Разборка литий ионных аккумуляторов

СмартПульс — держите руку на пульсе высоких технологий! То, что доктор прописал!
Характеристики, тесты, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций и компонентов

Главная -> Информация к размышлению -> В кабинете патологоанатома. Вскрытие литий-ионного аккумулятора

В кабинете патологоанатома. Вскрытие (разборка) литий-ионного аккумулятора.

Сегодня на приёме у нашего патологоанатома — литий-ионный аккумулятор Nokia BL-5B из одноименного смартфона Nokia. Аккумулятор несколько лет прослужил верой и правдой, но некоторое время назад вспучился и перестал держать заряд. Царствие ему небесное!

Воспользуемся этим несчастным случаем для пополнения копилки наших знаний об аккумуляторах. Многие интересуются, как устроен литий-ионный аккумулятор. Проведем разборку литий-ионного ( Li-ion) аккумулятора.

Так выглядит наш клиент спереди, сзади и со стороны контактов:

Сделано в Европе (Венгрия), голограмма, все дела.

Теперь — сдираем пластиковую обертку с маркировкой, и смотрим на голое тело клиента. Слабонервных, женщин и детей просим удалиться J .

Литий-ионный аккумулятор представляет собой герметичную металлическую «банку» с заводской маркировкой; сверху находится пластиковая «крышка» с контактами, а снизу — чисто декоративная тонкая черная «подставка».

Отдираем эти пластиковые детали, попутно разрывая контактные проводники. Они нам больше не пригодятся.

А так выглядит «банка» аккумулятора сверху:

В центре и справа банки — контакты; а слева, в виде овала с просечкой, — предохранительное «окно» (клапан). При повышении внутреннего давления оно должно лопнуть, тем самым предотвращая взрыв всего аккумулятора в целом.

Теперь обращаем внимание, что баланс по количеству контактов — не сходится. К аккумулятору подходят 3 контакта, а к «банке» — только два! Куда делся ещё один?!

А вот посмотрите на оторванную пластиковую «крышечку» аккумулятора:

Обратите внимание на красную деталь с золотистым прямоугольником, расположенную справа. Это ни что иное, как термопереключатель ( termoswitch). Вот к нему-то и идет третий (средний) контакт аккумулятора! Другим своим контактом термосвитч соединен с «минусом» аккумулятора.

Этот термосвитч — простое механическое устройство. Внутри находится биметаллическая мембрана, которая при нагреве изгибается и замыкает контакты, сообщая тем самым «наружу» о перегреве аккумулятора.
В нормальном положении контакты — разомкнуты. Поэтому при «прозвонке» контактов может показаться, что средний контакт аккумулятора ни с чем не соединён.

Выламываем термосвитч и смотрим на его маркировку, расположенную на обратной стороне:

Таким образом, установлен тип термосвитча — L82AY.

Надо к этому добавить, что не все литий-ионные (Li-ion) и литий-полимерные (Li-pol) аккумуляторы построены по такой же схеме термозащиты. Некоторые аккумуляторы имеют не термопереключатель, а полноценный термодатчик, позволяющий измерить температуру аккумулятора. А некоторые — не имеют вообще никакого элемента контроля температуры. Такие аккумуляторы легко отличить по наличию только двух контактов на аккумуляторе (или двух проводов, идущих от аккумулятора).

Далее — спиливаем верхнюю часть «банки», и смотрим, что там внутри:

На этом фото видно, что в результате вспучивания аккумулятора отдельные слои «начинки» аккумулятора разошлись между собой.

Теперь — окончательно раздираем «банку» и достаем её «начинку»:

«Начинка» аккумулятора представляет собой свернутые в рулон четыре ленты: алюминиевую фольгу со слоем пористого углерода (положительный электрод), медную фольгу (отрицательный электрод, тоже со слоем пористого углерода) и два слоя мембраны-разделителя, «прозрачного» для ионов лития. Эта конструкция очень сильно напоминает конструкцию «классического» электролитического конденсатора. Кто разбирал их — тот подтвердит, а кто не разбирал — лучше этого и не делайте: некоторые виды электролитов вредны для здоровья.

В некоторых местах межвиткового пространства заметны повреждения с вкраплениями мелких белых хлопьев:

Далее — полностью разматываем рулон аккумулятора:

Длина рулона оказалась чуть менее 50 см. Видимо, в «их» единицах измерения длина должна была составлять ровно 20 дюймов.

Итак, пора огласить итоги и выводы.

Наш покойный пациент всю жизнь проработал в одном и том же смартфоне, и потому никогда не имел возможности нарушить режим эксплуатации. Тем не менее, и его настиг неизбежный конец в виде выхода из строя.

