вольта. Погрешность составляет 0,05 вольта на элемент. Существуют группы Li─Ion аккумуляторных батарей для военной и промышленной сферы, где требуется повышенная надёжность и длительный срок службы. Для таких АКБ выдерживают максимальное напряжение на элемент 3,90 вольта. У них несколько ниже энергетическая плотность, но увеличенный срок службы.


Если заряжать литий─ионную батарею током величиной 1С, то время полного набора ёмкости составит 2─3 часа. Аккумулятор считается полностью заряженным, когда напряжение возрастает до максимального, а ток снижается до 3 процентов от величины в начале процесса зарядки. Это можно видеть на графике ниже.

Зависимость тока заряда и напряжения Li─Ion аккумулятора при заряде

На графике ниже представлены этапы зарядки Li─Ion батареи.

Этапы зарядки литий─ионного аккумулятора



Процесс зарядки состоит из следующих этапов:
  • Этап 1. На этой стадии через аккумуляторную батарею течёт максимальный ток заряда. Он продолжается до момента достижения порогового напряжения;
  • Этап 2. При постоянном напряжении на АКБ ток зарядки постепенно уменьшается. Этот этап прекращается, когда величина тока уменьшается до 3 процентов от начального значения;
  • Этап 3. Если аккумулятор ставится на хранение, то на этом этапе идёт периодический заряд для компенсации саморазряда. Делается ориентировочно через каждые 500 часов.
    Из практики известно, что увеличение тока заряда не сокращает время зарядки батареи. При повышении тока напряжение растёт быстрее до порогового значения. Но тогда потом второй этап зарядки длится дольше. Некоторые зарядные устройства (ЗУ) могут зарядить Li─Ion аккумулятор за час. В таких ЗУ отсутствует второй этап, но реально аккумулятор в этой точке заряжается где-то на 70 процентов.

Что касается струйной подзарядки, то для литий─ионных батарей она неприменима. Это объясняется тем, что этот тип АКБ не может при перезарядке поглощать избыточную энергию. Струйная подзарядка может привести к переходу части ионов лития в металлическое состояние (валентность 0).

А непродолжительный заряд хорошо компенсирует саморазряд и потери электрической энергии. Зарядка на третьем этапе может делаться каждые 500 часов. Как правило, выполняется при снижении напряжения АКБ до 4,05 вольта на одном элементе. Заряд ведётся до поднятия напряжения до 4,2 вольта.

Стоит отметить слабую стойкость литий─ионных аккумуляторов к перезаряду. В результате подачи лишнего заряда на углеродной матрице (минусовой электрод) может начаться осаждение металлического лития. Он имеет очень высокую химическую активность и взаимодействует с электролитом. В результате на катоде начинается выделение кислорода, что грозит ростом давления в корпусе и разгерметизацией. Поэтому если вы заряжаете Li─Ion элемент в обход контроллера, не допускайте подъёма напряжения при заряде выше, чем рекомендует производитель батареи. Если постоянно перезаряжать аккумулятор, срок его службы сокращается.

Безопасности Li-Ion АКБ производители уделяют серьёзное внимание. Заряд прекращается при увеличении напряжения выше допустимого уровня. Также установлен механизм выключения заряда при увеличении температуры батареи выше 90 Цельсия. Некоторые современные модели батарей имеют в своей конструкции выключатель механического типа. Он срабатывает при росте давления внутри корпуса АКБ. Механизм контроля напряжения электронной платы отключает банку от внешнего мира по минимальному и максимальному напряжению.

Существуют литий─ионные батареи без защиты. Это модели, содержащие в своём составе марганец. Этот элемент при перезаряде способствует торможению металлизации лития и выделению кислорода. Поэтому в таких аккумуляторах защита становится не нужна.


Рекомендуем дополнительно прочитать материал о том, как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы.
Вернуться к содержанию
 
Хранение и разрядные характеристики литий─ионных АКБ

Аккумуляторы литиевого типа хранятся достаточно хорошо и саморазряд в год составляет всего 10─20% в зависимости от условий хранения. Но при этом деградация элементов батареи продолжается даже, если она не используется. Вообще, все электрические параметры литий─ионного аккумулятора могут отличаться для каждого конкретного экземпляра.

К примеру, напряжение при разряде меняется в зависимости от степени зарядки, тока, температуры окружающей среды и т. п. На срок эксплуатации АКБ оказывают влияние токи и режимы цикла разряд-заряд, температура. Один из главных недостатков Li-Ion батарей ─ это чувствительность к режиму заряд-разряд, из-за чего в них и предусматривается много разных видов защит.

На графиках ниже представлены разрядные характеристики литий─ионных аккумуляторов. На них рассмотрена зависимость напряжения от тока разряда и температуры окружающей среды.

