Саморазряд литий полимерных аккумуляторов

Литий-полимерный аккумулятор — характеристики, плюсы и минусы

Литий- полимерная батарея – это аккумуляторная батарея, которая впервые приобрела популярность благодаря их внедрению в начале 1990-х годов крупными электронными компаниями. По сути, они представляют собой группу очень жестких отсеков для выработки электроэнергии, состоящих из трех частей: положительного электрода; отрицательный электрод; и электролит, или жидкое химическое соединение между ними. Большинство литий-ионных батарей, в отличие от более традиционных, также имеют электронный контроллер , который регулирует мощность и потоки разряда, чтобы ваша батарея не перегревалась и не взрывалась.

Литий-полимерный аккумулятор — описание, происхождение технологии

Те, кто изучал полимеры, задавались вопросом: “Li-Pol аккумулятор – что это”. Наиболее существенным различием между литий-ионными и литий-полимерными батареями является химический электролит между их положительными и отрицательными электродами. В Li-Po аккумулятор не заливают жидкость. Вместо этого, технология Li-Po использует одну из трех форм: сухое твердое вещество, которое было в значительной степени выведено из эксплуатации в течение прототипных лет литий-полимерных батарей; пористое химическое соединение; или гелеобразный электролит. Наиболее популярным среди них является последний тип аккумулятора, который вы найдете в новых ноутбуках и электромобилях. Загвоздка в том, что многие компании на самом деле не продают вам настоящий Li-Poly аккумулятор, вместо этого это литий-ионная полимерная батарея или Li-ion в более гибком корпусе.

Характеристики Li-pol аккумуляторов

Разберем такие параметры как зарядка, правильные критерии выбора, плюсы и минусы, срок службы литий-полимерного акумулятора.

Емкость

Высокая плотность энергии. Как говорится в свойстве, высокая плотность энергии означает высокую мощность без больших и громоздких. Это причина, почему она все еще существует в мире прогресса, поскольку это требуется ноутбукам и смартфонам. Поскольку в настоящее время разрабатываются устройства, которые могут быть меньше, но требуют и работают с большой мощностью и обеспечивают более высокое качество, литий-ионный аккумулятор идеально подходит для этого. Это дает аккумулятору высокую мощность при сохранении относительно небольшого размера. Компактный размер делает Li-Polymer аккумулятор хорошим выбором в мобильной индустрии.

Рабочее напряжение

Первый и главный фактор – низкий саморазряд. Производительность аккумуляторных батарей определяется скоростью их саморазряда. После отключения от источника питания литий-ионные аккумуляторы имеют очень низкую скорость саморазряда по сравнению с другими перезаряжаемыми элементами, такими как Ni-Cad и NiMH. Это в основном 5% в первые 4 часа, затем падает до 1 или 2% в месяц. Литий-ионные аккумуляторы имеют более высокий цикл зарядки-разрядки, где некоторые средние классы имеют 1000 циклов, которые имеют 5000 циклов, прежде чем потерять от 20 до 30% своей максимальной зарядной емкости.

Рабочая температура

Важно отличать температуру эксплуатации от той, при которой аккумулятор можно просто заряжать. Разница достигает 30-40 градусов. Оптимальная температура эксплуатации – 60 градусов, зарядки – до 90.

Количество циклов заряд-разряд

Литий-ионные аккумуляторы имеют более длительный срок службы и продолжают обеспечивать лучшую производительность в течение длительного периода времени. Поскольку циклы зарядки-разрядки литий-ионных батарей высоки, они способны показывать лучшую производительность после 5000 циклов, в то время как некоторые другие батареи теряют 30% своей емкости после 1000 циклов. Эти батареи можно регулярно заряжать, не влияя на их мощность. Литий-полимерный аккумулятор имеет главное отличие от ионного – долгосрочность.

Срок службы батареи

Литий-ионные аккумуляторы имеют срок службы в 10 раз больше, чем свинцово-кислотные аккумуляторы, и обеспечивают 2000% номинальной емкости после 2000 циклов (ровно столько, на сколько рассчитан сам электроэлемент). Поскольку эти батареи не требуют активного обслуживания, одноразовая покупка гарантирует долговечность.

Отличие Li-pol от Li-ion аккумуляторов

И литий-ионные, и литий-полимерные аккумуляторы имеют свои плюсы и минусы. Как правило, преимуществами литий-ионных батарей являются их высокая удельная мощность, отсутствие так называемого эффекта памяти (когда батареи со временем становятся сложнее заряжать) и их значительно более низкая стоимость, чем у литий-полимерного. По словам Wired , «Литий-ионные аккумуляторы невероятно эффективны. Они упаковывают невероятное количество энергии в крошечную упаковку ». Сравнение аккумуляторов будет рассмотрено более подробно ниже.