Таким образом, констатируем, что устройства со съемными аккумуляторами имеют преимущество перед устройствами с несъемными аккумуляторами. У последних, чтобы решить проблему с аккумулятором, для замены придется обратиться в сервис-центр (или помучиться самому с риском полностью испортить устройство). А у первых — просто вытащить старый и вставить новый аккумулятор.

Дополнение: как подобрать аккумулятор по размерам

В большинстве случаев для подбора аккумулятора достаточно в поисковике (или на интернет-площадках: Яндекс.Маркет, Алиэкспресс и т.д.) наименование устройства, для которого Вам нужно подобрать аккумулятор, например: «Аккумулятор для смартфона Superpuper FSB-2020 Plus «.

Но в некоторых случаях такой поиск не помогает, поскольку в устройстве установлен не специфический аккумулятор, изготовленный специально для него, а просто подходящий серийно выпускаемый «универсальный» аккумулятор.

В этом случае задача сводится к банальному подбору нужного аккумулятора по размерам.

Обычно размер аккумулятора указывается на нём самом в виде группы цифр непонятного назначения:

Например, на этом аккумуляторе стоят цифры: 4052140. Вот в них и зашифрованы размеры аккумулятора, но только не так, как у нас принято (Длина — Ширина — Высота), а в обратном порядке (Высота — Ширина — Длина).

Причём высота зашифрована в десятых долях миллиметра, а все остальные размеры — в миллиметрах.

Таким образом, размеры этого аккумулятора составляют 4 мм (высота) x 52 мм (ширина) x 140 мм (длина).

В поиске (например, на Алиэкспресс) можно сразу вводить эту последовательность цифр: «аккумулятор 4052140».

Если требуемого аккумулятора нет (например, уже снят с производства), то для его замены можно подобрать другой, чуть меньший по габаритам.

В редких случаях аккумулятор может быть совсем «голым» (без обозначений). В этом случае его надо просто замерить и от этого исходить в поисках.

В обозначениях размера аккумулятора есть «тонкость»: если обозначение размера начинается с нуля, то высота обозначена не в десятых долях миллиметра, а в миллиметрах. Кстати, обозначение высоты всегда занимает 2 знака. А величины ширины и длины могут быть как 2-значными, так и 3-значными (необходимо подходить творчески в соответствии с реально имеющимся аккумулятором).

Вскрытие проводил
Ваш Доктор.
03.12.2015

Другие статьи цикла «Как устроен смартфон» :

Источник

Как разобрать Li-Ion аккумулятор?

Эксплуатационный ресурс литий-ионных аккумуляторов составляет примерно 5 лет, после чего емкость аккумуляторной батареи снижается, и запас хода на одной подзарядке становится все меньше. Некоторые владельцы электровелосипедов в стремлении сэкономить средства не спешат с покупкой нового источника питания, а задаются вопросом – как разобрать Li-Ion аккумулятор?

Желание самостоятельно восстановить АКБ, заменив отслужившие свой срок ячейки Li-Ion, несложно понять. До разборки аккумулятора обычно кажется, что все просто, и только после разборки понимаешь, что не все так однозначно. Поэтому, собираясь разобрать АКБ, нужно полностью представлять порядок действий в той или иной ситуации.

Дополнительные сложности заключаются в:

отсутствии нуждающихся в замене элементов батареи;
отсутствии точечной сварки;
неспособности восстановить необходимую электроизоляцию и герметизацию аккумуляторной сборки.

Как разобрать литий ионный аккумулятор?

Разобрать Li-Ion аккумулятор – дело нехитрое, но что с ней делать дальше? Если ваша цель – замена вышедших из строя ячеек, для этого необходимо специальное оборудование. На аккумуляторных заводах при сборке литий-ионных батарей элементы тщательно подбираются по нескольким параметрам – они должны быть идентичными. Далее ячейки соединяются друг с другом специальной точечной сваркой и устанавливаются в корпус. После этого собранные АКБ подвергаются испытаниям, в процессе которых часть продукции отбраковывается.

Если же заменить в литиевой батарее только те ячейки, которые вышли из строя, из-за разницы в характеристиках элементов емкость батареи увеличится слабо. Да и прослужит восстановленная АКБ гораздо меньше, чем аккумулятор заводской сборки. К тому же, для соединения элементов Li-Ion необходимо дорогостоящее оборудование – при использовании пайки не обеспечивается надежное крепление ячеек, и элементы часто выходят из строя из-за перегрева.

