Литий-полимерный аккумулятор – плюсы и минусы
Статья обновлена: 2020-12-17
Статья обновлена: 26.11.2020
Литий-полимерные аккумуляторы – это современные элементы питания с отличными эксплуатационными характеристиками. Они стали новой ступенью развития литий-ионной технологии. Аккумуляторы типа Li-Polymer применяются в смартфонах, планшетах, электронных книгах, квадрокоптерах, моделях на радиоуправлении, портативных электроинструментах и другой технике.
Использование полимерного электролита повышает безопасность использования аккумуляторов, предоставляет свободу форм и размеров, в т. ч. позволяет получать сверхтонкие модели.
Изначально Li-Pol элементы питания уступали Li-ion аналогам по ионной проводимости и диапазону допустимых температур. Но модели обоих типов, используемые в современной технике и электронике, по рабочим характеристикам практически идентичны.
Особенности Li-Pol технологии
Главное отличие Li-Pol моделей от Li-ion аналогов состоит в типе применяемого электролита. При производстве накопителей энергии категории Li-ion катод и анод разделяют пористым сепаратором. В его порах содержится жидкий электролит. У элементов питания категории Li-Pol роль электролита выполняет полимер с токопроводящими добавками.
Основой для производства Li-Polymer аккумуляторов стали полимеры, которые при внедрении в их структуру ионов электролита переходят в полупроводниковое состояние с многократным возрастанием проводимости.
Ученым удалось создать несколько групп Li-Po аккумуляторов с разным составом электролита:
- С сухим полимером – такие модели производятся с применением полиэтиленоксида и солей лития.
- С мелкопористой полимерной матрицей – в нее внедряются неводные растворы солей лития.
- С гомогенным электролитом в форме геля – создаются путем встраивания в полимерную структуру солей лития.
Характерным отличием Li-Polymer батарей является гибкая форма и мягкая оболочка вместо жесткого корпуса. Эта особенность обеспечивает элементам питания более легкий вес – на 20% по сравнению с Li-ion аналогами.
Принцип работы
По принципу работы Li-Po и Li-ion аккумуляторы идентичны. Заряд переносят ионы лития, которые перемещаются от катода к аноду и обратно, внедряясь в молекулярную структуру материалов. При зарядке элементов питания ионы Li + переходят от катода к аноду, а при разрядке – в обратном направлении. Проводящей средой для ионов Li+ служит полимер с включенными в его состав добавками из солей лития. Напряжение Li-Po ячеек в разряженном состоянии составляет от 2,7 до 3 В, а в заряженном – достигает 4,2 В.
Плюсы и минусы литий-полимерных батарей
Экспериментируя с используемыми материалами катода, анода и электролита, ученые добились повышения плотности тока и увеличения температурного диапазона Li-Po ячеек. У разных брендов технологии изготовления Li-Pol аккумуляторов. Поэтому и характеристики элементов питания отличаются. Но в целом плюсами литий-полимерных аккумуляторов являются:
- стойкость к токовым перегрузкам, сжатию, вибрациям и другим воздействиям;
- компактность;
- легкий удельный вес;
- низкое внутреннее сопротивление;
- разнообразие форм и толщин – вплоть до 1 мм;
- высокая удельная энергоемкость;
- малый саморазряд;
- невыраженный эффект памяти;
- стабильность напряжения в процессе разряда;
- напряжение 3,7 В на ячейку;
- высокий уровень безопасности;
- диапазон рабочих температур от -20 до +40 °С;
- ресурс от 500 циклов и выше.
Минусами литиево-полимерных аккумуляторов считается их относительно высокая цена, временное снижение емкости на морозе и подверженность естественной деградации – старению. Как и все элементы питания на основе лития, Li-Polymer модели постепенно теряют свою емкость – около 20% за 2 года активной работы.
Типы Li-Po батарей
В зависимости от допустимых разрядных токов Li-Po батареи делятся на 2 группы:
- Обычные – с разрядными токами до 3–5С. Такие устройства применяются в смартфонах, планшетах, других видах электроники и бытовой технике.
- Быстроразрядные или силовые (обозначение Hi discharge, HC или HD в маркировке) – устройства с допустимым током разряда до 8–10С. Они применяются в радиоуправляемых моделях, портативном электроинструменте, электромобилях и других устройствах, которым нужны большие разрядные токи.
Правила эксплуатации
Чтобы продлить срок службы Li-Poly батареи, нужно четко соблюдать рекомендации по ее эксплуатации. Прежде всего, необходимо использовать надежное зарядное устройство с подходящими параметрами. На универсальном ЗУ важно корректно выставлять настройки – напряжение 4,2 В на элемент и ток до 1С. Для силовых моделей допустим зарядный ток до 5С. Также для сохранения работоспособности Li-Po батареи важно:
- не допускать перезаряда – выше 4,2 В на элемент;
- избегать короткого замыкания;
- не допускать перегрева выше 60 °С, в т. ч. при заряде или разряде высокими токами;
- не оставлять элементы питания под воздействием прямых солнечных лучей, возле отопительных приборов или открытых источников огня;
- не нарушать герметичность оболочки;
- не разряжать ниже 3 В на элемент;
- не подвергать ударам, прокалыванию и другим механическим воздействиям;
- не хранить в разряженном состоянии;
- заряжать, не дожидаясь полной разрядки;
- после использования на морозе – выдерживать пару часов при комнатной температуре, а затем заряжать;
- хранить в полузаряженном состоянии в прохладном сухом месте, в стороне от тепловых приборов.
При нарушении правил эксплуатации элементы питания быстро теряют емкость. При перегреве до 70 °С происходит самопроизвольная реакция, преобразующая энергию в тепло. В результате аккумулятор может воспламениться. Но при соблюдении правил использования Lo-Po элементы они абсолютно безопасны, эффективно справляются со своими задачами и радуют долгим сроком службы.
Какую батарею выбрать: Li-Pol или Li-ion?
Из-за отсутствия жидкого электролита Li-Po батареи считаются более безопасными в использовании. В отличие от Li-ion элементов, они не привязаны к стандартным типоразмерам, бывают очень тонкими – от 1–2 мм, выполняются в мягкой оболочке и имеют более легкий вес. В остальном Li-Pol и Li-ion батареи практически идентичны.
Поэтому выбор зависит преимущественно от требований к весу и толщине аккумулятора. Если нужен сверхтонкий и легкий источник питания, преимущество отдается полимерным моделям. В остальных случаях обычно используются Li-ion батареи.
Источник