Расшифровка литий ионного аккумулятора

Литий-ионный аккумулятор 18650 — характеристики, какой тип лучше

Люди уже давно используют различные аккумуляторы. Они отличаются своей емкостью размером и другими характеристиками АКБ 18650. Наука не стоит на месте и возможности современных батареек при малых габаритах достаточно велики. Одними из довольно мощных батарей литий-ионного типа являются аккумуляторы 18650, о которых и пойдет речь далее.

Литий-ионные АКБ 18650 используются в различных областях

Литий-ионный аккумулятор 18650 — краткое описание, когда созданы

Само по себе понятие литиевых аккумуляторов появилось в 1970 году, когда ученый Майкл Уиттенгем продемонстрировал возможность соединения дисульфида титана с ионами лития во время разрядки АКБ, а при заряде они экстрагировались.

В то время напряжение такой батареи было слишком низким, а пожароопасность невероятно высокой. Это подтолкнуло Д. Гуденафома в 1980 году создать новый материал, называемый кобальтитом лития, а в 1996 году – феррофосфат лития. Новые батареи обладали более высоким напряжением.

То, что сейчас используется в качестве литий-ионного аккумулятора впервые появилось в 1991 году. Создал батарею Акира Есино, а производство запустила компания Sony, в качестве анода выступал графит, а катодом стал кобальтит лития. Трое ученых, работавших над созданием литий-ионных АКБ получили в 2019 году нобелевскую премию по химии.

Компания Sony первая выпустила литий-ионный АКБ

Принцип работы батареи

Основой работы Li-ion аккумулятора является углеродный материал и принцип так называемой интеркаляции. Суть заключается во внедрении лития в структуру отрешительного электрода в период заряда батареи. В результате образуется интеркаляционное соединение. Во время разрядки литий покидает кристаллический углерод, отдавая электрон.

Интересно! Безопасность литий-ионных батарей смогли повысить за счет отсутствия металлического лития и использования его связанных ионов.

Что означает “18650”, размер в мм

Типоразмер литий-ионных АКБ обозначается цифровым кодом. В случае с аккумуляторной батарейкой 18650, значения цифр следующие:

• 18 – диаметр;
• 65 – длина;
• 0 – форма корпуса – цилиндр.

Важно! С такими же техническими характеристиками, но с установленной защитой АКБ будет иметь другие габаритные размеры.

Также в наименовании аккумуляторной батареи 18650 могут содержаться буквы, у различных производителей они могут отличаться, но есть между ними некоторые общепринятые обозначения:

• I – говорит о том, что АКБ ионная;
• С – катод изготовлен из кобальта;
• F – материал катода железофосфат;
• М – в батарее используется марганец;
• R – обозначает, собственно, саму АКБ.

В зависимости от фирмы производителя могут добавляться иные символы, характеризующие элемент, маркировка аккумуляторов 18650 будет отличаться.

Где плюс и минус

В АКБ 18650 очень важно не перепутать полярность. Понять, где расположен где плюс и минус у аккумулятора 18650 не так сложно, как может показаться с первого взгляда. Да, обе стороны с первого взгляда похожи, но у них есть довольно значительное отличие – плюсовая клемма имеет до четырех маленьких отверстий и все же немного выступает, по сравнению от совершенно плоской минусовой.

Отличить полярность не сложно

Характеристики

Компоненты литий-ионного аккумулятора будут влиять на общие характеристики, а химический состав его компонентов создает определенный коридор минимальных и максимальных нагрузок.

Параметр постоянного разряда

Разрядное напряжение Li-ion АКБ довольно высокое, составляет от 3,4 В и выше. Параметр напрямую зависит от того, какие электроды использует производитель для батареи. Саморазряд при этом достаточно низкий, не более 3% в 30 дней.

Емкость

Материалы для производства аккумуляторных батареек 18650 напрямую влияют на его емкость. Минимальный показатель для литий-ионного аккумулятора – 1600 мАч, а максимальная – 3600 мАч.

Интересно! Если производитель указывает более высокий показатель емкости, то либо он вводит покупателя в заблуждение, либо есть вероятность приобретения некачественной продукции.

