Главная-Электроснабжение-Типы современных литиевых аккумуляторных батарей. Аккумуляторная батарея литиевая: обзор, описание, виды, производители и отзывы.

Типы современных литиевых аккумуляторных батарей. Аккумуляторная батарея литиевая: обзор, описание, виды, производители и отзывы.

Литий -онные аккумуляторы (Li-ion) представляют собой наиболее распространенный тип электрического аккумулятора. Он используется практически во всей современной бытовой технике. Впервые подобный носитель энергии был изготовлен компанией Sony в 1991 году.

Где применяются

Сегодня литий-ионные аккумуляторы применяются повсеместно в таких электронных приборах, как цифровые фотоаппараты, видеокамеры, ноутбуки, мобильные телефоны и так далее. Кроме того, за счет низкой интенсивности саморазряда и большому количеству циклов зарядки и разрядки аккумуляторы Li-ion очень удобны в приборах альтернативной энергетики. Такие устройства, кроме традиционной системы BMS, оснащаются специальными преобразователями напряжения - инверторами. В последнее время литий-ионные аккумуляторы стали использоваться в электромобилях и различных энергетических системах в качестве накопителей энергии.


Устройство литий-ионного аккумулятора

Основные параметры работы такого типа батарей зависят от их химического состава и варьируются в широких пределах. Чтобы при превышении напряжения во время зарядки аккумулятор не загорелся, в его корпус встраивается контроллер заряда. Он защищает устройство от превышения допустимого напряжения заряда. Кроме того, во многих системах этот контроллер опционально может отслеживать температуру батареи и отключать ее при перегревании или же ограничивать ток потребления и глубину заряда. Однако не все современные аккумуляторы такого типа оснащаются подобной защитой. Многие производители стараются гнаться за себестоимостью и емкостью, но при этом не уделяют должное внимание защите.

Балансировка аккумулятора

Все литий-ионные аккумуляторы обладают специфическими требованиями в случае подключения их последовательно по типу банок. Для этой цели зарядные устройства к такими батареям имеют специальную систему балансировки ячеек. Суть этой схемы заключается в том, что одна из банок достигнет полной зарядки раньше другой. Поэтому к заряженной банке нужно прекратить подачу энергии и при этом продолжить зарядку остальных. Функция балансировки в таких зарядных устройствах выполняет узел аккумуляторной балансировки. Он позволяет заряжать батареи так, чтобы ток шел через уже заряженную банку. Подобные зарядные системы обеспечивают поддержание заряда в диапазоне от 4 до 4,2 В, что позволяет детектировать наличие аккумуляторов.

Схема работы


Устройство подобного аккумулятора включает в себя два электрода, разделенные между собой пропитанными пористыми сепараторами. Эти электроды помещаются в герметичный корпус, а аноды с катодами соединяются между собой при помощи клемм-токосъемников. В корпусе расположен предохранительный клапан, который сбрасывает внутреннее давление в аварийных ситуациях и при различных нарушениях эксплуатационных условий.

Виды аккумуляторов


Современные литий-ионные аккумуляторы отличаются между собой по типу катодного материала. Основным переносчиком заряда здесь является ион лития, который может внедряться в кристаллическую оболочку остальных материалов, например графита, солей или оксидов других металлов. Что касается отрицательных пластин, то их первоначально делали из металлического лития, а потом их место занял каменноугольный кокс. В последующем для этой цели стал применяться графит, а после - другие материалы. Основные виды катодных материалов:

  • Литиевый оксид кобальта - обеспечивает работу аккумуляторов при более низких температурах с повышением количества зарядов и разрядов.
  • Литий-феррум-фосфатный катод - используется во многих аккумуляторах ввиду их низкой стоимости.
  • Литий-марганцевая шпинель.

Как правило, современные литий-ионные аккумуляторы используются в комплекте с системами управления и контроля, а также с универсальным устройством зарядки и разрядки.

Технические характеристики

Современные литий-ионные аккумуляторные батареи имеют свои технические характеристики, которые желательно знать при их использовании. В частности, номинальное напряжение одного элемента составляет от 3,5 до 3,8 В, а максимальное - от 4,23 В. При этом минимальное напряжение колеблется в пределах от 2,5 до 3,0 В. Как правило, большинство таких аккумуляторных батарей рассчитаны на 500-600 циклов зарядки и разрядки до достижения 80%. При этом заряжаются они достаточно быстро - от 20 минут до 1 часа. Находясь при комнатной температуре литий ионные аккумуляторы в среднем саморазряжаются на 3% в течение месяца. Несмотря на то, что такая батарея может работать в достаточно широком диапазоне температур (от -40°C до +50°C), оптимальной температурой для работы считается +20°C. В таких условиях батарея будет обладать наибольшей емкостью и длительным сроком эксплуатации.