Но, как кто-то мог заметить, с недавней историей о запрете на полеты определенной марки мобильных телефонов, литий-ионные аккумуляторы по своей природе нестабильны, страдают от “старения” и потенциально опасны. Если барьер, разделяющий положительный и отрицательный электрод, когда-либо нарушается, химическая реакция может вызвать возгорание (пожар).

Поскольку литий-ионные аккумуляторы становятся все более популярными в бытовой электронике, предприятия пытаются снизить затраты, что и объясняет различия. Хотя качественные батареи абсолютно безопасны, вы всегда должны быть осторожны при покупке безымянных брендов. Даже батареи с одинаковыми показателями будут отличаться.

С другой стороны, литий-полимерные батареи, как правило, прочные и гибкие , особенно когда речь идет о размерах и форме их конструкции. Они также легки, имеют чрезвычайно низкий профиль и имеют меньшую вероятность страдания от утечки электролита . Но литий-полимерные батареи тоже не идеальны : их производство значительно дороже, и они не имеют такой же плотности энергии (количества энергии, которое может быть сохранено) и срока службы литий-ионных.

Себестоимость

Литий-ионный аккумулятор дорог в изготовлении, что буквально увеличивает его стоимость. Производство на 35% дороже никель-кадмиевых элементов. Поскольку спрос увеличивается, стоимость для потребителей увеличивается, что, кажется, является главной проблемой. Эта батарея требует сложной схемы бортового компьютера для управления и обеспечения того, чтобы напряжение и ток находились в безопасных пределах. Эта схема также является причиной, которая делает его более дорогим, чем другие аккумуляторы.

Надежность и безопасность

Требуется защита. Литий-ионный аккумулятор не такой прочный, как некоторые другие типы аккумуляторов. Они требуют защиты от перезарядки и разрядки слишком далеко, поскольку они встроены в печатную плату. Поскольку большая часть оборудования и приложений предпочитает использовать эти батареи, люди используют их, не зная их безопасных рабочих пределов и схем.

Температурный режим работы

Оптимальная рабочая температура – около +20 °С. Лучшая температура для хранения Li-Ion аккумуляторов – от 0 до 10 °С, с частичным зарядом. Рекомендуемая температура зарядки литий-ионных батарей – от +5 до +20 °C.

Литий-полимерный аккумулятор: плюсы и минусы

Литий-ионные аккумуляторы легче по сравнению с другими перезаряжаемыми аккумуляторами. Что делает их более эффективными для использования в портативных электронных устройствах.

Плюсы:

• Низкие эксплуатационные расходы. Низкие эксплуатационные расходы являются одним из основных преимуществ литий-ионных аккумуляторов. Он не требует регулярного технического обслуживания для лучшей производительности, в отличие от других аккумуляторных батарей, которые требуют регулярной разрядки для поддержания оптимальной производительности. Другие аккумуляторные батареи требуют периодической разрядки, чтобы убедиться, что они не получили эффект памяти.
• Без заливки. Большинство аккумуляторов или элементов необходимо заряжать при первой зарядке. Заправка – это метод полной зарядки и полной разрядки аккумулятора перед его использованием. Таким образом, литий-ионная батарея экономит значительное время и не требует зарядки и разрядки, прежде чем ее можно будет реально использовать.
• Наличие разных типов. На рынке доступны различные типы литий-ионных батарей, некоторые с цилиндрической, а некоторые с призматической формой. Это дает преимущество выбора конкретного типа батареи для конкретного устройства, что означает, что правильная технология может быть использована для конкретного необходимого приложения. Не только для небольших устройств и приложений, но также предлагает гораздо более высокие уровни тока для электромобилей и электроинструментов.

Литий-ионные аккумуляторы сохраняют заряд в течение более длительного периода времени из-за своего свойства высоких циклов зарядки-разрядки, снижающих потребление энергии и стоимость.

Минусы

• Старение. Основным недостатком литий-ионной батареи является ее старение, и оно зависит от количества циклов зарядки-разрядки, которые прошла батарея. Эта батарея, естественно, разлагается, как только она приобретается, независимо от того, используют ее потребители или нет. Поскольку литий-ионная технология растет и развивается,но замена батареи является обязательной после определенного периода времени. Это делает большую проблему, если батарея встроена в оборудование.
• Транспорт. Существуют ограничения по весу литий-ионных аккумуляторов при транспортировке. Во многих авиалиниях существует ограничение на количество литий-ионных батарей, перевозимых в багаже, положение безопасности может время от времени меняться. Любые литий-ионные батареи, перевозимые отдельно, должны быть защищены от коротких замыканий защитными крышками и т. д.