Вольтаж

Напряжение аккумулятора 18650 намного выше, чем у батареек классов АА или ААА. Именно по этой причине производители выпускают их в больших габаритах, чтобы пользователь случайно не повредил устройство, вставив мощную батарею, вместо классической батарейки. Минимальное напряжение аккумулятора li ion 18650 составляет 2,5 В, а максимальное 4,2 В, в отличие от никелевых аккумуляторов 18650, имеющих вольтаж всего 1,5 В.

Внутреннее сопротивление

Литий-ионные аккумуляторы разделяют на высокомощные, промежуточные и высокоемкие. Зависят эти показатели от количества электродной массы и толщины основы электрода, которая проводит ток. Сопротивление напрямую зависит от количества электродной массы в изделии. В результате производители выпускают аккумулятор 18650 с нормой внутреннего сопротивления от 4 до 15 мОм*Ач.

Срок службы (от чего зависит)

Наиболее важным при хранении литий-ионного аккумулятора является температура и внешние контакты. Следует исключить любое прикосновение 18650 к металлическим предметам, а температуру поддерживать в промежутке от +5 С до +15 С. При этом оптимальная рабочая температура называется +23 С, но работать будет от -20 до +60 градусов Цельсия.

Интересно! Литий-ионная АКБ в нерабочем состоянии быстрее приходит в негодность, чем при постоянной работе.

Отдаваемая емкость аккумулятора снизится на 20% только после тысячного цикла работы. Также может происходить саморазряд батареи, к примеру, хранение при +25 градусах Цельсия и стопроцентной зарядке модель 18650 – аккумулятор, характеристики которого соответствуют заявленным производителем, ежемесячно будет терять порядка 1,5% своего заряда.

Аккумулятор 18650 с защитой, что это

Для обеспечения большей безопасности, производители начали встраивать в корпус АКБ специальную электронную плату, призванную защищать от перегрева и разрыва оболочки. Регулируется напряжение заряда, а также контролируется разряд элемента. Приобретен аккумулятор 18650 с защитой или без, рассмотрим, как это определить.

Батарея с защитой немного больше обычной

Как определить с защитой или нет

Определить наличие защиты в аккумуляторе литиевого типа 18650 не сложно, как правило производитель указывает это на корпусе самого элемента. Также при сравнении с обычным Li-ion АКБ обнаруживается некоторое увеличение корпуса, как правило не более, чем на 2 мм.

Справка! На элементах питания с защитой можно увидеть надпись – protected, with protected PCB или protection circuit, незащищенные аккумуляторы могут выпускаться без дополнительных комментариев или с пометкой unprotected.

Нужна ли защита аккумулятора

Напряжение, воздействующее на аккумулятор при его зарядке значительно влияет на срок эксплуатации элемента. Защита блокирует зарядку при превышении или чрезмерном снижении напряжения во время перезарядки батареи. Это обеспечивает более продолжительный срок службы и безопасность использования батареи.

Высокотоковые аккумуляторы

Отдавать более мощную нагрузку тока способны литий-марганцевые аккумуляторы, их показатели токоотдачи достигают 7С. Главным недостатком таких литий-ионных элементов является более низкая емкость.

Высокотоковые АКБ имеют меньшую емкость.

Как отличить высокотоковые аккумуляторы 18650 от обычных

Определить состав каждого конкретного аккумулятора 18650 можно обратив внимание на маркировку производителя. Наличие марганца в составе компонентов элемента будет свидетельствовать о его способности передавать высокий ток, а значит более низкой емкости.

Важно! Производители по своему усмотрению могут менять аббревиатуру обозначений на корпусе изделия, а потому лучше обращать внимание на цифровые характеристики.

Критерии отличия

Чтобы понять, как отличить высокотоковые аккумуляторы 18650 от обычных, следует обратить внимание на нагрузку, указанную на корпусе, более 10 ампер – значит дело имеем с высокотоковым изделием. Емкость при этом будет указана довольно низкая, у разных производителей она может колебаться от 1500 до 2600 мАч. При этом внутреннее напряжение также будет низким. Вес у обычных батарей меньше.

Внимание! Зарядные устройства для высокотоковых АКБ должны быть с током до 3 А.

