Встраиваемые литий ионные аккумуляторы

Лучшие литий-ионные аккумуляторы

Статья обновлена: 2020-12-17

Статья обновлена: 22.10.2020

Чтобы определить лучшие литиевые аккумуляторы, нужно сравнить их по основным параметрам: емкости, напряжению, величине разрядных токов, химическому составу, диапазону рабочих температур. Имеют значение и дополнительные критерии выбора: форма, размеры, торговая марка, наличие или отсутствие платы защиты. Подходящие элементы питания выбираются с учетом их рабочих характеристик и назначения.

Форма и размеры

Литий-ионные аккумуляторы производятся в форме цилиндра или призмы в металлическом корпусе, а также в виде пакетов в полимерной оболочке. Форма зависит от метода сворачивания фольги, из которой производятся аккумуляторы. Форма и размеры «банок» имеют значение, если выбирать их под конкретный батарейный отсек. В остальных случаях строгой привязки нет. Например, аккумуляторную батарею с заданными характеристиками можно собрать из цилиндрических ячеек или призматиков – на ваше усмотрение.

Размеры цилиндрических элементов – стандартизованные, самый популярный типоразмер – 18650. Это ячейки диаметром 18 мм и длиной 65 мм. В этом типоразмере выбор элементов питания наиболее разнообразен. Также распространены цилиндрические элементы типоразмера 21700, 26650, 26980, 32650 и др. Призматики и пакеты бывают разных размеров, без строгой привязки к стандартам.

Емкость, напряжение, допустимые токовые нагрузки

Напряжение у всех Li-ion ячеек с одинаковым химическим составом совпадает. У большинства моделей напряжение составляет 3,6 или 3,7 В. К исключительным относятся литий-железо-фосфатные ячейки (3,2 В) и литий-титанатные (2,3 В). С увеличением размеров литиевых аккумуляторов возрастает их емкость. У ячеек форм-фактора 18650 она обычно составляет от 2000 до 3600 мАч.

Но при выборе лучших литиевых аккумуляторов не стоит оценивать их только по емкости. С увеличением этого параметра снижается токоотдача. Например, у моделей типа LiFePO4 удельная емкость ниже, а токоотдача – выше, чем у большинства Li-ion элементов.

Основные отличия в характеристиках представлены в таблице:

Диапазон рабочих напряжений (от разряженного до заряженного состояния)

около 30–110 Вт·ч/кг

Допустимые токи разряда

Оптимально – до 1С;

в постоянном режиме – до 5С;

в импульсном режиме – до 50С.

до 10С, кратковременно – до 30С

Допустимые температуры в процессе работы

Допустимые температуры в ходе зарядки

С защитой и без нее

Аккумуляторы бывают незащищенные и со встроенной защитой. Это специальная плата, контролирующая процесс заряда-разряда. Она оберегает ячейку от коротких замыканий, неправильной полярности, глубокого разряда и чрезмерного заряда. Защищенные «банки» максимально безопасны при использовании в быту.

В отношении незащищенных ячеек перезаряд, глубокий разряд и короткое замыкание недопустимы. Такие факторы в лучшем случае приводят к ухудшению характеристик аккумуляторов, а в худшем – к вздутию, возгоранию или взрыву.

Но это не значит, что защищенные аккумуляторы Li-ion хорошие, а незащищенные – хуже. Главное – выбирать их в зависимости от дальнейшего использования. Незащищенные ячейки в основном используются для сборки аккумуляторных батарей. Краткие рекомендации по использованию ячеек с защитой и без нее приведены в таблице:

Применение в фонарях и других приборах нескольких последовательно установленных аккумуляторов.

Установка в короткий или узкий батарейный отсек, рассчитанный на 1 аккумулятор без защиты. При наличии защиты аккум на 0, 5 мм шире и на 2–3 мм длиннее по сравнению с незащищенным элементом того же типоразмера.

Подзарядка простейшим зарядным устройством, не способным ограничивать уровень заряда.

Использование в мощных LED фонарях и других приборах, потребляющих ток выше 3 А. «Банки» с защитой в таких условиях отключаются при включении из-за токовых перегрузок.

Использование в приборах, не имеющих собственной защиты от критического разряда.

При подзарядке умным зарядным устройством и параллельном расположении ячеек в приборах.

