Тип аккумулятора li ion характеристики

Литий-ионные аккумуляторы

Характеристики, типы и устройство Li-ion аккумуляторов

На сегодняшний день литий-ионные аккумуляторы остаются самыми востребованными для комплектации мобильных устройств. Без мощного аккумулятора мобильный телефон, ноутбук, фотоаппарат и даже карманный фонарик быстро потеряют автономность.

Первый гальванический элемент «вольтов столб», появившийся благодаря Алессандро Вольта 20 марта 1800 года, был высотой в полметра и мало чем походил на современные аккумуляторы. Многие годы с тех времен по этому принципу разрабатывались одноразовые батарейки. Только в 1980 году благодаря Джону Гуденафу и его коллегам появились перезаряжаемые литий-ионные батареи. Почти 40 лет существования этого типа АКБ, и они стали прочным фундаментом мобильности и автономности. Сложно представить, что бы мы делали без таких «палочек-выручалочек». Без розеток и провода они дают нам возможность пользоваться многими гаджетами где угодно. Аккумуляторам Li-ion типа нашли применение в ноутбуках, карманных компьютерах, мобильных телефонах, видеокамерах, цифровых фотокамерах.

От первой гальванической батарейки в современном аккумуляторе Li-ion типа не сохранилось ни металлических дисков, ни войлочных пластинок, которые пропитывались раствором кислоты. Остался только принцип работы: АКБ содержат в себе химические реагенты, в которые входят два металла. Между электродами анодом (+) и катодом (-) пространство заполнено электролитической жидкостью. Эта жидкость является проводником и участником электролитической диссоциации. Электрическая энергия появляется за счет движения заряженных частиц от анода к катоду, в процессе взаимодействия металлов.

Li-ion аккумуляторы бывают цилиндрической формы и призматической. В цилиндрическом аккумуляторе используют электроды, завернув их в рулон. Они изолированы сепаратором и заключены в металлический корпус. Корпус связан с катодом, который не соприкасается с анодом, иначе произойдет самопроизвольный разряд. В призматическом варианте аккумуляторов конструкция имеет вид сложенных друг на друга пластин-пленок, между которыми совсем тонкий слой сепаратора.
Внутри на аноде и катоде происходят реакции.

При заряде на аноде:

• LiCoO₂→Li_1-xCoO₂ + xLi + + xe —

При заряде на катоде:

• С + xLi + + xe — →CLi_x , где х – степень интеркаляции.

При разряде процесс идет в обратном направлении. Из-за такого эффекта качелей аккумуляторы литий-ионного типа называют «кресла-качалки».

К показателям, которые характеризуют литий-ионные батареи, относятся следующие технические параметры: напряжение, ёмкость, внутреннее сопротивление, диапазон рабочих температур, время быстрого заряда и ток нагрузки относительно ёмкости. Эти характеристики зависят от состава компонентов и не фиксированы. Пределы данных характеристик весьма условны.

Напряжение (В)	номинальное	3,6 — 3.85
	максимальное	4,2 или 4,4
	минимальное	2,75
Удельная энергоёмкость (Вт·ч/кг)	110-243
Время быстрого заряда (мин)	30-60
Внутреннее сопротивление (мОм)	30-50
Ток нагрузки (С)	номинальный	до 1 С
	максимальный	до 2 С
	безопасный	до 3 С (1 мин)
Рабочая температура ( о С)	-20 — +60

Взрывоопасность

Защита аккумулятора

Требования к режимам заряда/разряда

• Критически высокая температура может привести к вздутию аккумулятора. Рабочая температура +20 — +40 о С. Не стоит устраивать солнечные ванны вашему гаджету и тем более париться с ним в бане, эти действия могут вызвать перегрев аккумулятора.
• После полной зарядки гаджет рекомендуется отключать от зарядного устройства.

Если аккумулятор полностью заряжен, то без подзарядки он в зависимости от емкости может сохранять свой заряд до 12 месяце. Это определяется малым значением саморазряда. Однако хранить полностью заряженными литиевые аккумуляторы не рекомендуется. Хранить купленные аккумуляторы надо заряженными менее чем на половину и не дольше 6 месяцев.