Разрядные характеристики литий-ионного аккумулятора при разных разрядных токах

Разрядные характеристики литий-ионного аккумулятора при различных температурах



Как можно видеть, при увеличении разрядного тока падение ёмкости незначительно. Но при этом рабочее напряжение заметно уменьшается. Аналогичная картина наблюдается при температуре меньше 10 градусов Цельсия. Стоит также отметить начальную просадку напряжения аккумулятора.
Вернуться к содержанию
 
Безопасность

В целом к настоящему времени проблема защиты литий─ионных аккумуляторов уже решена. Электронная защита держит под контролем процесс заряда и разряда. К тому же постоянно дорабатывается материал катода, в том числе, в направлении термической стабильности.

Li-Ion аккумуляторы имеют встроенную защиту от внутреннего короткого замыкания. Некоторые категории АКБ также оснащают защитой от внешнего короткого замыкания. Внутренняя защита реализована в виде двухслойного сепаратора. Один слой выполнен из полипропилена, а второй из аналога полиэтилена. Если в результате появления литиевых дендритов происходит короткое замыкание, то этот второй слой из-за разогрева оплавляется. В результате он становится непроницаемым, что предотвращает дальнейший рост дендритов лития к положительному электроду.
Вернуться к содержанию
 

Защита литий─ионных батарей

Выше мы несколько раз упоминали о защите Li─Ion аккумуляторов. Давайте, суммируем всю информацию.

В аккумуляторных батареях литиевого типа применяется полевой транзистор для размыкания цепи, когда напряжение банки возрастает до 4,3 вольта. Термическая защита разъединяет цепь при нагреве АКБ выше 90 градусов Цельсия. Ещё в литий─ионных батареях можно встретить предохранитель, срабатывающий при увеличении давления в корпусе до 1034 кПа. Также устанавливаются схемы, предохраняющие элемент от глубокого разряда. Их назначение – разорвать цепь при снижении напряжения элемента до 2,5 вольта.


Вернуться к содержанию
 

Как функционирует защита АКБ?

Схема защиты литий─ионной аккумуляторной батареи при включённом телефоне имеет сопротивление 0,05─0,1 Ом. Это два ключа, которые соединены последовательно. Первый предназначен для срабатывания на верхнем, а второй ─ на нижнем значении напряжения АКБ. Сопротивление увеличивает в 2 раза внутреннее сопротивление АКБ. Аккумулятор отдаёт максимальный ток при низком внутреннем сопротивлении. Схема защиты сделана, как препятствие для бесконтрольного роста тока (как зарядки, так и разрядки) аккумулятора.

Также схема защиты может быть реализована с помощью химических добавок. Для этого используется марганец. В таких АКБ вместо схемы защиты ставится только предохранитель. И всё это не сказывается на безопасности. Марганец не даёт аккумулятору перегреться и воспламениться. В результате отказа от электронной схемы снижается цена литий─ионных батарей, но это порождает другую проблему. Такую АКБ пользователь может заряжать «неродной» зарядкой. И в этом случае может случиться так, что ЗУ не остановит процесс при полной зарядке. Тогда без схемы пойдёт перезаряд и выход аккумулятора из строя. Такие вещи заканчиваются вздутием корпуса.
Вернуться к содержанию
 

Деградация Li─Ion аккумуляторов

Из-за чего происходит деградация Li-Ion аккумуляторов и какие факторы приводят к снижению ёмкости? Это:

  • расслоение графитовой матрицы;
  • разрушение структуры катода;
  • образование частиц металлического лития;
  • появление пассивирующей плёнки на электродах. Она снижает поверхностную активность;
  • разрушение механической структуры электрода из-за изменений объёма электродов при заряде-разряде.

Специалисты до сих пор не пришли к единому мнению насчёт того, какой электрод (катод или анод) больше изменяется при эксплуатации. На конечный результат влияет материал электрода, а также его чистота. Заявленный ресурс современных литий─ионных аккумуляторов составляет от 500 до 1 тысячи циклов разряд-заряд до снижения ёмкости на 20 процентов. Но результат сильно зависит от значения напряжения при заряде. Результаты исследований специалистов показали следующие результаты.

Зависимость ёмкости литий-ионного аккумулятора при различном пороговом напряжении заряда

Стоит отметить, что при уменьшении «амплитуды циклирования» увеличивается срок эксплуатации. Что это значит? То есть, не нужно разряжать телефон до выключения и заряжать его до 100%. Благодаря этому уменьшается механическая нагрузка на электроды, которая вызвана изменением объёма из-за внедрения ионов лития. Чем глубже разряд и полнее заряд, тем большие механические напряжения испытывают электроды.
Вернуться к содержанию
 

Перспективы развития литий─ионных аккумуляторных батарей

Литий─ионные аккумуляторы уже превратились в полноценное семейство батарей, как щелочные или автомобильные. От остальных групп АКБ они выделяются своей высокой энергоёмкостью, режимами заряд-разряд и рядом других характеристик. Их эксплуатация требует использования электронных схем контроля заряда-разряда и некоторых других средств защиты.

В случае с литиевыми аккумуляторами задача их безопасного использования усложняется требованиями к габаритам. Они должны быть максимально компактными, поскольку используются в портативной электронике. Из-за близкого расположения электродов и стремления добиться максимальной удельной ёмкости литий─ионные аккумуляторы долго не могли вывести на рынок для коммерческого использования.