Сравнение Li-ion аккумуляторов по химическому составу

Современные Li-ion аккумуляторы в зависимости от состава катода или анода делятся на несколько типов. Отличия в химическом составе сказываются и на характеристиках элементов. Чаще всего встречаются ячейки следующих типов:

1. Литий-кобальтовые (LiCoO2, LCO или ICR в маркировке). Их плюс – высокая емкость, а минус – низкая термическая стабильность и небольшие допустимые нагрузки по току (1С).
2. Литий-марганцевые (LiMn2O4, LMO или IMR в маркировке) – высокотоковые. По удельной емкости они немного уступают аналогам, зато имеют высокие разрядные токи – 5–10С. Дополнительные преимущества таких моделей – высокая термическая стабильность и малое внутреннее сопротивление.
3. LiNiMnCoO2 (NMC или INR) – имеют низкий уровень самонагрева, сбалансированное соотношение емкости и допустимых нагрузок по току (2С). Считаются хорошим выбором для электротранспорта.
4. Литий-железо-фосфатные (LiFePO4, LFP или IFR). При меньших значениях напряжения и емкости выигрывают у конкурентов по остальным параметрам. Выдерживают высокие токовые нагрузки (25–30С и выше), не снижают характеристики на морозе, отличаются долговечностью, термической и химической стабильностью.
5. LiNiCoAlO2 (NCA или NCR) – модели с высокой удельной емкостью, мощные и долговечные. Допустимые токовые нагрузки для них – до 1С.
6. Литий-титанатные (LTO, Li4Ti5O12) – рекордсмены по сроку службы, скорости зарядки и допустимым токам разряда (до 10С и выше). Но по номинальному напряжению и удельной емкости они уступают конкурентам.

Правила выбора

При выборе подходящих Li-ion аккумуляторов нужно учесть особенности их использования и определить, какие параметры необходимы в конкретном случае. Например, для использования в электронной сигарете или фонарике важно учесть требования к источнику питания, которые приводятся в инструкциях по эксплуатации устройств.

Для использования в фонарях, пауэрбанках, ноутбуках и подобных им устройствах подходят слаботоковые аккумуляторы – с токами разряда до 2С. Другое дело – батареи для портативного электроинструмента, радиоуправляемых моделей, гироскутеров, электровелосипедов и других устройств со значительным потреблением энергии. АКБ для них собирают из высокотоковых аккумуляторов – с разрядными токами до 10С.

Если же аккумуляторы будут использоваться для сборки АКБ с заданными параметрами, то нужно сопоставить характеристики ячеек и будущей батареи. Для получения батареи заданной емкости ячейки соединяются параллельно, а для суммирования напряжения – последовательно. Например, при сборке из ячеек емкостью 3200 мАч и напряжением 3,6 В по схеме 10S13P получится батарея емкостью 9600 мАч и вольтажом 36 В.

Какие литий-ионные аккумуляторы 18650 лучше?

В рейтинге Li-ion аккумуляторов лидирует продукция всемирно известных производителей: Panasonic, Samsung, LG, Sony. Рекордсменами по популярности в 2020 году остаются:

1. Panasonic NCR18650B, Япония. При доступной цене эти аккумуляторы имеют емкость 3400 мАч, ресурс около 500 циклов и допустимый ток при разряде 4,78 А (пиковый – 10 А). Используются в любых приборах, которым нужны мощные и компактные источники питания. Из незащищенных «банок» собираются АКБ для квадрокоптеров, радиоуправляемых моделей, электроинструмента и других портативных устройств. Защищенные ячейки отлично подходят для компактных фонариков.
2. Samsung INR18650-25R, Корея, тип химии NMC. Это высокотоковые ячейки емкостью 2500 мАч, с током отдачи до 25 А, без платы защиты. Они рассчитаны на постоянную работу под нагрузкой до 20 А и выдерживают пиковые нагрузки до 100 А. Подходят для сборки АКБ, использования в электронных сигаретах и других приборах с собственной платой защиты. Ориентировочный ресурс – более 500 циклов.
3. LG HG2 18650 – незащищенные ячейки емкостью 3000 мАч. Рассчитаны на токовые нагрузки до 20 А. При более высоких токах разряда сильно нагреваются. Аккумуляторы этой серии отлично зарекомендовали себя в разных сферах – от питания фонариков и электронных сигарет до сборки мощных аккумуляторных батарей. Выдерживают более 500 циклов заряд-разряд.
4. Sony VTC6 18650 – незащищенные «банки» емкостью 3000 мАч с допустимыми разрядными токами до 30 А. Устойчивы они и к глубокому разряду. В отличие от большинства Li-ion ячеек, у которых нижний порог напряжения составляет 2,5 В, аккумуляторы Sony VTC6 18650 допускают снижение напряжения до 2 В. Максимальный ток заряда у них составляет 5 А, а при зарядке пульсирующим током – 6 А. Купить аккумуляторы этого вида – отличное решение, если вам нужны элементы питания с рекордно высокой токоотдачей, например, для использования в электроинструменте.
5. Samsung INR18650-30Q, Корея. Эти высокотоковые ячейки без платы защиты имеют емкость 3000 мАч и ток отдачи до 15 А, а при импульсной нагрузке – до 25 А. Используются в устройствах со встроенной платой защиты и для сборки аккумуляторных батарей. В составе АКБ применяются в электроинструменте, бытовых приборах, электронике, персональном электротранспорте. Выдают полную мощность даже при низком остаточном заряде. По составу схожи с аккумуляторами Tesla. Выдерживают не менее 500 циклов заряд-разряд.

Подробнее о свойствах Li-ion аккумуляторов читайте здесь.

Источник

Что лучше, литий-ионный или литий-полимерный аккумулятор?

Портативные зарядные устройства стали неотъемлемым элементом современного обихода. Качество аккумуляторов – главное условие их работоспособности, эффективности и безопасности. Производители зарядных устройств используют в конструкции два вида аккумуляторов – литий-ионный и литий-полимерный. Для рядового потребителя, незнакомого с особенностями разных видов, часто становится проблемой выбрать тот или иной тип аккумулятора.

В чем отличие между этими разновидностями, какой из них выбрать будет правильнее – все эти вопросы требуют детальных знаний о каждом типе. В этой статье мы раскроем особенности литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов, познакомим с их техническими свойствами, методами зарядки, сроком службы.

↑Отличия литий-ионного и литий-полимерного аккумуляторов

Чтобы понять, что лучше — Li-polymer или Li-ion, рассмотрим подробно каждый вид в отдельности. Сравнивать типы аккумуляторов и делать выбор в сторону того или иного вида следует по следующим показателям:

• цена;
• соотношение веса и емкости;
• безопасность;
• целевое использование в устройстве конкретного назначения;
• температурный режим эксплуатации.

Выбирая один из двух видов, учитывайте сферу применения и финансовые возможности.

↑Литий-ионные аккумуляторы: особенности и характеристики

Изначально модели на базе лития выпускались с применением марганца и кобальта в качестве основного элемента (активный электролит). Современные батареи литий-ионного типа претерпели конструктивные изменения. Их продуктивность зависит не от использованного вещества, а от порядка размещения элементов в блоке. Составные части современной батареи Li-Ion – электроды и сепаратор. Материалы – алюминий и медь (медные аноды и алюминиевая фольга в качестве катодной основы).

Специальные клеммы-токосъемники обеспечивают внутреннее соединение анода и катода, а электролитная пропитка массы сепаратора задает благоприятную среду для обслуживания заряда. Положительные заряды ионов лития запускают химические реакции, формируют связи и обеспечивают выход энергии. Принцип действия источника питания на литий-ионной базе напоминает работу полноформатной гелевой АКБ.

Литий-полимерные батареи

Поскольку литий-ионные модели не справляются со многими современными задачами, постепенно их начали вытеснять полимерные элементы. Батареи Li-ion не обладали высоким уровнем безопасности и довольно дорого стоили. Чтобы устранить эти недостатки и проблемы эксплуатации, сделать батареи более эффективными, разработчики приняли решение о смене электролита. Вместо пропитки пористого сепаратора в конструкции батареи применили полимерные электролиты.

Литий-полимерный элемент имеет толщину 1 мм, что позволяет сделать размеры аккумулятора компактными. Замена жидких электролитов полимерными пленками исключило высокий риск воспламенения батареи и сделало ее безопасной. Представленная ниже сравнительная таблица поможет наглядно определить, чем отличается Li-ion от Li-Pol.

низкая, количество циклов заряда и разряда меньше

высокий выбор, независимость от стандартного формата ячеек

почти в два раза выше при одинаковом размере

Риск взрыва и возгорания

встроенная защита от утечки электролитов и перезарядов

до 0,1% ежемесячно

Конструкция полимерно-литиевых аккумуляторных устройств полностью исключает присутствие электролита в форме жидкости или геля. Наглядно представить себе разницу технологий можно при рассмотрении принципа работы современных автомобильных питающих устройств. Интересы безопасности стали причиной исключения из повседневной практики жидкостных электролитов. Но в автомобильных АКБ до последнего времени использовались пористые структуры с пропиткой.

Внедрение полимерно-литиевых элементов предполагало уже твердотельную основу. Характерным отличием от литий-ионных аккумуляторов является процесс контактного действия пластины активного вещества с литием и предотвращение образования дендритов во время циклирования. Именно эта особенность защищает аккумуляторные элементы от возгорания или взрыва.

↑Срок службы

Как литий-ионные, так и литий-полимерные аккумуляторы подвержены интенсивному старению. Они обеспечивают около девятисот полных циклов зарядки, после чего становятся непригодными. При этом не имеет значение, насколько активной была эксплуатация устройства. Если батарею длительное время вообще не использовали, сокращение ресурса, тем не менее, будет иметь место.

Уже через год емкости становятся существенно уменьшенными в ресурсе, а через два или три года можно констатировать, что батарея и вовсе вышла из строя. Это общий недостаток литиевых аккумуляторов, и выбирать более долговечную модель стоит только в зависимости от репутации производителя и отзывов о конкретных моделях.

↑Дополнительная защита

Если рассматривать вопрос о том, в чем разница Li-ion от Li-Pol аккумуляторов, стоит обратить внимание на встроенные защитные системы. Модели, работающие на полимерно-литиевой основе, требуют использования дополнительных функций внутренней защиты. Для них характерны случаи перегорания из-за перегрева элементов. К таким последствиям приводит внутреннее напряжение различных рабочих участков.

Для того, чтобы обезопасить устройство от несанкционированных перезарядов, от перегрева деталей и перегорания, в конструкции использована специальная стабилизирующая система и механизм ограничения тока. Это повышает безопасность литий-полимерных моделей, но ощутимо повышает стоимость аккумулятора за счет использования защитных элементов.

Частично в конструкции задействованы электролитические компоненты в гелевой формации. Комбинированные элементы питания используются во многих портативных приборах. Они крайне чувствительны к температурным перепадам и требуют строгого соблюдения правил эксплуатации. Аккумулятор на полимерной базе можно использовать в устройствах с нагревом в диапазоне 60-100 градусов.

Производители заключают внутреннюю часть в корпус с теплоизолирующими свойствами – использовать такие аккумуляторы удобно в жарком климате. В условиях, где температурный режим не соответствует требованиям эксплуатации, элементы с полимерной составляющей применяются как резервные.

↑Особенности зарядки аккумуляторов

Подключать аккумулятор необходимо только к стабильно работающей электросети, без перепадов напряжения и помех. Эксплуатировать следует только соответствующие зарядные приборы, совпадающие по заявленным в описании характеристикам. Важный момент: в процессе зарядки все разъемы должны быть подключены корректно, нельзя допускать размыкания. Элементы Li-Pol крайне чувствительны ко всевозможным перегрузкам, превышенным показателям тока, механическим ударам и переохлаждению. Следует следить за герметичностью твердотельных элементов.

Элементы Li-ion заряжаются примерно по таким же принципам, как и полимерные, но являются более чувствительными и менее надежными в отношении безопасности. Время зарядки у обоих типов примерно одинаково, но полимерный элемент «капризнее» к качеству точки энергоснабжения.

↑Чем лучше литий-ионный аккумулятор

Литий-ионные аккумуляторы более привычны для потребителя, у них есть ряд эксплуатационных преимуществ:

• цена ниже литий-полимерного аккумулятора;
• стандартизированные типоразмеры позволяют не ошибаться при выборе модели;
• распространенная сфера применения.

Мощные литиевые аккумуляторы эффективно используются для устройств, требующих кратковременного высокого потребления тока. Температурный режим, как и у устройств на полимерной базе, имеет ключевое значение при эксплуатации.

Ощутимой разницы рядовой пользователь не ощущает, но, с точки зрения рациональности сферы применения, этот вид аккумуляторов удобен в зарядных устройствах для следующей техники:

• аккумуляторные инструменты (шуруповерты, пилы, болгарки);
• ноутбуки;
• мобильные телефоны;
• электромобили;
• электроквадроциклы;
• домашние роботы;
• инвалидные коляски.

Прежде чем выбрать оптимальный тип зарядки, нужно точно знать, для какого прибора она будет использоваться. Особенно это важно, если планируется универсальное применение и обслуживание сразу нескольких портативных устройств.

Литий-полимерные аккумуляторы рационально применять там, где важными факторами являются вес и температура. Они «боятся» мороза и не очень удобны для переносных инструментов и гаджетов. Поэтому основная область использования:

• квадрокоптеры;
• страйкбольные ружья;
• игрушки;
• камеры видеонаблюдения.

Выбирая подходящий тип зарядного устройства, обратите внимание на сферу использования, стоимость и уровень безопасности. Читайте отзывы пользователей о товарах разных производителей и делайте выбор.

Источник