Где используются аккумуляторы 18650

Этот вид аккумулятора наиболее распространен во многих бытовых сферах. В зависимости от устройства применения могут использоваться обычные элементы, высокотоковые или со встроенной защитой.

В каких отраслях и устройствах

Самое простое и распространенное применение аккумулятора 18650 – обычный фонарик, особенно полезна функция литиевого элемента при длительных походах, когда нет возможности зарядить какой-либо электроприбор. Элементы с защитой нашли применение в ноутбуках. А высокотоковые применяют в портативных электроинструментах или электронных сигаретах. В любом устройстве, требующем большой емкости, можно использовать аккумуляторы типового размера 18650.

Использовать батареи 18650 можно в разных устройствах

Обзор лучших аккумуляторов 18650

Следует выделить лучшие батареи литий-ионного типа, с типоразмером 18560. Для различных потребностей могут понадобится как элементы с защитой, так и высокотоковые, а потому в обзоре присутствует все АКБ, заслуживающие внимания. Рейтинг поможет определить какой аккумулятор 18650 лучше.

Все больше товаров привозится из Китая, аккумуляторы не исключение. А потому стоит обратить внимание на восток. АКБ EAIEP ICR18650-26F M обладает стандартными для АКБ 18560 соответствуют характеристики: номинальное напряжение 3,7 В, а емкость 2600 мАч. Качественный продукт китайского производства, стоимостью чуть более 150 рублей за штуку.

Для применения в фонарях отлично подойдет элемент с названием Liitokala HG2 18650, его номинальное напряжение составит 3,6 В, а емкость достигает 3000 мАч. Подойдет для использования в шуруповертах и электронных сигаретах, электросамокатах и в модельках детских игрушек.

Следующим стоит рассмотреть аккумулятор известного производителя Panasonic NCR18650B обладающий встроенной защитой и с повышенной емкостью 3400 мАч. Отличительной особенностью является высокое число заряда-разряда, производитель гарантирует не менее 1000.

Заслуживает внимания аккумулятор VariCore VTC 6, особенностью которой является большой диапазон рабочих температур. По заявлениям производителя элемент сможет работать в условиях от -20 С до +60 С. Емкость его составит 3000 мАч.

Удивит аккумулятор Samsung ICR18650-26HM величиной тока разряда – 5,2 А. Емкость элемента 2600 мАч и отсутствие защиты, но порадует низкая стоимость батареи. Также производитель уверяет, что без потери мощности батарея продержится порядка 800 перезарядов. Сколько прослужит такой аккумулятор покажет практика.

Японский производитель Sony выпускает на рынок АКБ 18650 VTC5, емкость этой батареи 2600 мАч, но стоит учитывать мощность тока, она достаточно высока – 30 А. Также этот элемент не требует длительной зарядки, достаточно всего трех часов.

Одним из ярких представителей типоразмера 18650 является аккумулятор отечественного производителя Яркий ЛУЧ YLP SA1826. Стоит отметить, что модель продается в том числе за границей. Емкость элемента 2600 мАч, есть встроенная защита и даже порт микро USB. Потерю емкости аккумулятор несет после 500 циклов перезарядки.

Литий-ионные аккумуляторы используются в различных сферах жизни и все больше совершенствуются. Они отличаются по своей емкости, мощностью тока, наличием или отсутствием электронной защиты и, естественно, стоимостью. Для разных устройств следует подбирать определенную АКБ, это обезопасит прибор от возможного повреждения, а в некоторой технике производители рекомендуют использовать обычные батарейки. Поэтому перед применением аккумуляторов типа 18650 следует внимательно прочитать инструкцию к устройству.

Источник

Типы литий-ионных аккумуляторов: маркировка и расшифровка

Литий-ионный аккумулятор (Li-Ion Battery) — это название объединяет все аккумуляторы литий-ионного типа, даже если у них совершенно разные материалы анода, катода и состав электролита.

Нужно сравнение аккумуляторов Li-Ion? Например, 18650? Рекомендуем перейти к полному руководству.

Всё кажется простым до тех пор, пока вы не услышите в одном предложении литий-титанат и литий-железо-фосфат, а потом не начнёте сравнивать литий-ионный с литий-полимерным. Как развязать клубок путаницы в этих многочисленных названиях?

Если вы слышите о литий-кобальтовом аккумуляторе, то знайте, что это самый обыкновенный и наиболее распространённый литий-ионный аккумулятор из наших с вами смартфонов. Почему он «кобальтовый»? Из-за кобальта на его катоде.

По маркетинговому названию производители могут понимать особенности конкретной ячейки.

Или другой пример. Зная о преимуществах кремниевых анодов аккумуляторов, в тех же массовых литий-кобальтовых ячейках можно достичь лучшей ёмкости, чем с традиционным графитовым анодом. То есть в проект смартфона инженером будет закладываться уже литий-кобальтовый аккумулятор с кремниевым анодом.

Разберёмся подробнее в маркировке Li-Ion.

Типы литий-ионных аккумуляторов отличаются по типу материала анода, катода, электролита

Для чего им разные материалы? У одной химии больше пользы в безопасности или ёмкости (увеличена плотность энергии), у другой лучше получится удерживать заряд в мороз или увеличить ток разряда (актуально в электроинструменте или электромобилях).

При выборе анода, катода, электролита многое зависит от назначения самого электронного устройства.

Разберём принцип выбора типа литий-ионного аккумулятора для смартфона

Инженер компании-производителя при проектировании исходит из следующих потребностей:

Ради этого можно пожертвовать определёнными характеристиками:

К литий-ионной аккумуляторной ячейке в компактном размере, ёмкой с приемлемым сроком службы и базовой безопасностью как раз идеально подходит кобальтовый катод (LiCoO2, LCO) в тандеме с графитовым анодом. Недорогой в производстве, быстро изготавливается, массовый продукт.

Но ведь есть устройства, где срок службы и безопасность куда важнее цены и ёмкости.

Например? Источники бесперебойного питания. Мы в подробностях рассказывали как раз о таких надёжных батареях — литий-железо-фосфатных (LiFePo4, LFP).

Служат больше 10 лет, высокий ток разряда, выдерживают термические потрясения, беспрецедентно для литий-ионной технологии стабильны даже при коротком замыкании. Но всё ещё слишком дорого стоят за ту же ёмкость, что и LCO.

О «гаджетовой» компактности LiFePo4 при этом можно забыть. Если только сравнивать их со свинцово-кислотными АКБ из наших с вами автомобилей. Потому они лучше подходят как раз для ИБП (безопаснее, работают более 10 лет, не нужно обслуживать).

Наиболее распространённые типы литий-ионных аккумуляторов

Разделение на типы и маркировка обычно выбирается по катоду. Реже по аноду. Ещё реже по электролиту.

LCO | Литий-кобальтовые с катодом LiCoO2

Наиболее распространённый тип Li-Ion благодаря отличным характеристикам ёмкости (самая высокая энергоёмкость после NCA), мощности и цены.

В LCO хуже, чем в других системах: безопасность (требуется хорошая защита и контроль заряда-разряда) и долговечность (но её обычно хватает на цикл жизни одной модели потребительского устройства, такого как смартфон или ноутбук). Из-за дефицита кобальта [источник] ячейкам LCO стремительно ищут замену.

LFP | Литий-железо-фосфатные с катодом LiFePo4

Лучшие стороны — безопасность, высокие токи нагрузки и долговечность. В жертву идёт цена и ёмкость.

Катоды LFP отличаются по содержанию углерода и удельной поверхности: одни лучше себя показывают при низких температурах (например, электробусы), а другие обеспечивают лучшие показатели по устойчивому сопротивлению и стабильности в высокотемпературных режимах (например, те же источники бесперебойного питания и системы хранения энергии).

NMC | Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные с катодом LiNiMnCoO2

Наиболее сбалансированный по характеристикам материал с относительно высокой ёмкостью (примерно, как у LCO без графита на аноде) и уравновешенными свойствами безопасности, мощности, стоимости и долговечности.

Наиболее распространённая формула катодного материала: 33% никеля + 33% марганца + 33% кобальта (или 1:1:1). В маркировке может добавляться трёхзначная цифра, обозначающая как раз это соотношение (например, NMC 333 или NMC 811).

NCA | Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные с катодом LiNiCoAlO2

Литий-ионные аккумуляторы с маркировкой NCA особенно востребованы в электротранспорте из-за лучшего сочетания характеристик энергоёмкости (лучше всех в Li-Ion) и долговечности.

Основной недостаток — высокая цена. Также бОльших усилий относительно других электрохимических систем требует контроль заряда, разряда, температуры.

LMO | Литий-марганцево-оксидные с катодами LiMn2O4 и Li2MnO3

Литий-марганцевая шпинель на катоде LMO обеспечивает литий-ионному аккумулятору высокую термическую стабильность, сравнительно высокую ёмкость и низкую себестоимость.

Подвержен быстрому старению и разрушению при перегреве выше 60°C. На исправление недостатков направлены усилия по усовершенствованию гетероструктуры, чтобы предотвратить воздействие высокоактивного электролита на катод при эксплуатации и в моменты нагрева.

LTO | Литий-титанат-оксидные с анодом Li4Ti5O12

При безупречных характеристиках безопасности, долговечности, температурной стойкости (эффективнее других в морозы -30°C) и при высоком токе разряда (в десять раз превышает его ёмкость, то есть «10C»), быстрой зарядке, напряжении всего

1,8-2,8В литий-титанат невероятно дорогой и обладает относительно невысокой ёмкостью.

Считается многообещающей и перспективной технологией с точки зрения скорости усовершенствования производственных линий (удешевление продукции) и улучшения электрохимических процессов (увеличение ёмкости). Используется сейчас в основном в силовых агрегатах (например, электропоезда, водный и спецтранспорт) и в энергонакопителях (аккумуляция энергии от возобновляемых источников и аварийное питание).

Следует сказать, что на этих электрохимических системах разновидности аккумуляторов и маркировки Li-Ion не заканчиваются. Каждый год появляются новые типы катодов и анодов, разрабатываются добавки в целях улучшения характеристик технологии.

Основное препятствие на пути к массовому распространению и коммерциализации инновационных литий-ионных элементов — дороговизна производства чего-то «необкатанного». Ещё осложняет внедрение усовершенствованных катодов отсутствие заметного прогресса в электролитах (очень часто многообещающие изобретения откладывают до лучших времён, когда появится подходящий электролитический материал).

А что с литий-полимерными аккумуляторами?

Литий-полимерный аккумулятор (Li-Polymer Battery, LiPo) назван как раз по электролиту нового типа. В теории подразумевается, что внутри такой ячейки настоящий твердотельный полимерный электролит на основе органической химии.

Вот только в реальном мире истинных Li-Polymer практически не существует.

Тогда что такое литий-полимерный аккумулятор на практике?

Под литий-полимерной чаще всего понимают гибридную LCO-батарею. У неё будет пластиковый сепаратор и так называемый «гелевый твёрдый» полимерный электролит.

То есть на практике Li-Polymer — это та же самая распространённая литий-кобальтовая ячейка с графитовым анодом и незначительно усовершенствованной (а зачастую даже удешевлённой) конструкцией.

С микропористым гелевым электролитом вместо пористого сепаратора вы можете создавать аккумуляторы в более изощрённых формах, компактнее размещать контроллер или изгибать. Это способствует, например, увеличению ёмкости или добавлению большего числа компонентов при сохранении прежних габаритов ячейки.

Нередко производители в маркетинговых целях называют литий-ионным полимерным (Li-Ion Polymer Battery), например, обыкновенный литий-кобальтовый аккумулятор. У него жидкостный электролит, пористый сепаратор — ничего в конструкции не изменено. Но всё это просто заключено в полимерную оболочку (полимерный ламинат или ячейка-пакет «pouch-bag»).

То есть маркетинговое обозначение «Li-Polymer» (LiPo, LiPoly, Li-Po, Li-Poly) порой не имеет отношения даже к хотя бы гелевому электролиту, не говоря уже о редком семействе твердотельных истинных Li-Polymer.

Надеемся, что вам теперь легче ориентироваться в мире литий-ионных аккумуляторов.

Источники для самостоятельного изучения:

Пишите вопросы в комментарии. Оставляйте замечания, если что-то непонятно, чтобы мы могли сделать статью максимально простой для всех и каждого.

Подпишитесь на нашу группу ВКонтакте @NeovoltRu, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении 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.

Источник