Сейчас активно ведутся разработки новых материалов для электродов. Причём при использовании нового материала проходит долгое время до того момента, как его удаётся внедрить в серийное производство.

На рынке наблюдается довольно большой разброс литиевых батарей по электрическим характеристикам, габаритам и т. п. Отчасти это происходит из-за того, что пока нет единых стандартов в этом направлении. Кроме того, рынок наводнила продукция из Китая и других стран азиатского региона. Эти производители зачастую не придерживаются никаких норм, стараясь выпустить максимально доступные аккумуляторы.


Куда будет двигаться разработка литий─ионных аккумуляторов? Специалисты в этой сфере считают, что основное направление развития для них – это «умные аккумуляторы». Этот тренд сейчас явно прослеживания в различных электронных устройствах. То есть, идентификация батареи, степень заряженности, допустимое напряжение, температура – всем этим АКБ должна обмениваться с мобильным устройством.

Кроме того, усовершенствование литий─ионных аккумуляторов будет вестись в направлении уменьшения размеров, увеличения энергоёмкости, более гибкие решения в плане формы и т. п. Также работы ведутся в направлении разработки материалов для катода на базе соединений лития. Их цель – создание моделей литиевых АКБ, способных заменить никель─кадмиевые аккумуляторы в устройствах, потребляющих большой ток (портативный электроинструмент).
Вернуться к содержанию
 

Опрос

Примите участие в опросе!

 Загрузка ...
Надеемся, что эта статья помогла вам разобраться в особенностях литий─ионных аккумуляторов. Если материал был полезен, то делайте репост в социальных сетях. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте статью! Если остались вопросы и дополнения, пишите их в комментариях.
Вернуться к содержанию

отличия, преимущества и недостатки — На токе

Многие из пользователей юзают разнообразные перезаряжаемые источники питания — используют они их и для вейпинга, и для других целей. Но, довольно большое количество фанатов электронных сигарет не знают, что одни электроаккумуляторы дозволяется использовать в модах, а другие вполне могут представлять опасность для юзера. В данной теме я хочу объяснить химию Li-ion аккумуляторов и её различия доступным для среднестатистического обывателя языком, чтобы юзер понимал, с чем он реально имеет дело.

Что в имени твоём?

Начнём с таблицы, в которой приведены полные названия электронакопителей формата 18650, химические формулы, а также их сокращения:

Любой из приведённых выше химсоставов, может предложить как положительные качества, так и отрицательные. Далее в теме, я заострю внимание на каждом химическом составе, на примере распространённых моделей форм-фактора 18650. Но сперва следует разобраться, что конкретно означают все эти названия.

Li-ion АКБ самого популярного формата 18650 имеет в своём распоряжении три составляющих: анод, катод и электролит.

Что касается анода, то практически у всех Li-ion батарей он одинаковый — это смесь углерода/кремния и графита. Катод же напротив, является тем, чем АКБ разнятся между собой и именно он придаёт каждой модели аккумулятора неповторимые свойства.

Формулы в размещённой в начале темы таблице, касаются катода электронакопителя. Компромиссами химсостава отрицательного электрода являются мощность, энергия, продолжительность службы, а также безопасность. К примеру, химия ICR, в основе которой кобальт, предлагает повышенную энергию и солидную ёмкость, но в то же время, к сожалению, она не является самой безопасной. А вот если взять для сравнения IMR, то этот состав будет безопаснее, однако в его распоряжении более скромная пропускная способность, относительно ICR. Если добавить к марганцу никель, то получим более высокий показатель удельной энергии.

Вот мы и узнали, что конкретно означает химсостав литиевой батареи, а теперь, настало время обсудить каждый в деталях.

Литий-магний (короткие названия IMR/LMO)

Такие девайсы высокого тока применяются главным образом в вейпинге и мощных осветительных приборах. Марганец внёс свою лепту в благое дело: он даёт возможность АКБ разряжаться при высоком токе не слишком греясь по ходу дела. Что это даёт пользователю? Безопасность! По этому показателю, IMR обыгрывает многие старые электронакопители ICR. Кроме того, большинство литий-магниевых батарей не нуждаются в интегрированной защитной плате PCB.

Для полного счастья, в состав большинства нынешних высокотоковых АКБ, вдобавок внедряется никель.

Литий-марганцевый никель (короткие названия INR/NMC)

INR является полноправным чемпионом среди батарей формата 18650! Он обыгрывает предыдущего оппонента по объёму внедрённого в его состав никеля, что делает INR «гибридом». Данная химия комбинирует в себе пониженное сопротивление марганца, повышенную энергию никеля и в придачу безопасность. Этот химсостав демонстрирует достаточно большую ёмкость и высокий ток разряда.

Что касается вейперов, то для них INR просто находка: он обладает крайней стабильностью, а это в свою очередь позволяет не встраивать вспомогательное средство защиты. Ещё, INR может похвастать самыми большими инновациями. Такие мировые гиганты электроники как Sony, Samsung и LG, занимаются разработками электроаккумуляторов INR следующей генерации с разными пропорциями кобальта, марганца и никеля.

Популярные модели INR 18650:

*Ссылки на AliexPress. На территории РФ, эти элементы также опасно покупать как и на Али, почти всегда можно нарваться на левак, но на Али хотя бы цена ниже да и производители китайские, земляки наверное лучше копируют. Сами ссылки не проверены нами, и размещены для наглядности.(прим. ред.)

Литий-алюминий (короткое название NCA)

Данный химсостав имеет схожесть с INR, но у него отсутствуют положительные свойства марганца. Как правило, подобная продукция может выдержать невысокие разрядные токи, однако она компенсирует это недоразумение более солидной ёмкостью и длительностью жизненного цикла. У NCA имеет место ещё одно достоинство — они обладают повышенной устойчивостью к физическим воздействиям, что позволяет эффективно использовать их на электрических велосипедах и не только. К примеру, популярный американский производитель электрокаров Tesla, устанавливает подобное оборудование на свои элитные транспортные средства.

Популярные модели NCA 18650:

*Ссылки на AliexPress. На территории РФ, эти элементы также опасно покупать как и на Али, почти всегда можно нарваться на левак, но на Али хотя бы цена ниже да и производители китайские, земляки наверное лучше копируют. Сами ссылки не проверены нами, и размещены для наглядности.(прим. ред.)

Литий-никель-кобальт (короткое название NCO)

Такой состав является скорее экзотикой, чем массовым продуктом. Для тех, кто всё-таки захочет опробовать на себе NCO, могу дать совет: ищите модель Samsung 29E, в распоряжении которой ёмкость 2900 mAh и предельный непрерывный разрядный ток 8,2 A.

 

Литий-кобальт (короткие названия ICR/LCO)

ICR предлагает юзерам самую большую удельную энергию, но в то же время имеется при этом и весьма серьёзное разочарование: литий-кобальт — опаснейший химсостав среди всех Li-ion накопителей форм-фактора 18650. Вдобавок, данное обстоятельство будет являться сложностью для высокотокового разряда, ведь ICR небезопасно подвергать разрядке сверх допустимой ёмкости.

Если вы планируете применять такие накопители для вейпинга либо мощного осветительного оборудования, то обязательно выбирайте модель с интегрированной защитной платой PCB. Она зачастую добавляется сторонними разработчиками, такими например, как Trustfire.

ICR — не самый лучший выбор для фонариков и фотокамер, зато такие аккумуляторы можно вполне юзать к примеру на ноутбуке. Батарейки доступны по цене, однако многим покажутся слишком капризными.

 

Литий-фосфат (короткие названия IFR/LFP)

IFR много в чём великолепны, однако присутствуют и недостатки: у них низкое номинальное напряжение — всего 3,2 V, что не даёт изделиям возможность влиться в когорту высокотоковых электронакопителей. Подливает масла в огонь и другое малоприятное обстоятельство: процесс саморазряда протекает у таких химических составов быстрее, чем у электробатарей с иным содержанием.

Из достоинств можно выделить такие: высокие номинальные токи (до 30C) и при этом сохраняется высокий показатель ёмкости, также IFR переносят больше зарядов/разрядов по сравнению с конкурентами.

Заключение

Безусловно, любой уважающий себя пользователь просто обязан знать как расшифровываются все эти заумные обозначения. Но и это ещё не всё: нужно понимать, что разные химсоставы, обладают и разными свойствами, которые, естественно, нужно уметь применять с умом, то есть, использовать на тех устройствах, где они больше всего уместны и принесут максимум пользы, тогда и проблем у вас не будет!

Все, что вам нужно знать о литий-ионных аккумуляторах

Если не появится Тони Старк и не изобретет дуговой реактор или не пройдут исследования спутников на солнечной энергии (SPS) для беспроводной передачи энергии, мы, люди, должны будем полагаться на батареи для питания наши портативные или удаленные электронные устройства. Самый распространенный тип аккумуляторных батарей, которые вы найдете в бытовой электронике, - это литий-ионные батареи или литий-полимерные типа . В этой статье нас интересуют литий-ионные батареи, поскольку они, как правило, более полезны, чем все другие типы.Будь то небольшой блок питания, ноутбук или что-то такое же большое, как новая модель Tesla 3, все работает от литий-ионной батареи.

Что делает эти батареи особенными? Что вы должны знать об этом, прежде чем использовать его в своих проектах / дизайнах? Как вы будете безопасно заряжать или разряжать эти батареи? Если вам интересно узнать ответы на все эти вопросы, то вы попали в нужную статью, просто сядьте и прочитайте, пока я постараюсь сделать ее как можно более интересной.

История литий-ионных батарей

Идея литий-ионной батареи была впервые предложена Дж. Н. Льюисом в 1912 году, но она стала осуществимой только в 1970-х годах, и первая неперезаряжаемая литиевая батарея была выпущена на коммерческие рынки. Позже, в 1980-х годах, инженеры попытались создать первую аккумуляторную батарею с использованием лития в качестве анодного материала, и им это частично удалось. Они не заметили, что эти типы литиевых батарей были нестабильны во время процесса зарядки, и это могло вызвать короткое замыкание внутри батареи, увеличивая температуру и вызывая тепловое разгон.

В 1991 году одна такая литиевая батарея, используемая в мобильном телефоне, взорвалась над лицом человека в Японии. Только после этого инцидента стало понятно, что с литий-ионными аккумуляторами следует обращаться с особой осторожностью. Огромное количество этих типов батарей, которые были на рынке, были отозваны производителями из соображений безопасности. Позже, после долгих исследований, Sony представила передовые литий-ионные батареи с новым химическим составом, которые используются до сих пор. Давайте на этом завершим уроки истории и рассмотрим химию литий-ионной батареи.

Литий-ионный аккумулятор Химия и работа

Как видно из названия, литий-ионные батареи используют ионы лития для выполнения своей работы. Литий - очень легкий металл с высокой плотностью энергии, это свойство позволяет батарее иметь легкий вес и обеспечивать высокий ток при небольшом форм-факторе. Плотность энергии - это количество энергии, которое может храниться в единице объема батареи. Чем выше плотность энергии, тем меньше будет батарея.Несмотря на превосходные свойства металлического лития, его нельзя использовать в качестве электрода непосредственно в батареях, поскольку литий очень нестабилен из-за своей металлической природы. Следовательно, мы используем ионы лития, которые более или менее имеют те же свойства, что и металлический литий, но они неметаллические и относительно безопасны в использовании.

Обычно анод литиевой батареи изготавливается из углерода, а катод батареи - из оксида кобальта или другого оксида металла. Электролит, используемый для соединения этих двух электродов, будет простым солевым раствором, содержащим ионы лития.При разряде положительно заряженные ионы лития движутся к катоду и бомбардируют его, пока он не станет положительно заряженным. Теперь, поскольку катод заряжен положительно, он притягивает к себе отрицательно заряженные электроны. Эти электроны проходят через нашу цепь, запитывая цепь.

Аналогично при зарядке происходит с точностью до наоборот. Электроны из зарядов перетекают в батарею, и, следовательно, ионы лития движутся к аноду, заставляя катод терять свой положительный заряд.

Знакомство с литий-ионными аккумуляторами

Достаточно теории о литий-ионных батареях, теперь давайте познакомимся практически с этими элементами, чтобы мы могли быть уверены в их использовании в наших проектах. Чаще всего используется литий-ионный аккумулятор 18650 Cells, поэтому в этой статье мы обсудим то же самое. Типичная ячейка 18650 показана на изображении ниже

Как и все батареи, литий-ионный аккумулятор также имеет номинальное напряжение и емкость.Номинальное напряжение для всех литиевых элементов будет 3,6 В , поэтому вам нужно более высокое напряжение, вам нужно объединить две или более ячейки последовательно, чтобы достичь этого. По умолчанию все литий-ионные элементы будут иметь номинальное напряжение всего ~ 3,6 В. Это напряжение может быть снижено до 3,2 В при полной разряде и до 4,2 В при полной зарядке. Всегда помните, что разрядка аккумулятора ниже 3,2 В или зарядка выше 4,2 В приведет к необратимому повреждению аккумулятора, а также может стать рецептом для фейерверков.Давайте разберем терминологию, связанную с батареей 18650, чтобы мы могли лучше понять. Имейте в виду, что эти объяснения применимы только к одной ячейке 18650, позже мы подробнее рассмотрим литий-ионные аккумуляторные батареи, когда несколько элементов подключаются последовательно или параллельно, чтобы получить гораздо более высокие номинальные значения напряжения и тока.

Номинальное напряжение: Номинальное напряжение - это фактическое номинальное напряжение элемента 18650. По умолчанию он составляет 3,6 В и останется неизменным для всех ячеек 18650, независимо от производителя.

Напряжение полного разряда: Элемент 18650 никогда не должен разряжаться ниже 3,2 В, в противном случае внутреннее сопротивление аккумулятора изменится, что приведет к необратимому повреждению аккумулятора и может также привести к взрыву.

Напряжение полной зарядки: Напряжение зарядки литий-ионного элемента составляет 4,2 В. Следует следить за тем, чтобы напряжение ячейки не увеличивалось на 4,2 В в любой момент времени.

мАч Рейтинг: Емкость элемента обычно выражается в мАч (миллиампер-час).Это значение будет варьироваться в зависимости от типа приобретенной вами ячейки. Например, предположим, что наша ячейка имеет емкость 2000 мАч, что составляет не что иное, как 2 Ач (ампер / час). Это означает, что если мы потребляем 2А от этой батареи, этого хватит на 1 час, и аналогично, если мы потребляем 1А от этой батареи, этого хватит на 2 часа. Поэтому, если вы хотите знать, как долго батарея будет питать ваш проект (время работы), вам нужно рассчитать его, используя номинал мАч.