Правила эксплуатации


Литий-ионные аккумуляторы считаются гораздо более простыми в эксплуатации, чем гибридные никель-металлические батареи. Однако и они нуждаются в определенном уходе. Для того, чтобы эти устройства работали долго и не теряли своих возможностей, их нужно уметь правильно заряжать. Это позволит продлить их жизненный цикл и время работы мобильных приборов без подзарядки. Для того, чтобы правильно эксплуатировать литий ионные аккумуляторы, необходимо учитывать 5 основных правил.

  • Не допускать полного разряда

Литий-ионные аккумуляторы не имеют эффекта памяти, поэтому их необходимо заряжать до того, как они разрядятся до нуля. Большинство производителей рассчитывают время жизни батареи количеством циклов их полной разрядки до нуля. Как правило, это от 400 до 600 зарядов для качественных аккумуляторов. Поэтому для увеличения срока службы батареи следует почаще заряжать свой телефон или другое мобильное устройство. Как только показатель заряда уменьшается до 10-20 процентов, следует ставить прибор на зарядку. Благодаря этому можно существенно увеличить количество циклов разряда до тысячи и более.

  • Разряжать не менее 1 раза в 3 месяца

Если вы хотите правильно ухаживать за литий-ионным аккумулятором, то его необходимо разряжать хотя бы 1 раз в 3 месяца. Это связано с тем, что полный заряд на протяжении длительного промежутка времени приносит батарее не меньший вред, чем постоянный разряд до нуля. Поскольку процесс заряда зачастую происходит нестабильно, то специалисты советуют хотя бы раз в 2-3 месяца полностью заряжать батарею и оставлять ее заряженной до 12 часов. Такая процедура позволяет сбросить верхние и нижние флаги аккумуляторного заряда.

  • Хранить аккумуляторы частично заряженными


Специалисты считают, что наиболее правильно хранить аккумуляторы в частично заряженном состоянии. Наиболее оптимальный вариант - это хранение батарей с уровнем заряда до 50 процентов, но не менее 30 процентов. При этом температура хранения должна быть около 15 градусов. Это самый удачный способ хранения, так как даже если литий ионный аккумулятор находится в состоянии полной зарядки, его емкость может со временем значительно уменьшаться. Однако еще хуже оставлять батареи надолго в разряженном виде. Если она пробыла в таком состоянии длительное время, то тогда ее смело можно отправлять в утиль. Сегодня существуют специальные таблицы, по которым можно рассчитать остаток емкости в зависимости от уровня заряда и температуры окружающей среды.

Не каждый пользователь знает, что большинство мобильных телефонов имеет встроенное внутрь зарядное устройство. В то же время, наружный сетевой адаптер здесь используется только для снижения напряжения и выпрямления тока электросети. Поэтому напрямую на батарею внешний адаптер не влияет и его качество не оказывает существенного влияния на работу аккумулятора. Однако во многих гаджетах, например в цифровых камерах, такого встроенного зарядного устройства нет. В связи с этим литий ионные аккумулятора непосредственно вставляются во внешнее зарядное устройство. Поэтому использование неоригинальных сомнительных адаптеров может существенно снизить работоспособность батареи.

  • Не допускать перегревания

Чтобы правильно эксплуатировать литий ионные аккумуляторы, необходимо помнить об их температурной чувствительности. В частности, главным врагом таких батарей считается высокая температура. То есть они в принципе не переносят перегревания. Поэтому желательно полностью исключить попадание на ваше мобильное устройство прямых лучей солнца. Кроме того, эти приборы не следует оставлять слишком близко от источников тепла, например электрических обогревателей.


Когда говорят о литиевых батарейках или аккумуляторах, то чаще всего даже не догадываются, что их в последние пару лет появилось чуть ли не десяток , каждая из которых представляет из себя литий с различными добавками других химических элементов, в итоге существенно отличающихся друг от друга.

Давайте разберёмся в их типах и начнём с классики:

Литий-ионные аккумуляторы - это классические перезаряжаемые аккумуляторов, в которой ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному электроду во время разряда и обратно при зарядке. Литий-ионные АКБ широко распространены в бытовой электронике. Они являются одним из самых популярных типов аккумуляторных батарей для портативной электроники, с одной из лучших энергетической плотностью, отсутствие эффекта памяти и медленной потери заряда, когда он не используется (низкий саморазряд).

Эта серия охватывает цилиндрические и призматические типоразмеры аккумуляторов. Li-ion имеет наивысшую плотность мощности среди любого аккумулятора старого типа. Очень легкий вес и большой цикл жизни делает его идеальным продуктом для многих решений.


Литий-титанат (титанат лития) - это относительно новый класс литий-ионных АКБ - (подробнее ). Он характеризуется очень длинным жизненным циклом, который измеряется в тысячах циклов. Литий-титанат свинца является также очень безопасным и сравним в этом плане с фосфатом железа. Энергетическая плотность ниже, чем у других литий-ионных источников тока и его номинальное напряжение 2.4 В.


Эта технология отличается очень быстрой зарядкой, низким внутренним сопротивлением, очень высоким жизненным циклом и отличной выносливостью (также безопасностью). LTO нашел свое применение в основном в электромобилях и наручных часах. В последнее время она начинает находить применение в мобильных медицинских устройствах, благодаря своей высокой безопасности. Одна из особенностей технологии заключается в том, что используются нанокристаллы на аноде вместо углерода, что обеспечивает гораздо более эффективную площадь поверхности. К сожалению, эта батарея имеет более низкие напряжения, чем другие типы литиевых АКБ.

Особенности:

  • Удельная энергия: около 30-110Wh/кг
  • Плотность энергии: 177 Вт * ч/л
  • Удельная мощность: 3,000-5,100 Вт/кг
  • Разряд КПД: примерно 85%; зарядки эффективность более 95%
  • Энергия-цена: 0.5 Вт/доллар
  • Срок годности: >10 лет
  • Саморазряд: 2-5 %/месяц
  • Долговечность: 6000 циклов до 90% емкости
  • Номинальное напряжение: от 1,9 до 2,4 В
  • Температура: от -40 до +55°C
  • Метод зарядки: используется стабильный постоянный ток, затем постоянное напряжение до тех пор, пока не достигнет порога.

Химическая формула: Li4Ti5O12 + 6LiCoO2 < > Li7Ti5O12 + 6Li0.5CoO2 (Е=2,1 В)


Литий-полимер имеет бОльшую плотность энергии в плане веса, чем литий-ионные АКБ. В очень тонких ячейках (до 5 мм) литий-полимер обеспечивает высокую объемную плотность энергии. Великолепная стабильность в перенапряжениях и высоких температурах.


Эта серия аккумуляторов может производиться в диапазоне от 30 до 23000 мА/ч, корпуса призматического и цилиндрического типов. Литий-полимерные аккумуляторы имеют ряд преимуществ: большую плотность энергии по объему, гибкость в размерах ячеек и более широкий запас прочности, с превосходной стабильностью напряжения даже на высокой температуре. Основные области применения: портативные плееры, Bluetooth, беспроводные устройства, КПК и цифровые камеры, электрические велосипеды, GPS навигаторы, ноутбуки, электронные книги.

Особенности:

  • Номинальное напряжение: 3,7 В
  • Зарядное напряжение: 4,2±0,05 В
  • Ток заряда, скорость: 0.2-10С
  • Предельное напряжение разряда: 2.5 В
  • Скорость разряда: до 50С
  • Выносливость в циклах: 400 циклов


Литий-фосфат железа имеет хорошие характеристики безопасности, длительный срок службы (до 2000 циклов), и невысокую стоимость производства. LiFePO4 батареи хорошо подходят для высоких токов разрядки, например военной техники, электроинструментов, электровелосипедов, мобильных компьютеров, ИБП и солнечных энергетических систем.


В качестве нового анодного материала для литий-ионных аккумуляторов, lifepo4 был впервые представлен в 1997 году и постоянно совершенствуется до настоящего времени. Он привлек внимание экспертов благодаря его надежной безопасности, долговечности, низкого воздействия на окружающую среду при утилизации, и удобных зарядно-разрядных характеристик. Многие специалисты утверждают, что lifepo4 аккумуляторы являются на сегодняшний день лучшим вариантом для автономного питания электроники.


Литий диоксид серы (батарея Li и SO2) - эти батареи имеют высокую плотность энергии и хорошую устойчивость к разряду на высокой мощности. Такие элементы используются в основном в военке, метеорологии и космонавтике.


Аккумуляторы на базе литий диоксида серы с металлическим литиевым анодом (самый легкий из всех металлов) и жидким катодом, содержащим пористый углеродный токосъемник с наполнением диоксида серы (SO2) выдают напряжение 2.9 В и имеют цилиндрическую форму.

Особенности:


Литий-диоксид марганца (батарея Li-MnO2) - такие аккумуляторы обладают легким металлическим литиевым анодом и твердым катодом из диоксида марганца, погруженный в неагрессивный, нетоксичный органический электролит. Этот тип батареи соответствуют RoHS ЕС и характеризуется большой емкостью, высокой допустимой разрядкой и длинной продолжительностью службы.


Li-MnO2 широко используется в резервных источниках питания, аварийных радиобуях, пожарных сигнализациях, электронных системах контроля доступа, цифровых фотоаппаратах, медицинском оборудовании.

Особенности:

  • Высокая плотность энергии
  • Очень стабильное напряжение разрядки
  • Более чем 10-ти летний срок хранения
  • Рабочая температура: -40 до +60°С


Хлорида тионил лития (литий-SOCl2) батареи обладают легким металлическим литиевым анодом и жидким катодом, содержащий пористый углеродный токосъемник наполненный тионилхлоридом (SOCl2). Батарея Li-SOCL2 идеально подходят для автомобильных устройств, медицинской техники, а также военных и аэрокосмических устройств. Они имеют самый широкий диапазон рабочих температур от -60 до + 150°С.


Особенности:

  • Высокая плотность энергии
  • Долгий срок годности при хранении
  • Широкий температурный диапазон
  • Хорошая герметизация
  • Стабильное разрядное напряжение

Li-FeS2 батареи

Аккумуляторы и батареи Li-FeS2 расшифровываются как литий-железодисульфидные. Информация про них будет добавлена позже.

, цифровые фотоаппараты и видеокамеры . Первый литий-ионный аккумулятор выпустила корпорация Sony в 1991 году.

Энциклопедичный YouTube

  • 1 / 5

    Характеристики литий-ионных аккумуляторов зависят от химического состава составляющих компонентов и варьируются в следующих пределах:

    • напряжение единичного элемента:
      • номинальное : 3.6 ;
      • максимальное: 4.23 ;
      • минимальное: 2.5-3.0 ;
    • удельная энергоёмкость : 110 … 230 Вт * /кг ;
    • внутреннее сопротивление : 5 … 15 Ом / * ;
    • число циклов заряд/разряд до потери 80 % ёмкости : 600;
    • время быстрого заряда: 15 мин … 1 час ;
    • саморазряд при комнатной температуре: 3 % в месяц ;
    • ток нагрузки относительно ёмкости (С):
      • постоянный: до 65 С;
      • импульсный: до 500 С;
      • наиболее приемлемый: до 1 С;
    • диапазон рабочих температур : −0 … +60 °C (при отрицательных температурах заряд батарей невозможен).

    Зарядные устройства поддерживают конечное напряжение в диапазоне 4.05-4.2 .

    Из-за превышения напряжения при заряде аккумулятор может загореться, поэтому в корпус аккумуляторов встраивают специальную миниатюрную электронную плату , которая защищает аккумулятор от превышения напряжения заряда. Также эта плата может опционально контролировать температуру аккумулятора, отключая его при перегреве, ограничивать глубину разряда и ток потребления. Тем не менее надо учитывать что не все аккумуляторы снабжаются защитой. В погоне за себестоимостью или ёмкостью защиту могут не ставить.

    Литиевые аккумуляторы имеют специальные требования при подключении нескольких банок последовательно. Зарядные устройства для таких многобаночных аккумуляторов снабжаются схемой балансировки  ячеек . Смысл балансировки в том что банки немного разные, и какая-то достигнет полного заряда раньше других. При этом необходимо прекратить заряд этой банки, продолжая заряжать остальные. Эту функцию выполняет специальный узел балансировки аккумулятора. Он шунтирует заряженную банку так, чтобы ток заряда шёл мимо неё.

    Устройство

    Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделённых пропитанными электролитом пористыми сепараторами. Пакет электродов помещён в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъёмникам. Корпус имеет предохранительный клапан, сбрасывающий внутреннее давление при аварийных ситуациях и нарушении условий эксплуатации. Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу используемого катодного материала. Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который имеет способность внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решётку других материалов (например, в графит, окислы и соли металлов) с образованием химической связи, например: в графит с образованием LiC6, окислы (LiMO 2) и соли (LiM R O N) металлов.

    Первоначально в качестве отрицательных пластин применялся металлический литий, затем - каменноугольный кокс. В дальнейшем стал применяться графит. Применение оксидов кобальта позволяет аккумуляторам работать на значительно более низких температурах, повышает количество циклов разряда/заряда одного аккумулятора. Распространение литий-феррум-фосфатных аккумуляторов обусловлено их относительно низкой стоимостью. Литий-ионные аккумуляторы применяются в комплекте с системой контроля и управления - СКУ или BMS (battery management system) и специальным устройством заряда/разряда.

    В настоящее время в массовом производстве литий-ионных аккумуляторов используются три класса катодных материалов:

    • кобальтат лития LiCoO 2 и твёрдые растворы на основе изоструктурного ему никелата лития
    • литий-марганцевая шпинель LiMn 2 O 4
    • литий-феррофосфат LiFePO 4 .

    Электро-химические схемы литий-ионных аккумуляторов:

    • литий-кобальтовые LiCoO2 + 6xC → Li1-xCoO2 + xLi+C6
    • литий-ферро-фосфатные LiFePO4 + 6xC → Li1-xFePO4 + xLi+C6

    Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов заряда-разряда, Li-ion-аккумуляторы наиболее предпочтительны для применения в альтернативной энергетике. При этом помимо системы BMS (СКУ) они укомплектовываются инверторами (преобразователи напряжения).

    Преимущества

    • Высокая энергетическая плотность (ёмкость).
    • Низкий саморазряд.
    • Не требуют обслуживания.

    Недостатки

    Аккумуляторы Li-ion первого поколения были подвержены взрывному эффекту. Это объяснялось тем, что в них использовался анод из металлического лития, на котором в процессе многократных циклов зарядки/разрядки возникали пространственные образования (дендриты), приводящие к замыканию электродов и, как следствие, возгоранию или взрыву. Эту проблему удалось окончательно решить заменой материала анода на графит. Подобные процессы происходили и на катодах литий-ионных аккумуляторов на основе оксида кобальта при нарушении условий эксплуатации (перезарядке). Литий-ферро-фосфатные аккумуляторы полностью лишены этих недостатков. Кроме того, все современные литий-ионные аккумуляторы снабжаются встроенной электронной схемой, которая предотвращает перезаряд и перегрев вследствие слишком интенсивного заряда.

    Потеря ёмкости при хранении :

    Температура, ⁰C С 40 % зарядом, % за год Со 100 % зарядом, % за год
    0 2 6
    25 4 20
    40 15 35
    60 25 40 % за три месяца

    Согласно всем действующим регламентам хранения и эксплуатации литий-ионных аккумуляторов, для обеспечения длительного хранения необходимо подзаряжать их до уровня 70 % ёмкости 1 раз в 6–9 месяцев.

    По результатам исследований учёных Института Пауля Шерера (Швейцария) было обнаружено, что литий-ионные аккумуляторы имеют эффект памяти . Что в итоге лишило данный тип аккумуляторов одного из основных достоинств, но в то же время, это позволяет действительно понять механизмы работы аккумуляторов и решить некоторые проблемы с их ёмкостью и долговечностью .

    Эффект памяти

    Исследователи из швейцарского Института Пола Шеррера вместе с коллегами из Toyota Research в Японии обнаружили, что широко используемый тип литий-ионных аккумуляторов всё-таки подвержен негативному «эффекту памяти».

    Как показало исследование, частые циклы неполной зарядки и последующего разряда приводят к возникновению отдельных «микроэффектов памяти», которые затем суммируются. Это происходит потому, что основой работы батареи являются процессы высвобождения и обратного захвата ионов лития, динамика которых становится далека от оптимальной в случае неполной зарядки.

    Во время процесса заряда ионы лития один за другим покидают частицы литий-феррофосфата, размер которых составляет десятки микрометров. Катодный материал начинает разделяться на частицы с разным содержанием лития.

    Заряд батареи происходит на фоне возрастания электрохимического потенциала. В определённый момент он достигает предельного значения. Это приводит к ускорению высвобождения оставшихся ионов лития из катодного материала, но они уже не меняют суммарное напряжение батареи.

    Если она не будет полностью заряжена, то на катоде останется некоторое число частиц, близких к пограничному состоянию. Они практически достигли барьера высвобождения ионов лития, но не успели его преодолеть.

    При разряде свободные ионы лития стремятся вернуться на место и рекомбинировать с ионами феррофосфата. Однако на поверхности катода их также встречают частицы в пограничном состоянии, уже содержащие литий. Обратный захват затрудняется, и нарушается микроструктура электрода.

    В настоящее время просматриваются два пути решения проблемы: внесение изменений в алгоритмы работы системы управления батареями и разработка катодов с увеличенной площадью поверхности.

    Старение

    Температурный режим заряда литий-полимерных и литий-ионных аккумуляторов влияет на их ёмкость: ёмкость снижается при зарядке на холоде или в жару. Глубокий разряд полностью выводит из строя литий-ионный аккумулятор. Также на жизненный цикл аккумуляторов влияет глубина его разряда перед очередной зарядкой и зарядка токами выше регламентируемых производителем. Крайне чувствительны они и к напряжению заряда. Если его повысить всего на 4%, то аккумуляторы будут вдвое быстрее терять емкость от цикла к циклу. Оптимальные условия хранения Li-ion-аккумуляторов достигаются при 40-процентном заряде от ёмкости аккумулятора и температуре 0…10 °C . Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются. Через 2 года батарея теряет около 20 % ёмкости. Соответственно, нет необходимости покупать аккумулятор «про запас» или чрезмерно увлекаться «экономией» его ресурса. При покупке обязательно посмотрите на дату производства, чтобы знать, сколько данный источник питания уже пролежал на складе. В случае, если с момента изготовления прошло более двух лет, лучше воздержитесь от покупки.

    Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторные батареи используются сегодня в большинстве мобильных устройств – от плееров и телефонов до планшетов ноутбуков

    Литий-ионные (а также отличающиеся от них только типом электролита литий-полимерные) аккумуляторы появились на рынке достаточно давно – в 1992 году. Технология отработана до мелочей и неоднократно усовершенствована, все факторы, влияющие на емкость, стабильность и долговечность, известны, учтены разработчиками батарей и гаджетов, отражены в руководствах по эксплуатации портативных устройств и многочисленных публикациях в интернете и бумажной прессе. Но среди советов по обращению с батареями, которые можно услышать от продавцов мобильной техники или знакомых «гуру», до сих пор можно услышать как просто бесполезные, так и откровенно вредные. Давайте же, наконец, составим список правильных рекомендаций по продлению ресурса аккумуляторной батареи.

    1. Заряжайте батарею оригинальным зарядным устройством. Используйте оригинальные батареи.

    Характеристики дешевых аналогов фирменных аккумуляторов и ЗУ могут заметно отличаться от оригиналов по своим параметрам. Казалось бы, что с того – но знаете ли вы, что превышение номинального зарядного напряжения АКБ всего на 0, 15 В способно вдвое сократить срок службы аккумулятора?

    А при пониженном на 0, 1 В напряжении заряда емкость заряженной батареи уменьшается примерно на 10%. Для нее-то это не вредно, даже наоборот – но вас ведь не устроит сокращение времени автономной работы?

    Проблема в том, что в мобильных телефонах и смартфонах контроллеры заряда батареи размещаются на плате самого телефона. Они «обучены» заряжать только «родную» батарею, и если совместимый аналог отличается от оригинала (а чаще всего это так), то может произойти одна из вышеописанных ситуаций. Поэтому экономия экономией, а в данном случае совет использовать «родные» батареи и зарядки имеет вполне практическое обоснование.

    2. Перед первым использованием полностью зарядите батарею.

    Это нужно прежде всего для того, чтобы питаемое устройство правильно определило ее полную емкость и в дальнейшем точно отображало остаток заряда. Но не стоит оставлять ваше устройство на зарядке «на всю ночь» или «на 12 часов», как советуют некоторые продавцы. Это бесполезно, т.к. встроенный в телефон контроллер заряда и встроенная в батарею электронная схема защиты просто отключают зарядку по достижении полной емкости.

    «Тренировка», или «раскачка» в виде 3-5 полных циклов литий-ионным батареям тоже не требуется. После первой же зарядки литий-ионная батарея полностью готова к работе. А глубокий разряд станет для нее стрессом и может лишь сократить срок службы. Полный цикл может потребоваться только для некоторых устройств, чтобы произвести так называемую «калибровку» батареи и правильно отображать ее заряд. Однако самой АКБ он не нужен.

    3. Соблюдайте температурный режим.

    Не храните и не используйте литий-ионные батареи в условиях, в которых вы сами не чувствовали бы себя комфортно. Li-ion АКБ практически неспособны нормально работать при температуре ниже -20 °С. А при +30 °С и выше в них ускоряются процессы старения, приводящие к необратимой потере части емкости и преждевременному выходу из строя. Поэтому не подвергайте ваши смартфоны замораживанию либо перегреву.

    Оптимальная температура для заряда и разряда батареи – около +20 °С. При этом разряд при отрицательных температурах вплоть до -18 °С батарее не вредит (разве что будет происходить заметно быстрее, чем обычно). А вот заряжать ее на морозе нельзя категорически – это и вредно, и опасно. Так что заряжайте батарею в более комфортных условиях.

    4. Не разряжайте батарею полностью и не гонитесь за 100%-ным зарядом.

    В отличие от старых никель-металлгидридных АКБ, для литий-ионных аккумуляторов как полный заряд, так и глубокий разряд – это своего рода стресс. Частые полные циклы могут заметно сократить срок службы батареи:

    Если есть такая возможность, ставьте ваш гаджет на зарядку сразу же после предупреждения о низком (10-15%) уровне заряда, не дожидаясь его самовыключения. Если же защитное отключение произошло, ни в коем случае не оставляйте батарею разряженной надолго – стоит поскорее зарядить ее хотя бы до 30-40% емкости.

    Было бы также неплохо не заряжать батарею полностью, до 100%. Но на практике эта рекомендация трудновыполнима, хотя некоторые производители ноутбуков (Samsung) уже предусматривают такой режим для своих устройств.

    5. Правила хранения неиспользуемых батарей.