Поэтому, если аккумуляторная батарея отработала свой ресурс, лучше просто купить новую. Перед тем, как разобрать литиевый аккумулятор, подумайте – какую цель вы преследуете? С экономической точки зрения замена ячеек невыгодна, т.к. по качеству собственноручно собранные батареи значительно хуже аккумуляторов, созданных в заводских условиях.

Если же вы твердо решили собрать Li-Ion аккумулятор своими руками, ознакомьтесь с нашим предыдущим материалом.

Источник

Разборка литий ионного аккумулятора

Дополнительные сложности заключаются в:

отсутствии нуждающихся в замене элементов батареи;
отсутствии точечной сварки;
неспособности восстановить необходимую электроизоляцию и герметизацию аккумуляторной сборки.

Как разобрать литий ионный аккумулятор?

Если же вы твердо решили собрать Li-Ion аккумулятор своими руками, ознакомьтесь с нашим предыдущим материалом.

Ничего нового я в этой статье не скажу, но просто хочется поделиться опытом апгрейда аккумуляторов моего старого шуруповёрта Makita. Изначально данный инструмент был рассчитан на никель-кадмиевые аккумуляторы (которые давно уже умерли, как умерли и купленные на смену такие же). Недостатки Ni-Cd известны: низкая ёмкость, небольшой срок жизни, высокая цена. Поэтому уже давно производители аккумуляторного инструмента перешли на литий-ионные батареи.

Ну, а что делать тем, у кого инструмент старый? Да всё очень просто: выбросить Ni-Cd банки и заменить их на Li-Ion популярного формата 18650 (маркировка обозначает диаметр 18 мм и длину 65 мм).

Какая нужна плата и какие нужны элементы для переделки шуруповёрта на литий-ион

Итак, вот мой аккумулятор на 9,6 В и ёмкостью 1,3 А·ч. При максимальном уровне заряда он имеет напряжение 10,8 вольт. Литий-ионные элементы имеют номинальное напряжение 3,6 вольта, максимальное – 4,2. Следовательно, для замены старых никель-кадмиевых элементов на литий-ионные мне потребуются 3 элемента, их рабочее напряжение будет 10,8 вольт, максимальное – 12,6 вольт. Превышение номинального напряжения никак не повредит мотору, он не сгорит и при большей разнице, беспокоиться не надо.

Литий-ионные элементы, как это всем давно известно, категорически не любят перезаряд (напряжение выше 4,2 В) и чрезмерный разряд (ниже 2,5 В). При таких превышениях рабочего диапазона элемент очень быстро деградирует. Поэтому литий-ионные элементы всегда работают в паре с электронной платой (BMS – Battery Management System), управляющей элементом и контролирующей как верхнюю, так и нижнюю границу напряжения. Это плата защиты, просто отсоединяющая банку от электрической цепи при выходе напряжения за границы рабочего диапазона. Поэтому помимо самих элементов, потребуется такая плата BMS.

Теперь два важных момента, с которыми я несколько раз неудачно экспериментировал, пока не пришёл к правильному выбору. Это – максимально допустимый рабочий ток самих Li-Ion элементов и максимальный рабочий ток BMS-платы.

В шуруповёрте рабочие токи при высокой нагрузке достигают 10-20 А. Поэтому и элементы нужно покупать такие, которые способны отдавать высокие токи. Лично я успешно пользуюсь 30-амперными элементами 18650 производства Sony VTC4 (ёмкостью 2100 мАч) и и 20-амперными Sanyo UR18650NSX (ёмкостью 2600 мАч). Они нормально работают в моих шуруповёртах. А вот, например, китайские TrustFire 2500 мАч и японские светло-зелёные Panasonic NCR18650B на 3400 мАч не годятся, они на такие токи не рассчитаны. Поэтому не надо гнаться за ёмкостью элементов – даже 2100 мАч более чем достаточно; главное при выборе – не просчитаться с максимально допустимым током разряда.

И точно так же, BMS-плата должна быть рассчитана на высокие рабочие токи. Я видел в Youtube, как народ собирает аккумуляторы на 5-ти или 10-амперных платах – не знаю, лично у меня такие платы при включении шуруповёрта сразу уходили в защиту. По-моему, это выброс денег. Скажу так, что сама фирма Makita ставит в свои аккумуляторы 30-амперные платы. Поэтому я пользуюсь 25-амперными BMS, купленными на Алиэкспрессе. Они стоят около 6-7 долларов и ищутся по запросу «BMS 25A». Поскольку нужна плата на сборку из 3-х элементов, то надо искать такую плату, в названии которой будет «3S».