  Время работы (в часах) = Потребляемый ток / Номинальная мощность мАч  

Где потребляемый ток должен быть в пределах рейтинга C.

C Рейтинг: Если вы когда-нибудь задумывались, какое максимальное количество тока, которое вы можете потреблять от батареи, то ваш ответ может быть получен из оценки C батареи. Рейтинг C батареи снова меняется для каждой батареи, предположим, что у нас есть батарея емкостью 2 Ач с рейтингом 3C. Значение 3C означает, что аккумулятор может выдавать 3-кратный номинальный ток в ампер-часах как максимальный ток. В этом случае он может выдавать до 6 А (3 * 2 = 6) в качестве максимального тока.Обычно ячейки 18650 имеют рейтинг только 1С.

  Максимальный ток, потребляемый от батареи = C номинал * Ah рейтинг  

Ток зарядки: Еще одна важная характеристика аккумулятора, на которую следует обратить внимание, - это ток зарядки. Тот факт, что аккумулятор может обеспечивать максимальный ток 6А, не означает, что он может заряжаться до 6А. Максимальный зарядный ток аккумулятора будет указан в техническом описании аккумулятора, поскольку он зависит от аккумулятора. Обычно это 0.5C, что означает половину номинала Ah. Для аккумулятора номиналом 2 Ач зарядный ток будет 1 А (0,5 * 2 = 1).

Время зарядки: Минимальное время зарядки, необходимое для зарядки одного элемента 18650, можно рассчитать, используя значение зарядного тока и емкость аккумулятора в ампер-часах. Например, зарядка аккумулятора 2 Ач с зарядным током 1 А займет около 2 часов, если предположить, что зарядное устройство использует только метод CC для зарядки элемента.

Внутреннее сопротивление (IR): Состояние и емкость аккумулятора можно предсказать, измерив внутреннее сопротивление аккумулятора.Это не что иное, как величина сопротивления между анодной (положительной) и катодной (отрицательной) выводами батареи. Типичное значение IR ячейки будет указано в таблице данных. Чем больше он отклоняется от фактического значения, тем менее эффективна батарея. Значение IR для ячейки 18650 будет в диапазоне миллиОм, и есть специальные инструменты для измерения значения IR.

Методы зарядки: Существует множество методов зарядки литий-ионных элементов.Но чаще всего используется трехступенчатая топология. Три этапа: CC, CV и непрерывная зарядка. В режиме CC (постоянный ток) элемент заряжается постоянным зарядным током, изменяя входное напряжение. Этот режим будет активен до тех пор, пока аккумулятор не будет заряжен до определенного уровня, затем запустится режим CV (постоянное напряжение) , в котором напряжение зарядки обычно поддерживается на уровне 4,2 В. Последним режимом является импульсная зарядка или непрерывная зарядка, при которой в батарею передаются небольшие импульсы тока для увеличения срока службы батареи.Существуют и гораздо более сложные зарядные устройства с 7-ступенчатой ​​зарядкой. Мы не будем углубляться в эту тему, так как она выходит далеко за рамки данной статьи. Но если вам интересно знать, упомяните в разделе комментариев, и позвольте, я напишу отдельную статью о зарядке литий-ионных элементов.

State Of Charge (SOC)%: Состояние заряда - это не что иное, как емкость аккумулятора, аналогичная показанной в нашем мобильном телефоне. Емкость батареи нельзя просто рассчитать с помощью клапана напряжения, она обычно рассчитывается с использованием текущего интегрирования для определения изменения емкости батареи во времени.

Глубина разряда (DOD)%: Степень разрядки батареи определяется Министерством обороны США. Никакая батарея не разряжается на 100%, поскольку, как мы знаем, это приведет к ее повреждению. Обычно для всех батарей устанавливается глубина разряда 80%.

Размер ячейки: Еще одна уникальная и интересная особенность ячейки 18650 - это ее размер. Каждая ячейка будет иметь диаметр 18 мм и высоту 650 мм, поэтому эта ячейка получила название 18650.

Если вам нужно больше определений терминологии, загляните в документацию по терминологии MIT Battery, где вы обязательно найдете больше технических параметров, связанных с батареей.

Самый простой способ использования ячейки 18650

Если вы новичок и только начинаете использовать элементы 18650 для питания своего проекта, то самым простым способом будет использование готовых модулей, которые могут безопасно заряжать и разряжать элементы 18650. Единственным таким модулем является модуль TP4056, который может обрабатывать одну ячейку 18650.

Если ваш проект требует более 3,6 В в качестве входного напряжения, вы можете соединить две ячейки 18650 последовательно, чтобы получить напряжение 7.4В. В таком случае для безопасной зарядки и разрядки аккумуляторов следует использовать такой модуль, как 2S 3A, литий-ионный аккумуляторный модуль.

Для объединения двух или более ячеек 18650 мы не можем использовать обычную технику пайки для соединения между ними, вместо этого используется процесс, называемый точечной сваркой . Кроме того, при последовательном или параллельном соединении ячеек 18650 следует проявлять большую осторожность, что обсуждается в следующем параграфе.

Литий-ионный аккумулятор (последовательные и параллельные элементы)

Для питания небольшой портативной электроники или небольших устройств достаточно одной ячейки 18650 или, в лучшем случае, пары последовательно соединенных элементов.В этом типе приложения сложность меньше, так как количество задействованных батарей меньше. Но для более крупного приложения, такого как электрический велосипед / мопед или автомобили Tesla, нам нужно будет подключить множество этих элементов последовательно и параллельно, чтобы получить желаемое выходное напряжение и емкость. Например, автомобиль Tesla содержит более 6800 литиевых батарей номиналом 3,7 В и 3,1 Ач каждая. На картинке ниже показано, как он устроен внутри шасси автомобиля.

При таком большом количестве ячеек, которые необходимо контролировать, нам нужна выделенная цепь, которая может безопасно заряжать, контролировать и разряжать эти ячейки.Эта специализированная система называется системой мониторинга батареи (BMS). Задача BMS - контролировать напряжение каждой литий-ионной ячейки, а также проверять ее температуру. Помимо этого, некоторые BMS также контролируют ток зарядки и разрядки системы.

При объединении более двух ячеек в батарею необходимо следить за тем, чтобы они имели одинаковый химический состав, напряжение, номинал Ач и внутреннее сопротивление. Кроме того, во время зарядки ячеек BMS гарантирует, что они заряжаются и разряжаются равномерно, чтобы в любой момент времени все батареи поддерживали одинаковое напряжение, это называется балансировкой ячеек .Помимо этого, дизайнеру также следует позаботиться об охлаждении этих батарей во время зарядки и разрядки, поскольку они плохо реагируют на высокие температуры.

Надеюсь, эта статья предоставила вам достаточно подробностей, чтобы вы немного уверенно работали с литий-ионными элементами. Если у вас есть какие-либо конкретные сомнения, не стесняйтесь оставлять их в разделе комментариев, и я постараюсь ответить. А пока счастливых мастеров.

Модели

- Литий-ионные батареи - Вторичные батареи (аккумуляторные батареи)

Перейти к основному содержанию
  • Политика в отношении файлов cookie
  • Потребитель
  • Бизнес
  • Продукты
    • Конденсаторы
      • Проводящие полимерные электролитические конденсаторы
        • Проводящие полимерные алюминиевые электролитические конденсаторы (SP-Cap)
        • Твердотельные конденсаторы из токопроводящего полимера и тантала (POSCAP)
        • Проводящие полимерные алюминиевые твердотельные конденсаторы (OS-CON)
        • Гибридные алюминиевые электролитические конденсаторы с проводящим полимером
      • Алюминиевые электролитические конденсаторы
        • Проводящие полимерные алюминиевые твердотельные конденсаторы (OS-CON)
        • Гибридные алюминиевые электролитические конденсаторы с проводящим полимером
        • Алюминиевые электролитические конденсаторы (поверхностного монтажа)
        • Алюминиевые электролитические конденсаторы (с радиальными выводами)
      • Электрические двухслойные конденсаторы (золотой конденсатор)
        • Электрические двухслойные конденсаторы (намотанного типа)
      • Пленочные конденсаторы
        • Пленочные конденсаторы (для электронного оборудования)
        • Пленочные конденсаторы (для двигателей переменного тока)
        • Пленочные конденсаторы (автомобильные, промышленные и инфраструктурные)
    • Резисторы
      • Чип резисторы
        • Чип-резисторы для высоких температур
        • Прецизионные чип-резисторы
        • Чувствительные чип-резисторы
        • Чип-резисторы малой и большой мощности
        • Антисульфурные чип-резисторы
        • Чип-резисторы общего назначения
        • Сеть резисторов
      • Другие резисторы
        • Выводные резисторы
        • Аттенюатор
    • Индукторы (катушки)
      • Силовые индукторы для автомобильной промышленности
        • Силовые индукторы для автомобильной промышленности
      • Силовые индукторы для потребителей
        • Силовые индукторы для потребителей
      • Силовые индукторы многослойного типа
        • Силовые индукторы многослойного типа
      • Катушки повышения напряжения
        • Катушки повышения напряжения
    • Решения для управления температурным режимом
      • Лист термозащиты (Графитовый лист (PGS) / прикладные продукты PGS / NASBIS)
        • Лист термозащиты (Графитовый лист (PGS) / прикладные продукты PGS / NASBIS)
      • Термистор NTC (тип чипа)
        • Термистор NTC (тип чипа)
      • Вентилятор охлаждения с уникальным гидродинамическим подшипником
        • Вентилятор охлаждения с уникальным гидродинамическим подшипником
      • Материалы печатной платы
        • Материалы печатных плат для светодиодных светильников / силовых модулей серии "ECOOL"
    • Компоненты ЭМС, защита цепей
      • Компоненты EMC
        • Фильтры синфазного шума
        • Пленка для защиты от электромагнитных волн
      • Защита цепи (электростатический разряд, скачок напряжения, предохранитель и т. Д.)
        • Подавитель ЭСР
        • Чип варистор
        • Варисторы (ZNR Surge Absorber)
        • Предохранители
    • Датчики
      • Датчики
        • Датчик MR
        • Инерционный датчик 6DoF для автомобильной промышленности (датчик 6в1)
        • Гироскопические датчики
        • Датчики температуры (автомобильные)
        • Датчики положения
      • Встроенные датчики
        • Инфракрасный датчик Grid-EYE
        • Датчики давления PS-A (встроенная схема усиления и температурной компенсации)
        • Датчики давления PS
        • Датчики давления PF
        • Датчик пыли (PM)
        • TOF камера
        • Датчик движения PIR PaPIRs
      • Датчики для автоматизации производства
        • Волоконные датчики
        • Световые завесы / Компоненты безопасности
        • Датчики площади
        • Фотоэлектрические датчики / лазерные датчики
        • Микро-фотоэлектрические датчики
        • Индуктивные датчики приближения
        • Датчики давления / датчики расхода
        • Датчики измерения
        • Датчики особого назначения
        • Опции датчика
        • Системы экономии проволоки
    • Устройства ввода
      • Переключатели
        • Детекторные переключатели
        • Кнопочные переключатели
        • Тактильные переключатели (переключатели Light Touch)
        • Кулисные переключатели питания
        • Переключатели типа уплотнения
        • Переключатели без уплотнения
        • Сенсорные панели
        • Концевые выключатели
        • Мгновенные переключатели
        • Переключатели обнаружения падения
        • Переключатели блокировки
      • Емкостное устройство для измерения силы
        • Емкостное устройство для измерения силы
      • Энкодеры, потенциометры
        • Энкодеры
        • Автомобильные кодеры

Литий-ионные аккумуляторы 12 В - Walmart.com

"," tooltipToggleOffText ":" Нажмите на переключатель, чтобы получить

БЕСПЛАТНОЙ доставки на следующий день!

"," tooltipDuration ":" 5 "," tempUnavailableMessage ":" Скоро вернусь! "," TempUnavailableTooltipText ":"

Мы прилагаем все усилия, чтобы снова начать работу.

  • Временно приостановлено в связи с высоким спросом.
  • Продолжайте проверять наличие.
"," hightlightTwoDayDelivery ":" false "," locationAlwaysElposed ":" false "," implicitOptin ":" false "," highlightTwoDayDelivery ":" false "," isTwoDayDeliveryTextEnabled ":" true "," useTesting " "," ndCookieExpirationTime ":" 30 "}," typeahead ": {" debounceTime ":" 100 "," isHighlightTypeahead ":" true "," shouldApplyBiggerFontSizeAndCursorWithPadding ":" true "," isBackgroundGreyoutEnabled} ":" false " locationApi ": {" locationUrl ":" https: // www.walmart.com/account/api/location","hubStorePages":"home,search,browse","enableHubStore":"false"},"oneApp":{"drop2":"true","hfdrop2 ":" true "," heartingCacheDuration ":" 60000 "," hearting ":" true "}," feedback ": {" showFeedbackSuccessSnackbar ":" true "," feedbackSnackbarDuration ":" 3000 "}," webWorker ": {" enableGetAll " : "false", "getAllTtl": "

0"}, "search": {"searchUrl": "/ search /", "enabled": "false", "tooltipText": "

Скажите нам, что вам нужно

" , "tooltipDuration": 5000, "nudgeTimePeriod": 10000}}}, "uiConfig": {"webappPrefix": "", "artifactId": "header-footer-app", "applicationVersion": "20.0,40 "," applicationSha ":" 41ed8468826085770503056bd2c9bc8be5b55386 "," applicationName ":" верхний колонтитул "," узел ":" 17ca63f9-f060-4f3c-8db9-a3f1ed4daf67 "," облако ":" scus-a13 " oneOpsEnv ":" prod-a "," profile ":" PROD "," basePath ":" / globalnav "," origin ":" https://www.walmart.com "," apiPath ":" / header- нижний колонтитул / электрод / api "," loggerUrl ":" / заголовок-нижний колонтитул / электрод / api / logger "," storeFinderApi ": {" storeFinderUrl ":" / store / ajax / primary-flyout "}," searchTypeAheadApi ": { "searchTypeAheadUrl": "/ search / autocomplete / v1 /", "enableUpdate": false, "typeaheadApiUrl": "/ typeahead / v2 / complete", "taSkipProxy": false}, "emailSignupApi": {"emailSignupUrl": " / account / electro / account / api / subscribe "}," feedbackApi ": {" fixedFeedbackSubmitUrl ":" / customer-survey / submit "}," logging ": {" logInterval ": 1000," isLoggingAPIEnabled ": true," isQuimbyLoggingFetchEnabled ": true," isLoggingFetchEnabled ": true," isLoggingCacheStatsEnabled ": true}," env ":" production "}," envInfo ": {" APP_SHA ":" 41ed8468826085770503056ERSbe2c9b "," APP38 ":" APP ":0.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *