Литий ионный аккумулятор минусы

Плюсы и минусы литий ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы – универсальные химические источники тока, отличающиеся легким весом, низкой саморазрядкой и отсутствием «эффекта памяти». Они не требуют обслуживания и при соблюдении правил эксплуатации совершенно безопасны в использовании. Наиболее распространенные классы Li-Ion аккумуляторов – литий-марганцевые LiMn2O4, кобальт-литиевые LiCoO2, литий-ферро-фосфатные LiFePO4.

Многочисленные преимущества литиевых аккумуляторов обеспечили им хорошие оценки экспертов и высокую популярность при оснащении портативной и автономной электротехники, где предъявляются особые требования к компактности и эргономичности АКБ. Есть у литий-ионных аккумуляторных батарей и недостатки, но все они компенсируются высокой плотностью накопленной энергии.

Плюсы литий ионных аккумуляторов

Рассматривая плюсы и минусы литиевых аккумуляторов, выделим вначале положительные качества таких АКБ. Прежде всего, это:

• высокая плотность накапливаемой энергии и разрядных токов;
• выдача более высокого напряжения (по сравнению с аккумуляторами типов NiCd и NiMH);
• постоянная готовность к эффективной эксплуатации;
• минимальный саморазряд – 4–6% за месяц, 10–20% за год;
• отсутствие «эффекта памяти» – возможность регулярной небольшой подзарядки;
• отсутствие необходимости в «тренировке » после приобретения – полностью заряжать, а потом полностью разряжать литиевые батареи после покупки не нужно;
• широкий диапазон рабочих температур – от -20 до + 50 °С;
• эффективное сохранение накопленной энергии потеря не более 5% накопленной емкости в месяц;
• возможность создания Li-Ion аккумуляторов различных форм и размеров;
• легкий вес;
• возможность длительного хранения в условиях, рекомендованных производителем;
• незначительное старение без регулярной эксплуатации – до 20% в год;
• большой эксплуатационный ресурс порядка 10 лет;
• существенный запас рабочих циклов разряд-заряд более 1000;
• простота в уходе и использовании.

Недостатки Li-Ion аккумуляторов

Минусы литий ионных аккумуляторов немногочисленны:

• относительная дороговизна;
• низкая устойчивость к избыточному заряду и полному разряду поэтому умные Li-Ion батареи оснащаются встроенными системами автоматического отключения;
• небезграничный диапазон рабочих температур (от -20 до + 50 С) ухудшение работы при высоких температурах, снижение емкости при использовании на морозе;
• затрудненность зарядки при отрицательных температурах;
• взрывоопасность при повреждении корпуса проколе или другом нарушении герметичности;
• зависимость срока службы от времени, а не от числа циклов разрядки и зарядки с течением времени происходит постепенная потеря емкости.

Рекомендации по эксплуатации литиевых аккумуляторов

Чтобы продлить срок службы литиевого аккумулятора и повысить эффективность его работы, нужно следовать простым рекомендациям:

• избегать полного разряда АКБ, регулярно подзаряжать ее при падении уровня заряда до 20%;
• не допускать перегрева батареи и воздействия на нее прямых солнечных лучей;
• не использовать аккумулятор на сильном морозе, для эксплуатации зимой утеплить его;
• хранить литий-ионный аккумулятор с 50% уровнем заряда, при температуре 0 С;
• беречь АКБ от ударов, повреждений и сильной вибрации, при установке на электротранспорт подкладывать мягкую прослойку.

О том, как восстановить литий-ионный аккумулятор после глубокого разряда, читайте здесь.

Источник

Li-Ion аккумуляторы — правда и мифы.

2.5 В Li-Ion аккумулятор начинает очень быстро деградировать, и даже одна такая разрядка может существенно (до 10%!) уменьшить его емкость. К тому же при разряде до такого напряжение штатным зарядником зарядить его уже не получится — при падении напряжения ячейки аккумулятора ниже

3 В «умный» контроллер отключит ее как поврежденную, а если такие ячейки все — аккумулятор можно нести на помойку.
Но тут есть одно очень важное но, о котором все забывают: в телефонах, планшетах и других мобильных устройствах рабочий диапазон напряжений на аккумуляторе это 3.5-4.2 В. При опускании напряжения ниже 3.5 В индикатор показывает ноль процентов заряда и аппарат выключается, но до «критических» 2.5 В еще очень далеко. Это подтверждается тем что если подсоединить к такому «разряженному» аккумулятору светодиод то он может гореть еще долгое время (может кто-то помнит что раньше продавались телефоны с фонариками, которые включались кнопкой независимо от системы. Так вот там лампочка продолжала гореть и после разрядки и выключения телефона). То есть как видно при штатном использовании разрядки до 2.5 В не происходит, а значит разряжать акум до нуля процентов вполне можно.

Миф второй. При повреждении Li-Ion аккумуляторы взрываются.
Все мы помним «взрывной» Samsung Galaxy Note 7. Однако это скорее исключение из правил — да, литий очень активный металл, и взорвать его в воздухе нетрудно ( а в воде он и сам очень ярко горит). Однако в современных аккумуляторах используется не литий, а его ионы, которые куда менее активны. Так что чтобы произошел взрыв нужно сильно постараться — или повредить заряжающийся аккумулятор физически (устроить короткое замыкание), или заряжать очень высоким напряжением (тогда он сам повредится, однако скорее всего контроллер банально сгорит сам и не даст заряжать аккумулятор). Поэтому если у вас вдруг в руках оказался поврежденный или дымящийся аккумулятор — не стоит бросать его на стол и убегать из комнаты с криками «мы все умрем» — просто положите его в металлическую тару и вынесите на балкон (чтобы не дышать химией) — аккумулятор будет тлеть какое-то время и потом потухнет. Главное — не заливать водой, ионы конечно менее активные чем литий, но все же какое-то количество водорода при реакции с водой так же выделится (а он любит взрываться).

Миф третий. При достижении на Li-Ion аккумуляторе 300(500/700/1000/100500) циклов он становится небезопасен и его нужно срочно менять.
Миф, к счастью все меньше и меньше гуляющий по форумам и не имеющий под собой вообще никакого физического или химического объяснения. Да, во время эксплуатации электроды окисляются и коррозируют, что уменьшает емкость аккумулятора, но ничем кроме меньшего времени автономной работы и нестабильного поведения на 10-20% заряда это вам не грозит.

Миф четвертый. С Li-Ion аккумуляторами нельзя работать на морозе.
Это скорее рекомендация, чем запрет. Многие производители запрещают использовать телефоны при отрицательное температуре, да и многие сталкивались с быстрым разрядом и вообще отключением телефонов на холоде. Объяснение этому очень простое: электролит — это водосодержащий гель, а что происходит с водой при отрицательных температурах все знают (да, она замерзает если что), тем самым выводя некоторую область аккумулятора из работы. Это приводит к падениею напряжения, а контроллер начинает считать это разрядкой. Аккумулятору это не полезно, но и не смертельно (после нагрева емкость вернется), так что если вам позарез нужно пользоваться телефоном в мороз (именно пользоваться — достать из теплого кармана, посмотреть время и спрятать назад не считается) то лучше зарядите его на 100% и включите любой процесс, нагружающий процессор — так охлаждение будет происходить медленнее.

Миф пятый. Вздувшийся Li-Ion аккумулятор опасен, его нужно срочно выкинуть.
Это не совсем миф, скорее предосторожность — вздувшийся аккумулятор может банально лопнуть. С химической точки зрения все просто: при процессе интеркаляции происходит разложение электродов и электролита, в результате чего выделяется газ(так же он может выделяться и при перезарядке, но об этом чуть ниже). Но его выделяется крайне мало, и чтобы аккумулятор казался вздутым должно пройти несколько тсотен (если не тысяч) циклов перезарядки (если конечно он не бракованный). Проблем избавиться от газа нет — достаточно проткнуть клапан (в некоторых аккумуляторах он сам открывается при избыточном давлении) и стравить его (дышать им не рекомендую), после чего можно замазать дырку эпоксидной смолой. Конечно былую емкость это аккумулятору не вернет, но хотя бы теперь он точно не лопнет.

Миф шестой. Li-Ion аккумуляторам вреден перезаряд.
А вот это уже не миф, а суровая реальность — при перезарядке велик шанс что аккумулятор вздуется, лопнет и загорится — поверьте, мало удовольствия быть забрызганным кипящим электролитом. Поэтому во всех аккумуляторах стоят контроллеры, банально не дающие зарядить аккумулятор выше определенного напряжения. Но тут надо быть крайне осторожным в выборе аккумулятора — контроллеры китайских поделок зачастую могут сбоить, а фейерверк из телефона в 3 часа ночи думаю вас не обрадует. Разумеется, такая же проблема есть и в брендовых аккумуляторах, но во-первых там такое случается гораздо реже, а во-вторых вам по гарантии поменяют весь телефон. Обычно этот миф порождает следующий:

Миф седьмой. При достижении 100% нужно снимать телефон с зарядки.
Из шестого мифа это кажется разумным, но на деле нет смысла вставать посреди ночи и снимать устройство с зарядки: во-первых сбои контроллера крайне редки, а во-вторых даже при достижении 100% на индикаторе аккумулятор еще некоторое время дозаряжается до самого-самого максимума низкими токами, что добавляет еще 1-3% емкости. Так что на деле не стоит так сильно перестраховываться.

Миф восемь. Заряжать устройство можно только оригинальным зарядником.
Миф имеет место быть по причине некачественности китайских зарядников — при нормальном напряжении в 5 +- 5% вольт они могут выдавать и 6, и 7 — контроллер, конечно, какое-то время будет сглаживать такое напряжение, однако в будущем оно в лучшем случае приведет к сгоранию контроллера, в худшем — к взрыву и (или) выходу из строя материнской платы. Бывает и обратное — под нагрузкой китайский зарядник выдает 3-4 вольта: это приведет к тому что аккумулятор не сможет зарядиться полностью.

Как видно из целой кучи заблуждений далеко не все имеют под собой научное объяснение, и еще меньше реально ухудшают характеристики аккумуляторов. Но это не значит что после прочтения моей статьи нужно бежать сломя голову и покупать дешевые китайские аккумуляторы за пару баксов — все-же для долговечности лучше взять или оригинальные, или качественные копии оригинальных.

Источник

Li-Ion аккумуляторы: плюсы и минусы литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионный аккумулятор (Li-Ion Battery) может быть и необычайно полезен за счёт непревзойдённых преимуществ, и одновременно вреден в некоторых применениях или даже опасен в силу своих недостатков. С годами технология совершенствуется, количество минусов сокращается, а плюсы становятся всё более доступными.

Как извлечь максимальную пользу из технологии Li-Ion?

Например, при переводе электроники с никелевых батарей на литиевые. Следует хорошо разбираться в сильных и слабых сторонах технологии с учётом всех изменений и улучшений за последнее время. Этим особенностям мы посвятили подробное описание плюсов и минусов Li-Ion.

Содержание:

• • Плюсы литий-ионных аккумуляторов
• 1. Плотность энергии — высокая
• 2. Саморазряд — низкий (едва заметный)
• 3. Напряжение — 3,6 В (одного элемента достаточно)
• 4. Нагрузка — держит 3,6 В стабильно до разрядки
• 5. Применимость — масштабная (по видам продукции)
• 6. Обслуживание — не требуется
• 7. Эксплуатация — без расходов
• • Минусы литий-ионного аккумулятора
• 1. Безопасность — требуется защита
• 2. Ограниченный срок службы — 500-1000 циклов
• 3. Старение — даже если не используется
• 4. Транспортировка — затруднена
• 5. Стоимость — высокая
• 6. Завершённость технологии — незрелая
• • Итоги

Плюсы литий-ионных аккумуляторов

Смартфоны, ноутбуки, смарт-часы, электромобили — всё это лишь небольшая часть рынка, который всё сильнее впадает в зависимость от преимуществ литий-ионных аккумуляторов. Эта технология находит тем больше применений, чем доступнее она становится. Поэтому в Li-Ion вкладывается огромное количество разработок.

1. Плотность энергии — высокая

Высокая плотность энергии позволяет электронному оборудованию (смартфонам, ноутбукам, электромобилям) работать дольше без подзарядки при скромных размерах элемента питания. Чем больше требуется энергии устройству, тем выше должна быть плотность энергии в аккумуляторе.

Например, электроинструменты и электромобили обладают значительно большей высокой удельной мощностью, чем смартфоны. Литий-ионные аккумуляторы идеально подходят для такого рода задач, что является их главным преимуществом как раз за счёт высокой плотности энергии.

2. Саморазряд — низкий (едва заметный)

Ключевая проблема аккумуляторных батарей — потеря заряда без использования (саморазряд). Литий-ионные элементы обладают едва заметной скоростью саморазряда.

Они теряют намного меньше энергии, чем другие перезаряжаемые элементы (например, Ni-Cd и NiMH). Принято считать, что у Li-Ion саморазряд составляет 5% в первые 4 часа после зарядки и затем снижается до 1-2% в месяц.

3. Напряжение — 3,6 В (одного элемента достаточно)

Напряжение каждого элемента литий-ионного аккумулятора составляет около 3,6 вольт. В этом есть несколько преимуществ.

• • Напряжение выше, чем у стандартных никель-кадмиевых и никель-металлгидридных, а также стандартных щелочных элементов (1,5 В);
• • напряжение выше, чем у свинцово-кислотных элементов (около 2 В на элемент);
• • это значит, что устройствам требуется меньше элементов.

Это дешевле, проще и безопаснее в эксплуатации. Так, например, для смартфонов достаточно одной ячейки. Однако в некоторых моделях производители применяют две ячейки литий-ионного аккумулятора.

Для чего? Для быстрой зарядки — двойной аккумулятор безопаснее и быстрее зарядить чем одинарный той же ёмкости. Но это усложняет управление питанием и удорожает конструкцию. И даже с этим набором недостатков, литий-ионная технология здесь всё равно выгоднее, чем применять ещё большее число ячеек вдвое меньшего напряжения.

4. Нагрузка — держит 3,6 В стабильно до разрядки

Нагрузочные характеристики литий-ионного аккумулятора отличаются стабильной работой с момента зарядки до момента полного разряда. Это хорошие показатели на фоне всех конкурирующих технологий.

Это значит, что напряжение 3,6 В на элемент постоянное.

Изменения, конечно, есть. Напряжение снижается непосредственно перед тем, как батарея полностью разрядится. Производители могут рассчитывать на стабильность этой характеристики. Чего сказать про другие типы элементов питания нельзя.

5. Применимость — масштабная (по видам продукции)

Существует несколько типов литий-ионных элементов. Преимущество пригодилось для придания батарее особых свойств в её назначении.

• • Так, например, одни варианты обеспечивают высокую плотность тока и идеально подходят для длительной работы бытовых приборов и гаджетов.
• • Другие способны обеспечивать гораздо более высокие уровни тока, благодаря чему идеально подходят для электроинструментов.
• • Третьи отличаются высокой безопасностью и долгим сроком службы, что по достоинству оценили производители электромобилей.

6. Обслуживание — не требуется

Одно из преимуществ литий-ионных батарей заключается в отсутствии особых потребностей. Например, в обслуживании. Аккумуляторы поставляются в рабочем состоянии и готовы к работе сразу же из коробки.

Внимание! Вы можете лишь продлить срок службы батареи за счёт некоторых манипуляций.

Так, например, сразу после покупки нового аккумулятора Li-Ion не спешите его разряжать. Рекомендуется полностью зарядить и лишь затем разрядить до отключения, после вновь зарядить до 100%. Так батарея набирает ёмкость, а контроллер устройства «обучается» правильной индикации.

7. Эксплуатация — без расходов

Раз не требуется никакое особое обслуживание, то нет и затрат на эксплуатацию, проверки, тестирование. Одно из преимуществ литий-ионных батарей — никакого активного ухода, заправки или технического поддержания работоспособности.

Например, никель-кадмиевые элементы нужно периодически разряжать, чтобы не проявился эффект памяти прошлой зарядки. Точно так же свинцово-кислотные элементы испытывают потребность в техническом обслуживании. Некоторые из них периодически заправляют аккумуляторной кислотой.

Минусы литий-ионного аккумулятора

Как и в случае использования любой другой технологии, у литий-ионного аккумулятора имеются существенные недостатки. Сопоставьте их с преимуществами, чтобы точно представлять себе ограничения в применении.

Внимание! Исключительная особенность батарей Li-Ion кроется в возможностях преодоления недостатков технологии за счёт:

• — ухищрений и доработок,
• — изменения типа химии,
• — совершенствования конструкции,
• — настройки контроллера и защиты.

1. Безопасность — требуется защита

Главный минус литий-ионного аккумулятора — ненадёжность в сравнении с другими аккумуляторными технологиями.

Чтобы снизить риски и гарантировать безопасность, производители разработали варианты защиты от:

• • чрезмерного заряда,
• • слишком сильного разряда,
• • короткого замыкания,
• • небезопасных пределов тока и так далее.

Полный список опасных проявлений, от которых литий-ионной батареи требуется защита, мы составили отдельно.

Современные интегральные схемы позволяют относительно легко встроить в батарею или в оборудование (когда батарея не взаимозаменяема) систему управления — контроллер. Он делает литий-ионные батареи безопасными и допускает использование элементов без каких-либо специальных знаний.

Например, вы можете оставить смартфон на зарядке на ночь или даже на все выходные — ничего страшного не случится, так как зарядное устройство вовремя отключит питание.

Схема защиты, встроенная в литий-ионную батарею, контролирует ряд аспектов её работы:

• — ограничивает пиковое напряжение каждой ячейки во время зарядки, поскольку чрезмерное напряжение может повредить их;
• — в многоэлементных аккумуляторах ячейки заряжаются последовательно через один разъём питания так, чтобы ни одна ячейка не испытывала напряжение выше требуемого (разные элементы могут требовать разного уровня заряда и существует вероятность, что кто-то перезарядится);
• — предотвращается слишком низкое падение напряжения элемента при разряде (глубокий разряд);
• — пресекается ситуация, когда одна ячейка хранит меньше заряда, чем другие, в аккумуляторе (скажем, у шуруповёрта);
• — ещё одним аспектом схемы защиты является температура (ячейка может переохладиться или перегреться).

Максимальный ток заряда и разряда для большинства аккумуляторов ограничен повышением температуры на 1-2°C. Тем не менее, некоторые из них немного нагреваются при быстрой зарядке.

2. Ограниченный срок службы — 500-1000 циклов

Износ — это один из самых неприятных недостатков литий-ионных батарей. Количество циклов зарядки и разрядки ограничено 500-1000 циклами, после которых ёмкость снижается, а деградация усиливается.

Узнайте, от чего зависит число циклов до момента критического износа.

Ёмкость упадет в любом случае. При интенсивном использовании раньше. При бережном — позже. С развитием литий-ионной технологии эта цифра увеличивается, но рано или поздно без замены не обойтись. И это может быть проблемой, если аккумулятор встроен в оборудование.

3. Старение — даже если не используется

Помимо износа при эксплуатации аккумулятор подвержен старению даже когда не используется. Причина в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих внутри него без остановки.

Если вы планируете долгое время хранить аккумулятор без использования, то следует частично зарядить его. В различной документации указан диапазон заряда между 40% и 50%. Оптимально сухое, тёмное место с температурой не выше +22°C и не ниже +5°C. Хранение в этих условиях поможет продлить срок службы.

4. Транспортировка — затруднена

В последние годы многие авиакомпании ограничивают количество принимаемых литий-ионных батарей. Их перевозка ограничена на законодательном уровне. Даже мы в Neovolt пострадали из-за проблем в логистике крупных перевозчиков.

Пассажирам самолётов приходится перевозить литий-ионные аккумуляторы в ручной клади согласно правилам большинства авиакомпаний. Время от времени условия меняются. Но количество батареек, разрешённых с собой, всегда ограничено.

Любые литий-ионные батареи, переносимые отдельно, должны быть определённой ёмкости, по возможности извлечены из устройства, защищены от короткого замыкания защитными крышками и так далее. Например, большие Li-Ion аккумуляторы (как в ИБП) вовсе нельзя перевезти авиатранспортом. Перед полетом проверяйте, можно ли носить с собой большой повербанк.

Иногда требования туманны, и по факту вам предстоит выбор:

• • лететь самолётом и выбросить аккумулятор в аэропорту,
• • либо отказаться от перелёта и выбрать другой транспорт.

5. Стоимость — высокая

Себестоимость литий-ионного аккумулятора на производстве примерно на 40% выше, чем у никель-кадмиевых элементов. При разработке массовых потребительских товаров любые дополнительные расходы являются серьёзной проблемой.

6. Завершённость технологии — незрелая

Li-Ion уже много лет на рынке, и это всё ещё незрелая технология. Она принадлежит к развивающейся области инвестирования и разработок. С одной стороны это недостаток.

Мы получаем незаконченный продукт, который много лет никто не может усовершенствовать и довести до значительного прогресса.

С другой стороны, новые литий-ионные технологии разрабатываются постоянно. Может ли это быть преимуществом? Если появляются более совершенные решения, то может, но пока таких по пальцам пересчитать.

Любопытно, что преимущества и недостатки литий-ионной батареи встречаются на одном поле игры:

• • с одной стороны технология используется повсеместно, но она ещё недостаточно развита;
• • в плюсах она легко приспосабливается под разные устройства, но в минусах опасна при определённых условиях эксплуатации;
• • нет саморазряда и каких-то сложностей в применении, но стареет даже если не используется;
• • защищена со всех сторон и в принципе безопасна, но запрещена к перевозке авиатранспортом.

Так сложилось, что сейчас производители смартфонов, ноутбуков, электромобилей и других устройств, где применяется Li-Ion научились использовать преимущества технологии. Они максимально избавляются от её недостатков и стремятся повлиять на ограничения.

Тем самым у нас с вами появилась возможность пользоваться аккумуляторами литий-ионного типа, не опасаясь за свою жизнь и работоспособность электроники.

А как вы относитесь к плюсам и минусам Li-Ion? Напишите в комментарии или отправьте сообщение нам ВКонтакте @NeovoltRu.

Включайтесь в нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Присоединяйтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.

Источник