Ещё один важный момент: у некоторых плат на зарядку (обозначение «С») и нагрузку (обозначение «P») могут идти разные контакты. Например, плата может иметь три контакта: «P-», «P+» и «C-», как на родной макитовской литий-ионной плате. Такая плата нам не подойдёт. Зарядка и разрядка (charge/discharge) должны осуществляться через один контакт! То есть, на плате должно быть 2 рабочих контакта: просто «плюс» и просто «минус». Потому что наше старое зарядное устройство также имеет только два контакта.

В общем, как уже можно было догадаться, я со своими экспериментами выбросил массу денег как на неправильные элементы, так и на неправильные платы, совершив все ошибки, которые можно было совершить. Зато получил бесценный опыт.

Как разобрать аккумулятор шуруповёрта

Как разобрать старый аккумулятор? Есть аккумуляторы, где половинки корпуса крепятся винтами, но есть и на клею. Мои аккумуляторы как раз из последних, и я вообще долгое время считал, что их невозможно разобрать. Оказалось, что возможно, если у тебя есть молоток.

В общем, с помощью интенсивных ударов в периметр кромки нижней части корпуса (молоток с нейлоновой головкой, аккумулятор нужно держать в руке на весу) место склейки успешно разъединяется. Корпус при этом никак не повреждается, я уже 4 штуки так разобрал.

Интересующая нас часть.

От старой схемы нужны только контактные пластины. Они прочно приварены к верхним двум элементам точечной сваркой. Отковырять сварку можно отвёрткой или плоскогубцами, но ковырять надо максимально аккуратно, чтобы не сломать пластик.

Всё почти готово для дальнейшей работы. Кстати, штатные термодатчик и размыкатель я оставил, хотя они уже не особо актуальны.

Но очень даже вероятно, что наличие этих элементов необходимо для нормальной работы штатного зарядного устройства. Поэтому настоятельно рекомендую их сохранить.

Собираем литиево-ионный акумулятор

Вот новые элементы Sanyo UR18650NSX (по этому артикулу их можно найти на Алиэкспрессе) ёмкостью 2600 мАч. Для сравнения, старый аккумулятор имел ёмкость всего 1300 мАч, в два раза меньше.

Надо припаять провода к элементам. Провода нужно брать сечением не менее 0,75 кв.мм, ведь токи у нас будут немалые. Провод с таким сечением нормально работает с токами более 20 А при напряжении 12 В. Паять литий-ионные банки можно, кратковременный перегрев им никак не повредит, это проверено. Но нужен хороший быстродействующий флюс. Я пользуюсь глицериновым флюсом ТАГС. Полсекунды – и всё готово.

Припаиваем другие концы проводов к плате согласно схеме.

На контактные разъёмы батареи я всегда пускаю ещё более толстые провода по 1,5 кв.мм – потому что место позволяет. Прежде чем их припаивать к ответным контактам, на плату надеваю отрезок термоусадочной трубки. Она необходима для дополнительной изоляции платы от аккумуляторных элементов. В противном случае острые края пайки легко могут протереть или проткнуть тонкую плёнку литий-ионного элемента и вызывать замыкание. Можно и не применять термоусадку, но хотя бы что-то изолирующее проложить между платой и элементами совершенно необходимо.

Теперь всё заизолировано как надо.

Контактную часть можно укрепить в корпусе аккумулятора парой капелек супер-клея.

Аккумулятор готов к сборке.

Хорошо, когда корпус на винтах, но это не мой случай, поэтому я просто снова склеиваю половинки «Моментом».

Зарядка батареи производится штатным зарядным устройством. Правда, алгоритм работы меняется.

У меня есть два зарядных устройства: DC9710 и DC1414 T. И работают они теперь по-другому, поэтому я расскажу, как именно.

Зарядное устройство Makita DC9710 и литий-ионная батарея

Раньше заряд аккумулятора контролировало само устройство. При достижении полного уровня оно останавливало процесс и сигнализировало о завершении зарядки зелёным индикатором. Но сейчас контролем уровня и отключением питания занимается установленная нами схема BMS. Поэтому по завершении зарядки красный светодиод на зарядном устройстве просто выключится.

Если у вас именно такое старое устройство – вам повезло. Потому что с ним всё просто. Горит диод – идёт зарядка. Погас – зарядка завершена, аккумулятор полностью заряжен.