Старение и износ

Часто задаваемые вопросы:

Можно ли соединять аккумуляторы последовательно?

• Да, можно. При последовательном подключении будет суммироваться напряжение.
• Нельзя соединять последовательно аккумуляторы с разной ёмкостью. При заряде схемы из последовательно соединенных аккумуляторов с разными ёмкостями, случится перезаряд того, который с меньшей. Это приведет к его перезаряду и перегреву.
• Аккумулятор с меньшей ёмкостью в процессе эксплуатации разрядится первым, возникнет эффект «хромой лошади», хотя цепь будет использоваться дальше, но это приведет к уменьшению ресурса аккумулятора в целом.

Как правильно параллельно соединить аккумуляторы?

• При параллельном соединении суммируется ёмкость.
• Соединяя аккумуляторы параллельно, следует убедиться в том, что максимальное напряжение на них одинаковое. Иначе может произойти перезаряд того аккумулятора, который имеет меньшее напряжение. Это опасно!

Из-за чего теряется ёмкость у аккумулятора, который работает?

• Ресурс аккумулятора уменьшается по мере исчерпания жизненых циклов.

Для чего защита в аккумуляторе?

• Для экстренного отключения аккумулятора при возникновении нештатных ситуаций.

Нужно ли Li-ion аккумулятор полностью разряжать перед процедурой заряда?

• Li-ion и li-pol аккумуляторы не имеют эффекта памяти, поэтому полностью разряжать их не нужно.
• Их можно заряжать и разряжать в любой момент.

Почему взрываются аккумуляторы?

• Допустимая температура превышена и электролит чрезмерно нагревается.
• При коротком замыкании внутри ячейки АКБ.
• Причин много: производственный брак, механические повреждения, нарушения рекомендаций по эксплуатации.

Как работает аккумулятор?

• АКБ содержат в себе химические реагенты, в которые входят два металла.
• Между электродами анодом (+) и катодом (-) пространство заполнено электролитической жидкостью.
• Жидкость является проводником и участником электролитической диссоциации.
• Электрическая энергия запасается за счет переноса заряженных частиц от анода к катоду.

Источник

Литий-Ионные аккумуляторы

В течение длительного времени кислотный аккумулятор был единственным устройством, способным обеспечивать электрическим током автономные объекты и механизмы. Несмотря на большой максимальный ток и минимальное внутреннее сопротивление, такие батареи имели ряд недостатков, которые ограничивали их применения в устройствах потребляющих большое количество электроэнергии или в закрытых помещениях. В этом плане литий-ионные аккумуляторы лишены многих негативных качеств своих предшественников, хотя и недостатки у них имеются.

Что такое литий ионный аккумулятор

Первые литиевые аккумуляторы появились 50 лет назад. Такие изделия представляли собой обычную батарейку, в которой для повышения уровня отдачи электроэнергии был установлен литиевый анод. Такие изделия имели очень высокие эксплуатационные характеристики, но одним из самых серьёзных недостатков являлась высокая вероятность воспламенения лития при перегреве катода. Учитывая эту особенность, учёные со временем заменили чистый элемент ионами металла, вследствие чего значительно увеличилась безопасность.

Современные li-ion аккумуляторы очень надёжны и способны выдерживать большое количество циклов заряда — разряда. Они имеют минимальный эффект памяти и относительно небольшой вес. Благодаря таким свойствам, литиевая батарея нашла широкое применение во многих устройствах. Изделие может применяться в качестве АКБ, в виде батареек для бытовой техники, а также как высокоэффективный тяговый источник электроэнергии.

На сегодняшний день такие устройства обладают несколькими недостатками:

• высокая стоимостью;
• не любят глубокие разряды;
• могут умереть при низких температурах;
• теряют емкость при перегреве.

В качестве более совершенных аналогов можно найти литий-полимерные или литий-титанатные аккумуляторы, но они стоят заметно дороже.

Как осуществляется производство li-ion АКБ

Литий-ионные аккумуляторы производятся в несколько этапов:

1. Изготовление электродов.
2. Объединение электродов в батарею.
3. Установка платы защиты.
4. Установка батареи в корпус.
5. Заливка электролита.
6. Тестирование и заряд.

На всех этапах производства должна быть соблюдена технология и меры безопасности, что в итоге позволяет получить качественное изделие.

В качестве катода в литий-ионных батареях используется фольга, с нанесённым на её поверхности содержащий литий веществом.

В зависимости от назначения АКБ могут быть использованы следующие соединения лития:

При изготовлении цилиндрических источников электроэнергии типоразмера AA и AAA основной электрод скручивается в рулон, который отделяется от анода сепаратором. При большой площади катода, плёнка которого имеет минимальную толщину, удаётся добиться высокой энергоёмкости изделия.

Принцип работы и устройство li-ion аккумулятора

Литий ионный аккумулятор работает следующим образом:

1. При подаче на контакты батареи постоянного электрического тока катионы лития перемещаются в материал анода.
2. В процессе разрядки ионы лития покидают анод и проникают в диэлектрик на глубину до 50 нм.

В «жизни» литий-ионного аккумулятора таких циклов может быть до 3 000 при этом батарея может отдать практически весь электрический ток накопленный в процессе зарядки. Глубокий разряд не приводит к окислению пластин, что выгодно выделяет такие изделия по сравнению с кислотными АКБ.

Не все li-ion АКБ хорошо переносят глубокие разряды. Если подобная батарея установлена в телефоне или фотоаппарате (типа AAA), то при глубоком разряде контроллерная плата в целях безопасности блокирует возможность заряда батареи, поэтому без специального зарядного устройства зарядить ее не получится. Если это тяговая литиевая батарея для лодочного мотора, то ей глубокий разряд будет совсем не страшен.

В отличие от пальчиковых аккумуляторов сложные батареи состоят из нескольких отдельных источников электроэнергии соединённых параллельно или последовательно. Способ соединения зависит от того, какой показатель электричества необходимо увеличить.

Типоразмеры и виды li-ion батарей

Литий-ионные аккумуляторы получили широкое распространение. Такие источники электрического тока используются в различных бытовых устройствах, гаджетах и даже автомобилях. Кроме этого, изготавливаются промышленные литий ионные аккумуляторы, имеющие большую ёмкость и высокое напряжение. Наиболее востребованными являются следующие типы литиевых аккумуляторов:

Название	Диаметр, мм	Длинна, мм	Емкость, мАч
10180	10	18	90
10280	10	28	180
10440 (AAA)	10	44	250
14250 (AA/2)	14	25	250
14500	14	50	700
15270 (CR2)	15	27	750-850
16340 (CR123A)	17	34.5	750-1500
17500 (A)	17	50	1100
17670	17	67	1800
18500	18	50	1400
18650 (168A)	18	65	2200-3400
22650	22	65	2500-4000
25500 (тип C)	25	50	2500-5000
26650	26	50	2300-5000
32600 (тип D)	34	61	3000-6000

Первые две цифры таких обозначений указывают на диаметр изделия, вторая пара – на длину. Последний «0» ставится, если батарейки имеют цилиндрическую форму.

Кроме аккумуляторов цилиндрической формы промышленностью выпускаются батареи типа «Крона» напряжением 9v и мощные промышленные АКБ с напряжением 12v, 24v, 36v и 48v.

Батарея для штабелера

В зависимости от элементов, которые добавляется в изделие, на корпусе батареи может быть следующая маркировка:

• ICR – содержащие кобальт;
• IMR — — — — марганец;
• INR — — — — никель и марганец;
• NCR — — — — никель и кобальт.

Литиевые батареи отличаются не только размером и химическими добавками, но прежде всего по ёмкости и напряжению. Эти два параметра и определяют возможность их использования в тех или иных видах электрических приборов.

Где применяются li-ion АКБ

Литий-ионные батареи не имеют альтернативы там, где необходим аккумулятор способный отдавать электричество практически в полном объёме, и совершать большое количество циклов заряд/разряд без снижения ёмкости. Преимуществом таких устройств является относительно малый вес, ведь использовать свинцовые решётки в таких устройствах нет никакой необходимости.

Учитывая высокие эксплуатационные характеристики, такие изделия могут использоваться:

1. В качестве стартерных батарей. Литиевые аккумуляторы для автомобилей с каждым годом дешевеют, благодаря новым разработкам, которые позволяют снизить издержки производства. К сожалению цена таких батарей может быть очень высокой, поэтому многим владельцам машин такой аккумулятор оказывается не по карману. К недостаткам литий-ионных батарей можно отнести существенное падение мощности при температуре ниже минус 20 градусов, поэтому в северных районах эксплуатация таких изделий будет непрактичной.
2. В качестве тяговых устройств. Благодаря тому, что литий-ионные аккумуляторы легко переносят глубокий разряд их нередко используют как тяговые для лодочных электромоторов. Если мощности двигателя не слишком велика, то одного заряда хватает на 5 – 6 часов непрерывной работы, что вполне достаточно для рыбалки или совершения водной прогулки. Тяговый литий-ионный аккумуляторы устанавливают и на различную погрузочную технику (электроштабелеры, электропогрузчики), работающую в закрытых помещениях.
3. В бытовой технике. Литий-ионные аккумуляторы применяются в различных бытовых устройствах вместо стандартных батареек. У таких изделий напряжение 3,6v — 3,7v, но существуют модели, которые способны заменить обычную солевую или щелочную батарейку на 1,5 Вольта. Также можно встретить батареи напряжением 3v (15270, CR2), которые можно установить вместо 2 стандартных батареек.

Используются такие изделия в основном в мощных приборах, в которых обычные солевые батарейки очень быстро разряжаются.

Тяговой АКБ

Правила эксплуатации li ion аккумуляторов

На срок службы литиевого аккумулятора влияют многие факторы, знание которых позволит существенно увеличить ресурс. При использовании этого вида батарей необходимо:

1. Стараться не допускать полного разряда батареи. Несмотря на высокую устойчивость батареи к такому воздействию, желательно не выжимать из него все «соки». Особенно следует соблюдать осторожность при эксплуатации таких батарей с ИБП и электрическими двигателями высокой мощности. Если полный разряд батареи произошёл необходимо её незамедлительно оживить, то есть подключить к специальному зарядному устройству. Раскачать аккумулятор можно и после длительного пребывания в состоянии глубокого разряда, для чего необходимо произвести качественную зарядку в течение 12 часов, затем разрядить батарею.
2. Не допускать перезаряда. Перезаряд негативно влияет на характеристики изделия. Встроенный контроллёр не всегда способен вовремя отключить батарею, особенно в том случае, когда зарядка осуществляется в холодном помещении.

Кроме перезаряда и чрезмерного разряда батарею следует оберегать от чрезмерных механических воздействий, которые могут вызвать разгерметизацию корпуса и возгоранию внутренних компонентов аккумулятора. По этой причине существует запрет пересылки почтой батарей, в которых содержание чистого лития превышает 1 г.

Применяется в качестве АКБ для шуруповертов, ноутбуков и телефонов

Как хранить литий ионные аккумуляторы

Если возникает необходимость в длительном хранении литий-ионных аккумуляторов, то для минимизации негативного воздействия на изделия, необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

1. Хранить изделие только в сухом, прохладном помещении.
2. Аккумулятор обязательно извлекается из электрического прибора.
3. Батарею необходимо зарядить перед консервацией. Минимальное напряжение, при котором не будут образовываться внутренние коррозионные процессы равно 2,5 Вольт на 1 элемент.

Учитывая малый саморазряд таких батарей, хранить таким образом аккумулятор можно в течение нескольких лет, но в течение этого срока всё равно неминуемо произойдёт уменьшение ёмкости элемента.

Утилизация литий ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы содержат опасные для здоровья вещества, поэтому ни в коем случае не следует их разбирать в домашних условиях. После того как батарея выработает свой ресурс её необходимо сдать для дальнейшей переработки. В специализированных приёмных пунктах можно получить денежную компенсацию за старый литиевый аккумулятор, ведь такие изделия содержат дорогостоящие элементы, которые могут быть использованы повторно.

Источник