Неправильное использование оборудования может привести к перегреву, что, в свою очередь, может вызвать внутреннее короткое замыкание и воспламенить горючий электролит, что приведет к взрывам и пожарам. Это увеличивает риск внутренних травм и ущерба для пользователей и отраслей промышленности, так как большинство продуктов являются портативными, а также используются на более крупных заводах.

Особенности эксплуатации литий- полимерных батарей

Литий-ионная батарея является предпочтительной и самой передовой для использования в текущей ситуации, поскольку она существует уже много лет. Это может быть недостатком, поскольку технология быстро меняется и развивается, что может быть проблемой для батареи, чтобы оправдать ожидания. Как мы знаем, некоторые инциденты все еще ставят под сомнение его выполнимость и эффективность, например, у Samsung Note 7 были проблемы наряду с проблемами безопасности.

Основным недостатком литий-ионных аккумуляторов является перегрев и подверженность пожару. Было много случаев взрыва при перегреве или перезарядке из-за накопления газов и повышения внутреннего давления в результате разложения электролита.

С каждым годом технология совершенствуется и улучшается, а значит, в скором времени станет в один ряд с литий-ионными батареями и другими аналогами.

Источник

Что нужно знать о литиевых аккумуляторах?

В этой статье вы узнаете о видах литиевых аккумуляторов, их преимущества и недостатки, а так же правила эксплуатации таких аккумуляторов.

Немного истории

Впервые опыты по разработке литиевых батарей были в 1912 году, однако первое использование в бытовых приборах произошло спустя 6 десятилетий, в начале семидесятых годов. Дальнейшие попытки создать литиевые аккумуляторы (батареи, которые можно перезаряжать) оказались безуспешным из-за образовавшихся проблем в обеспечении их безопасной эксплуатации. Такие аккумуляторы могли бы обеспечить высокое напряжение и отличную емкость. Но многочисленными исследовательскими работами в 80-х годах выяснилось, что циклование (заряд — разряд) литиевых аккумуляторов приводит к неконтролируемой бурной реакции, с воспламенением выделяющихся газов. Для получения безопасных аккумуляторов исследователи отказались от лития, из-за его характерной неустойчивости, и обернули свой взгляд на неметаллические литиевые аккумуляторы на основе ионов лития. Так и появились Li-ion аккумуляторы.

Параметры литиевых аккумуляторов

У выпускаемых, на сегодняшний день, аккумуляторов высокая удельная энергоёмкость (100-180 Втч/кг и 250-400 Втч/л) и рабочее напряжение (3,5-3,7 В). Ток разряда современных Li–Ion аккумуляторов составляет от 2С до 20С. Они работают в интервале температур окружающей среды от -20 до +60 Цельсия. Есть модели работоспособные при -40 Цельсия. Но сразу стоит сказать, что при отрицательных температурах работают специальные серии АКБ. Обыкновенные литий–ионные батареи для мобильных устройств при отрицательных температурах становятся неработоспособными. Саморазряд данного типа аккумуляторов примерно от 4% до 6% в первом месяце. Но потом он становится существенно меньше, и за 12 месяцев аккумуляторы теряют 10-20% запасенной емкости. Это значительно меньше, чем у никель–кадмиевых и никель–металлогидридных батарей. Срок службы примерно 500─1000 циклов.

Отличие Li-Pol от Li-Ion аккумулятора

Литий–ионные аккумуляторы, в основном попадаются в виде цилиндрических бочонков, как например 18650. А всё потому, что ионные аккумуляторы созданы на основе, так называемой «банки», в которую залит жидкий электролит.

Литий полимерные аккумуляторы построены из твердого электролита, что дает возможность произвести его почти любой формы.

На данный момент проведено множество экспериментов, подтверждающих высший уровень безопасности полимерных АКБ в сравнении с ионными аккумуляторами. Это относится к перезаряду, ускоренному разряду, вибрации, сжатию, короткому замыканию, прокалыванию литий–полимерных батарей. Поэтому данный вид аккумуляторов имеет лучшие перспективы развития. Ниже приведены итоги исследований на безопасную эксплуатацию Li–Pol аккумуляторов.

Вид испытаний	Аккумулятор с гель-полимерным электролитом	Аккумулятор с жидким электролитом
Прокол иглой	Нет изменений	Взрыв, дым, протечка электролита, повышение температуры до 250°С
Нагрев до 200°С	Нет изменений	Взрыв, протечка электролита
Короткое замыкание	Нет изменений	Протечка электролита, повышение температуры до 100°С
Перезаряд (600%)	Вздутие	Взрыв, протечка электролита, повышение температуры до 250°С

Преимущества литиевых аккумуляторов

• высокая энергетическая плотность (а значит, более высокая ёмкость), если сравнивать со щелочными аккумуляторами с использованием никеля;
• небольшой саморазряд;
• Достаточно большое напряжение одного аккумуляторного элемента (3,6 вольта у Li и 1,2 вольта у Ni–Cd и Ni–MH). Это делает конструкцию проще. Как правило, литиевые АКБ для телефонов и планшетов имеют в своей конструкции всего одну банку. Но для обеспечения той же мощности, требуется отдавать более высокую силу тока. Это, в свою очередь, требует небольшого внутреннего сопротивления аккумулятора;
• Простая эксплуатация, поскольку отсутствует «эффект памяти». Поэтому периодические тренировки элементов не требуются.

Недостатки литиевых аккумуляторов

• Этот тип аккумуляторов не может работать без встроенного контроллера. Это повышает стоимость АКБ. Контроллер необходим для контроля за напряжением во время зарядки и разрядки. Также в его функции входит ограничение токов заряда и разряда плюс контроль температуры;
• Деградация аккумулятора идёт даже при его хранении. Производители об этом не распространяются, но вам необходимо помнить при покупке, что «часики литиевой АКБ тикают» с момента её производства на конвейере;
• Стоят дороже никель–кадмиевых и никель–металлогидридными;
• Сохраняют свои свойства в узком температурном интервале. Жара и холод для них губительны.

Правила эксплуатации

Что требуется запомнить при эксплуатации Li–Pol аккумуляторных батарей:

• Если есть возможность, то стоит проконтролировать напряжение аккумулятора, особо важно следить за этим в конце разрядки;
• Рекомендуется использовать разъёмы, не допускающие короткого замыкания;
• Корпус батарей изначально герметичен, внутрь аккумуляторной банки недопустимо проникновение воздуха, соответственно недопустимо разгерметизация АКБ;
• Нельзя допускать нагрев выше 60 градусов, т.к. вследствие перегрева начинает идти самопроизвольная реакция, из-за которой может произойти воспламенение или даже взрыв;
• Для хранения необходимо зарядить батарею наполовину и поместить ее в прохладное место, без попадания солнечного света.

LiFePO4

LifePO4 – это группа литиевых аккумуляторов, которые в своем составе содержат литий фосфат железа. Данные литиевые батареи, в отличии от других, считаются неопасными. Они превосходят другие материалы в плане безопасности, стабильности и производительности.

LifePO4 батареи могут превышать 2000 циклов заряд–разряд. Это показатель качественно выполненной батареи LiFePO4, которая превышает продолжительность жизни другой группы аналогичных литиевых батарей на дополнительные 33%! От этих батарей гораздо большая отдача от вложенных денег, чем от других литиевых аккумуляторов.

LiFePO4 элементы питания произошли от литий–ионных, но при этом данные АКБ имеют ряд преимуществ:

• LiFePO4 обеспечит вам более длительный срок службы, чем другие аналоги;
• Данные батареи обеспечивают стабильный разряд, в сравнении с остальными аккумуляторами. До самого разряда батарея держит напряжение максимально приближенное к 3.2, что отбрасывает нужду в частом регулировании напряжения цепи;
• В связи со стабильным напряжением 3.2 В на выходе, последовательным расположением четырех батарей можно получить номинальное напряжение на выходе в 12.8 В. Исходя из этого, данные батареи могут стать альтернативой свинцово-кислотным АКБ, и их можно эксплуатировать в автомобилестроении или в работе солнечной энергетикой;
• Использование фосфатов позволяет избежать затрат на кобальт и экологических проблем, в частности, озабоченность по поводу кобальта попадающего в окружающую среду при неправильной утилизации;
• LiFePO4 отличается высокой мощностью и пиковым током;
• Плотность энергии новой батареи LFP около 14% ниже, чем у новых литий–ионных батарей. Так как плотность энергии снижается гораздо медленнее, после определенного срока использования, LifePO4 ячейки будут иметь плотность энергии выше LiCoO2 и литий–ионные ячейки;
• LiFePO4 ячейки медленнее теряют ёмкость, чем литий–ионные аккумуляторы, такие как LiCoO2, кобальт или марганец, LiMn2O4, шпинель, литий–полимерные или литий-ионные батареи.
• Одним из важных преимуществ по сравнению с другими видами литий-ионных батарей, является термическая и химическая стабильность, что существенно повышает безопасность батареи.

Источник