Зарядное устройство Makita DC1414 T и литий-ионная батарея

Здесь есть небольшой нюанс, который нужно знать. Это ЗУ поновее и предназначено оно для зарядки более широкого диапазона аккумуляторов от 7,2 до 14,4 В. Процесс зарядки на нём идёт как обычно, горит красный светодиод:

А вот когда аккумулятор (которому в случае NiMH-элементов положено иметь максимальное напряжение 10,8 В) достигнет 12 вольт (у нас же Li-Ion элементы, у которых максимальное суммарное напряжение может составлять 12,6 В), заряднику снесёт крышу. Потому что он не поймёт, какой именно аккумулятор он заряжает: то ли 9,6-вольтовый, то ли 14,4-вольтовый. И в этот момент Makita DC1414 войдёт в режим ошибки, попеременно мигая красным и зелёным светодиодом.

Это нормально! Ваша новая батарея всё равно зарядится – правда, не до конца. Напряжение будет составлять примерно 12 вольт.

То есть какую-то часть ёмкости с этим зарядным устройством вы упустите, но мне кажется, это можно пережить.

Итого модернизация аккумулятора обошлась примерно в 1000 рублей. Новый макитовский Makita PA09 стоит в два раза дороже. Причём мы в итоге получили вдвое большую ёмкость, а дальнейший ремонт (в случае нескорого выхода из строя) будет заключаться только в замене литий-ионных элементов.

Внимание: данная статья и изображения в ней являются объектами авторского права. Частичное или полное воспроизведение на других ресурсах без согласования запрещено.

Всем привет! Давно меня просили сравнить заводские батареи 18650 в сравнении с поддельной батареей 18650 с «алиэкспресса».

На тесте три банки из аккумуляторов ноутбуков Futjitsu-Siemens (синяя банка), Lenovo (красная банка), HP (зеленая банка). Аккумуляторные батареи с длительными сроками хранения, больше пяти лет. Поэтому ресурс у них плачевный, но некоторые батареи еще работают. Аккумуляторы подходят для питания фонариков или других гаджетов, аккумуляторы хоть и старые, но справляются со своей задачей.
Номера на банках:
— LG LGES318650, синяя банка;
— Noname NK6M4ED030541, красная банка;
— Sony US8650GRG5, зеленая банка.
Красный аккумулятор, как написали в комментариях, возможно это банка Sanyo.

Синий аккумулятор LG после разборки оказался не таким качественным, ожидал большего. Видно, что есть неплотная набивка внутренней основы батареи, что наводит на мысль о малой длине катода и анода. Ёмкость у такой батареи будет ниже заявленной.

Разбирая аккумуляторы 18650 или другие литий-ионные аккумуляторы, стоит подходить к этому процессу с повышенной аккуратностью, дабы не закоротить аккумулятор. Как видно на фото, даже аккуратная разборка привела к повреждению элемента, что привело к началу экзотермической реакции с нагревом аккумулятора. Но так как банка разобрана, то это процесс ограничился выделением неопределенного газа, возможно кислорода.

Аккумуляторы на тесте имеют схожее внутренне строение. Только синяя банка отличается дренажным клапаном и неплотной набивкой. Длина катода и анода в этой банке меньше, чем в красной и зеленой.

Аккумуляторные батареи сильно отличаются по строению дренажного клапана. Самый сложный в исполнении клапан — у зеленой банки. Самый простой — у синей банки. Такое ощущение, что при производстве синих банок для LG сэкономили.

Качественные по исполнению оказались аккумуляторные батареи Sony, Noname (красная банка, возможно Sanyo). В этих аккумуляторах сложный дренажный клапан, плотная набивка элементов батареи. По всем показателям выигрывает красная банка (возможно Sanyo) и аккумулятор Sony. Заводская банка LG выполнена некачественно, но лучше чем у подделки с «алиэкспресс». Разборку поддельного аккумулятора можно посмотреть в видео — youtu.be/r1xHjmWZimI, где плотность набивки внутреннего элемента маленькая.

Так выглядит разобранный элемент аккумулятора, на котором видно медную фольгу — анод, алюминиевую фольгу — катод. На анод нанесена углеродная матрица с внедренными ионами лития, которая образует структуру литий углерод шесть — LiC6. Катод состоит из алюминиевой фольги покрытой литерованным оксидом кобальта — LiСоO2.
Электроды между собой разделены пористым полипропиленовым сепаратором, а вся сборка помещается в электролит.

Конечная таблица. Параметры измерений приблизительны. По моему мнению выиграл красный аккумулятор Noname (возможно Sanyo), но аккумулятор Sony так же показал хорошие результаты, что не сказать о банке LG.

Не разбирайте литий-ионные аккумуляторы в домашних условиях — покалечитесь или спалите окружающее пространство.
Видео процесса:

На этом все. Надеюсь, кому-то будет интересен данный материал.

Если в статье обнаружатся какие-то ошибки, дайте знать в ЛС. Всем спасибо за внимание.

Источник