    Даже лежа на полке либо прилавке магазина, батареи теряют значительную часть емкости, и скорость этого процесса напрямую зависит от степени их заряда и температуры хранения:

    Температура хранения Остаток емкости (ресурса) батареи через год хранения:

    при начальном уровне заряда 40% и при начальном уровне заряда 100%

    0°C 98% 94%

    25°C 96% 80%

    40°C 85% 65%

    60°C 75% 60% (через 3 месяца)

    Деградация характеристик наиболее распространенных литий-кобальтовых аккумуляторов в зависимости от температуры хранения и степени заряда

    Таким образом, покупать батареи «про запас» нет смысла. А при покупке нового аккумулятора стоит выяснить дату его изготовления.

    Аккумуляторы для устройств, которыми вы очень редко пользуетесь, но хотите сохранить в работоспособном состоянии, рекомендуется:

    • Зарядить до 40-50%;

    • Извлечь из питаемого устройства;

    • Упаковать в герметично закрывающийся целлофановый пакет (каждую батарею отдельно, если их несколько);

    • Положить на хранение в холодильник (но ни в коем случае не в морозильную камеру!);

    • Раз в 2-3 месяца подзаряжать до тех же 40-50%, предварительно дав прогреться до комнатной температуры;

    • Перед использованием после долгого хранения зарядить полностью.

    Литий-ионные и литий-полимерные батареи бывают различных размеров и формы, но правила хорошего тона в обращении с ними одинаковы для всех разновидностей.

    Не оставляйте батарею разряженной надолго. Через несколько недель вследствие саморазряда напряжение севшей батареи упадет ниже критического, до 2, 2-2, 9 В. При этом схема защиты переведет батарею в «спящий» режим и отключится. После чего штатное зарядное устройство, скорее всего, не сможет ее вывести из этого состояния.

    Не разбирайте и не пытайтесь починить неисправную батарею самостоятельно. Во-первых, в комбинации с контроллером и устройством защиты она представляет собой (схемотехнически) весьма сложное устройство, разобраться в котором без специальной аппаратуры не получится. Во-вторых, это может быть небезопасно. При этом категорически запрещается разбирать (вскрывать) литий-ионные элементы батарей! Также стоит оберегать батарею от механических повреждений.

    Не замораживайте и не перегревайте литий-ионные батареи, особенно свыше 60°C. Помимо быстрого выхода из строя, при значительном перегреве либо повреждении существует опасность взрыва либо самовозгорания литиевого элемента. Поэтому литий-ионные элементы категорически запрещено паять, а их сборка в батареи производится на фабрике методом контактной точечной сварки.

    Источники питания на основе лития имеют почти столетнюю историю, но до 90-х годов прошлого века они не могли стать массовыми из-за несовершенства технологии. Использовавшийся в ранних разработках металлический литий чересчур химически активен, что приводило к частым возгораниям и взрывам батарей на его основе. Технологический прорыв совершили инженеры корпорации SONY, заменив литий менее активным кобальтатом лития. Они же внедрили систему управления и защиты BMS (Battery Management System), которая контролирует электрические и физические параметры элементов батареи и прекращает заряд или разряд при нарушении нормального режима работы. С тех пор технология и материалы были значительно улучшены, и на данный момент литий-ионные аккумуляторы – весьма совершенные, надежные и безопасные устройства. Естественно, при соблюдении приведенных выше рекомендаций.

    Как продлить жизнь литий-ионных аккумуляторов.

    Литий-ионный аккумулятор

    Цилиндрические элементы перед сборкой (18650)

    Характеристики

    В зависимости от электро-химической схемы литий-ионные аккумуляторы показывают следующие характеристики:

    • Напряжение единичного элемента 3,6 В.
    • Максимальное напряжение 4,2 В, минимальное 2,5–3,0 В. Устройства заряда поддерживают напряжение в диапазоне 4,05–4,2 В
    • Энергетическая плотность : 110 … 230 Вт*ч/кг
    • Внутреннее сопротивление : 5 … 15 мОм/1Ач
    • Число циклов заряд/разряд до потери 20 % ёмкости: 1000-5000
    • Время быстрого заряда: 15 мин - 1 час
    • Саморазряд при комнатной температуре: 3 % в месяц
    • Ток нагрузки относительно ёмкости (С):
      • постоянный - до 65С, импульсный - до 500С
      • наиболее приемлемый: до 1С
    • Диапазон рабочих температур: −0 ... +60 °C(при отрицательных температурах заряжание батарей невозможен)

    Устройство

    Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделенных пропитанными электролитом пористыми сепараторами. Пакет электродов помещен в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъемникам. Корпус имеет предохранительный клапан, сбрасывающий внутреннее давление при аварийных ситуациях и нарушении условий эксплуатации. Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу используемого катодного материала. Переносчиком тока в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который имеет способность внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решетку других материалов (например, в графит, окислы и соли металлов) с образованием химической связи, например: в графит с образованием LiC6, окислы (LiMO 2) и соли (LiM R O N) металлов. Первоначально в качестве отрицательных пластин применялся металлический литий, затем - каменноугольный кокс. В дальнейшем стал применяться графит. В качестве положительных пластин до недавнего времени применяли оксиды лития с кобальтом или марганцем, но они все больше вытесняются литий-ферро-фосфатными, которые оказались безопасны, дешевы и нетоксичны и могут быть подвержены утилизации, безопасной для окружающей среды. Литий-ионные аккумуляторы применяются в комплекте с системой контроля и управления - СКУ или BMS (battery management system) и специальным устройством заряда/разряда. В настоящее время в массовом производстве литий-ионных аккумуляторов используются три класса катодных материалов: - кобальтат лития LiCoO 2 и твердые растворы на основе изоструктурного ему никелата лития - литий-марганцевая шпинель LiMn 2 O 4 - литий-феррофосфат LiFePO 4 . Электро-химические схемы литий-ионных аккумуляторов: • литий-кобальтовые LiCoO2 + 6xC → Li1-xCoO2 + xLi+C6 • литий-ферро-фосфатные LiFePO4 + 6xC → Li1-xFePO4 + xLi+C6

    Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов заряда-разряда, Li-ion-аккумуляторы наиболее предпочтительны для применения в альтернативной энергетике. При этом помимо системы BMS (СКУ) они укомплектовываются инверторами (преобразователи напряжения).

    Преимущества

    • Высокая энергетическая плотность.
    • Низкий саморазряд.
    • Отсутствие эффекта памяти .
    • Не требуют обслуживания.

    Недостатки

    Аккумуляторы Li-ion первого поколения были подвержены взрывному эффекту. Это объяснялось тем, что в них использовался анод из металлического лития, на котором в процессе многократных циклов зарядки/разрядки возникали пространственные образования (дендриты), приводящие к замыканию электродов и, как следствие, возгоранию или взрыву. Эту проблему удалось окончательно решить заменой материала анода на графит. Подобные процессы происходили и на катодах литий-ионных аккумуляторов на основе оксида кобальта при нарушении условий эксплуатации (перезарядке). Литий-ферро-фосфатные аккумуляторы полностью лишены этих недостатков. Кроме того, все современные литий-ионные аккумуляторы снабжаются встроенной электронной схемой, которая предотвращает перезаряд и перегрев вследствие слишком интенсивного заряда.

    Аккумуляторы Li-ion при неконтролируемом разряде могут иметь более короткий жизненный цикл в сравнении с другими типами аккумуляторов. При полном разряде литий-ионные аккумуляторы теряют возможность заряжаться при подключении зарядного напряжения. Эта проблема решаема путем приложения импульса более высокого напряжения, но это отрицательно сказывается на дальнейших характеристиках литий-ионных аккумуляторов. Максимальный срок «жизни» Li-ion аккумулятора достигается при ограничении заряда сверху на уровне 95 % и разряда 15–20 %. Такой режим эксплуатации поддерживается системой контроля и управления BMS (СКУ), которая входит в комплект любого литий-ионного аккумулятора.

    Оптимальные условия хранения Li-ion-аккумуляторов достигаются при заряде на уровне 40–70 % от ёмкости аккумулятора и температуре около 5 °C. При этом низкая температура является более важным фактором для малых потерь ёмкости при долговременном хранении. Средний срок хранения (службы) литий-ионного АКБ составляет в среднем 36 месяцев, хотя может колебаться в интервале от 24 до 60 месяцев.

    Потеря ёмкости при хранении :

    температура с 40 % зарядом со 100 % зарядом
    0 ⁰C 2 % за год 6 % за год
    25 ⁰C 4 % за год 20 % за год
    40 ⁰C 15 % за год 35 % за год
    60 ⁰C 25 % за год 40 % за три месяца

    Согласно всем действующим регламентам хранения и эксплуатации литий-ионных аккумуляторов, для обеспечения длительного хранения необходимо подзаряжать их до уровня 70 % ёмкости 1 раз в 6–9 месяцев.

    См. также

    Примечания

    Литература

    • Хрусталёв Д. А. Аккумуляторы. М: Изумруд, 2003.
    • Юрий Филипповский Мобильное питание. Часть 2. (RU). КомпьютерраLab (26 мая 2009). - Подробная статья о Li-ion аккумуляторах.. Проверено 26 мая 2009.

    Ссылки

    • ГОСТ 15596-82 Термины и определения.
    • ГОСТ 61960-2007
Похожие публикации: