Interesul crescând al consumatorilor pentru gadgeturile mobile și echipamentele portabile avansate tehnologic, în general, obligă producătorii să-și îmbunătățească produsele într-o varietate de direcții. În același timp, există un număr parametri generali, lucru pe care se desfășoară în aceeași direcție. Acestea includ metoda de alimentare cu energie. Cu doar câțiva ani în urmă, participanții activi pe piață puteau observa procesul de deplasare cu elemente mai avansate de origine nichel-hidrură metalică (NiMH). Astăzi, noile generații de baterii concurează între ele. Tehnologia litiu-ion utilizată pe scară largă în unele segmente este înlocuită cu succes baterie cu litiu polimer. Diferența față de cea ionică din noua unitate nu este atât de vizibilă pentru utilizatorul obișnuit, dar în unele aspecte este semnificativă. În același timp, ca și în cazul concurenței dintre elementele NiCd și NiMH, tehnologia de înlocuire este departe de a fi impecabilă și, în unele privințe, este inferioară analogului său.

Dispozitiv cu baterie Li-ion

Primele modele de baterii seriale pe bază de litiu au început să apară la începutul anilor 1990. Cu toate acestea, cobaltul și manganul au fost apoi folosite ca electrolit activ. În cele moderne, nu atât substanța este importantă, cât configurația plasării acesteia în bloc. Astfel de baterii constau din electrozi care sunt separați printr-un separator cu pori. Masa separatorului, la rândul său, este impregnată cu electrolit. În ceea ce privește electrozii, aceștia sunt reprezentați de o bază catodică pe folie de aluminiu și un anod de cupru. În interiorul blocului, acestea sunt conectate între ele prin bornele colectoarelor de curent. Menținerea încărcăturii se realizează prin încărcarea pozitivă a ionului de litiu. Acest material este avantajos prin faptul că are capacitatea de a pătrunde cu ușurință în rețelele cristaline ale altor substanțe, formând legături chimice. Cu toate acestea, calitățile pozitive ale unor astfel de baterii se dovedesc din ce în ce mai mult a fi insuficiente pentru sarcinile moderne, ceea ce a dus la apariția celulelor Li-pol, care au multe caracteristici. În general, merită remarcată similitudinea surselor de alimentare cu litiu-ion cu bateriile cu heliu de dimensiuni mari pentru mașini. În ambele cazuri, bateriile sunt proiectate pentru a fi practice din punct de vedere fizic. În parte, această direcție de dezvoltare a fost continuată de elementele polimerice.

Design baterie cu litiu polimer

Impulsul pentru îmbunătățirea bateriilor cu litiu a fost nevoia de a combate două deficiențe ale bateriilor Li-ion existente. În primul rând, sunt nesigure de utilizat și, în al doilea rând, sunt destul de scumpe. Tehnologii au decis să scape de aceste dezavantaje prin schimbarea electrolitului. Ca rezultat, separatorul poros impregnat a fost înlocuit cu un electrolit polimeric. Trebuie remarcat faptul că polimerul a fost folosit anterior pentru nevoi electrice ca folie de plastic care conduce curentul. Într-o baterie modernă, grosimea elementului Li-pol ajunge la 1 mm, ceea ce elimină și restricțiile de utilizare de la dezvoltatori. diverse forme si dimensiuni. Dar principalul lucru este absența electrolitului lichid, care elimină riscul de aprindere. Acum merită să aruncați o privire mai atentă asupra diferențelor față de celule cu ioni de litiu.

Care este principala diferență față de o baterie ionică?

Diferența fundamentală este abandonarea heliului și a electroliților lichizi. Pentru o înțelegere mai completă a acestei diferențe, merită să apelați modele moderne baterii auto. Necesitatea înlocuirii electrolitului lichid a fost, din nou, din motive de siguranță. Dar dacă în cazul baterii auto progresul s-a oprit la aceiași electroliți poroși cu impregnare, apoi modelele cu litiu au primit o bază solidă cu drepturi depline. Ce este atât de bun la o baterie cu polimer de litiu cu stare solidă? Diferența față de cea ionică este că substanța activă sub formă de placă în zona de contact cu litiul previne formarea dendritelor în timpul ciclării. Acest factor elimină posibilitatea de explozii și incendii ale unor astfel de baterii. Este vorba doar despre avantaje, dar există și puncte slabe cu baterii noi.

Durată de viață a bateriei cu litiu polimer

În medie, astfel de baterii pot rezista la aproximativ 800-900 de cicluri de încărcare. Acest indicator este modest în comparație cu analogii moderni, dar nici măcar acest factor nu poate fi considerat ca determinând resursa elementului. Cert este că astfel de baterii sunt supuse unei îmbătrâniri intense, indiferent de natura utilizării. Adică, chiar dacă bateria nu este folosită deloc, durata de viață a acesteia va fi redusă. Nu contează dacă este o baterie litiu-ion sau o celulă litiu-polimer. Toate sursele de alimentare pe bază de litiu sunt caracterizate prin acest proces. O pierdere semnificativă de volum poate fi observată în decurs de un an de la achiziție. După 2-3 ani, unele baterii se defectează complet. Dar mult depind de producător, deoarece în cadrul segmentului există și diferențe în ceea ce privește calitatea bateriei. Probleme similare apar cu celulele NiMH, care sunt supuse îmbătrânirii din cauza fluctuațiilor bruște de temperatură.

Defecte

Pe lângă problemele cu uzura rapidă, astfel de baterii au nevoie sistem suplimentar protecţie. Acest lucru se datorează faptului că tensiunea internă în diferite zone poate duce la epuizare. Prin urmare, se folosește un circuit special de stabilizare pentru a preveni supraîncălzirea și supraîncărcarea. Același sistem implică și alte dezavantaje. Principala este limitarea actuală. Dar, pe de altă parte, circuitele de protecție suplimentare fac bateria cu litiu polimer mai sigură. Există și o diferență față de ionic în ceea ce privește costul. Baterii polimer Sunt mai ieftine, dar nu cu mult. Prețul lor crește și datorită introducerii circuitelor electronice de protecție.

Caracteristicile operaționale ale modificărilor de tip gel

Pentru a crește conductivitatea electrică, tehnologii încă adaugă un electrolit asemănător gelului elementelor polimerice. DESPRE tranziție completă nu se vorbește despre astfel de substanțe, deoarece acest lucru contrazice conceptul acestei tehnologii. Dar în tehnologia portabilă, bateriile hibride sunt adesea folosite. Particularitatea lor este sensibilitatea la temperatură. Producătorii recomandă utilizarea acestor modele de baterii în condiții cuprinse între 60°C și 100°C. Această cerință a determinat și o nișă specială de aplicare. Modelele de tip gel pot fi folosite doar in locuri cu clima calda, ca sa nu mai vorbim de nevoia de a fi scufundate intr-o carcasa termoizolata. Cu toate acestea, întrebarea ce baterie să alegeți - Li-pol sau Li-ion - nu este atât de presantă în întreprinderi. Acolo unde temperatura are o influență deosebită, se folosesc adesea soluții combinate. În astfel de cazuri, elementele polimerice sunt de obicei folosite ca elemente de rezervă.

Metoda optimă de încărcare

Timpul obișnuit de reîncărcare pentru bateriile cu litiu este în medie de 3 ore. Mai mult, în timpul procesului de încărcare unitatea rămâne rece. Umplerea are loc în două etape. La prima, tensiunea atinge valori de vârf, iar acest mod se menține până ajunge la 70%. Restul de 30% sunt recrutați deja în condiții tensiune normală. O altă întrebare interesantă este cum să încărcați o baterie litiu-polimer, dacă este necesar. modul constant să-și mențină volumul maxim? În acest caz, ar trebui să urmați programul de reîncărcare. Se recomandă efectuarea acestei proceduri aproximativ la fiecare 500 de ore de funcționare cu o descărcare completă.

Precauții

În timpul funcționării, trebuie să utilizați numai un încărcător care îndeplinește specificațiile, conectându-l la o rețea cu o tensiune stabilă. De asemenea, este necesar să verificați starea conectorilor, astfel încât bateria să nu se deschidă. Este important de luat în considerare că, în ciuda gradului ridicat de siguranță, acesta este încă un tip de baterie sensibilă la suprasarcină. Celula de litiu-polimer nu tolerează curentul excesiv, răcirea excesivă a mediului extern și șocurile mecanice. Cu toate acestea, conform tuturor acestor indicatori, blocurile de polimer sunt încă mai fiabile decât cele cu litiu-ion. Totuși, principalul aspect al siguranței constă în inofensivitatea surselor de alimentare cu stare solidă - desigur, cu condiția ca acestea să fie păstrate sigilate.

Ce baterie este mai bună - Li-pol sau Li-ion?

Această problemă este determinată în mare măsură de condițiile de funcționare și obiect țintă alimentare cu energie. Beneficii cheie dispozitive polimerice mai degrabă, sunt resimțite de producătorii înșiși, care pot folosi mai liber noile tehnologii. Pentru utilizator, diferența va fi abia vizibilă. De exemplu, în ceea ce privește modul de încărcare a unei baterii cu polimer de litiu, proprietarul va trebui să acorde mai multă atenție calității sursei de alimentare. În ceea ce privește timpul de încărcare, acestea sunt elemente identice. În ceea ce privește durabilitatea, situația în acest parametru este, de asemenea, ambiguă. Efectul de îmbătrânire caracterizează elementele polimerice într-o măsură mai mare, dar practica arată diferite exemple. De exemplu, există recenzii despre celulele litiu-ion care devin inutilizabile după doar un an de utilizare. Iar cele polimerice din unele dispozitive sunt folosite timp de 6-7 ani.

Concluzie

Există încă multe mituri și opinii false în jurul bateriilor care se referă la diferite nuanțe de funcționare. Dimpotrivă, unele caracteristici ale bateriei sunt oprite de producători. Cât despre mituri, unul dintre ele este infirmat de bateria cu litiu polimer. Diferența față de analogul ionic este că modelele polimerice suferă mai puțin stres intern. Din acest motiv, sesiunile de încărcare a bateriilor care nu s-au epuizat încă nu au niciun efect efecte nocive asupra caracteristicilor electrozilor. Dacă vorbim despre faptele ascunse de producători, atunci unul dintre ele se referă la durabilitate. După cum sa menționat deja, durata de viață a bateriei este caracterizată nu numai de o rată modestă a ciclurilor de încărcare, ci și de pierderea inevitabilă a volumului util al bateriei.

Un element cheie în mobilitatea dispozitivelor electronice este bateria reîncărcabilă (AB). Cererile tot mai mari de a le asigura cea mai lungă autonomie stimulează cercetarea constantă în acest domeniu și conduc la apariția de noi soluții tehnologice.

A apărut o alternativă la bateriile nichel-cadmiu (Ni-Cd) și nichel-metal hidrură (Ni-MH) utilizate pe scară largă - mai întâi bateriile cu litiu, apoi bateriile mai avansate cu litiu-ion (Li-ion).

Istoria apariției

Primele astfel de baterii au apărut în anii '70. secolul trecut. Au câștigat imediat popularitate datorită caracteristicilor lor mai avansate. Anodul celulelor a fost realizat din litiu metalic, ale cărui proprietăți au făcut posibilă creșterea energiei specifice. Așa s-au născut bateriile cu litiu.

Noile baterii aveau un dezavantaj semnificativ - un risc crescut de explozie și incendiu. Motivul a fost formarea unui film de litiu pe suprafața electrozilor, ceea ce a dus la o încălcare a stabilității temperaturii. În momentul încărcării maxime, bateria ar putea exploda.

Îmbunătățirile în tehnologie au dus la abandonarea litiului pur în componentele bateriilor în favoarea utilizării ionilor săi încărcați pozitiv. Bateria litiu-ion s-a dovedit a fi o soluție bună.

Acest tip de baterii ionice se caracterizează prin mai multe securitate ridicată, care a fost obținută din cauza unei scăderi ușoare a densității energetice, dar progresul tehnologic constant a făcut posibilă reducerea la minimum a pierderii din acest indicator.

Dispozitiv

Introducerea bateriilor litiu-ion în industria electronică de larg consum a primit o descoperire prin dezvoltarea unei baterii cu un catod din material carbon (grafit) și un anod de oxid de cobalt.

În timpul procesului de descărcare a bateriei, ionii de litiu sunt îndepărtați din materialul catodului și incluși în oxidul de cobalt al electrodului opus la încărcare, procesul continuă sens invers. Astfel, curent electric creează ioni de litiu prin deplasarea de la un electrod la altul.

Bateriile Li-Ion sunt produse în modele cilindrice și prismatice. Într-un design cilindric, două benzi de electrozi plati separați de material impregnat cu electrolit sunt rulate într-o rolă și plasate într-un recipient sigilat. carcasa metalica. Materialul catodic este aplicat pe folie de aluminiu, materialul anod este aplicat pe folie de cupru.

Designul bateriei prismatice se obține prin stivuirea plăcilor dreptunghiulare una peste alta. Această formă de baterie face posibilă ca aspectul dispozitivului electronic să fie mai dens. Sunt produse și baterii prismatice cu electrozi rulați răsuciți în spirală.

Funcționare și durată de viață

Lung, plin și munca sigura bateriile litiu-ion sunt posibile dacă respectați regulile de funcționare, neglijarea acestora nu numai că va scurta durata de viață a produsului, dar poate duce la consecințe negative.

Operațiunea

Cerința cheie pentru funcționarea bateriilor Li-Ion se referă la temperatură - supraîncălzirea nu trebuie permisă. Temperaturile ridicate pot provoca daune maxime, iar cauza supraîncălzirii poate fi fie o sursă externă, fie condiții stresante de încărcare și descărcare a bateriei.

De exemplu, încălzirea la 45°C duce la o scădere de două ori a capacității de menținere a încărcării bateriei. Această temperatură este ușor de atins atunci când dispozitivul este expus la soare pentru o perioadă lungă de timp sau când rulează aplicații consumatoare de energie.

Pentru cea mai buna conservare ar trebui utilizată performanța bateriei în căldura verii modul de economisire a energiei, care este disponibil pe majoritatea dispozitivelor mobile.

Temperaturile scăzute au un efect negativ și asupra bateriilor ionice la temperaturi sub -4°C, bateria nu mai poate furniza puterea maximă.

Dar frigul nu este la fel de dăunător pentru bateriile Li-Ion ca temperatură ridicată, și cel mai adesea nu duce la daune ireversibile. În ciuda faptului că, după încălzirea la temperatura camerei, proprietățile de funcționare ale bateriei sunt complet restaurate, nu trebuie să uitați de scăderea capacității la frig.

O altă recomandare pentru utilizarea bateriilor Li-Ion este să preveniți descărcarea profundă a acestora. Multe baterii din generațiile anterioare aveau efect de memorie, care necesita descărcarea la zero și apoi complet încărcat. Bateriile Li-Ion nu au acest efect, iar cazurile izolate de descărcare completă nu duc la consecințe negative, dar descărcarea constantă profundă este dăunătoare. Este recomandat să conectați încărcătorul atunci când nivelul de încărcare este de 30%.

Durata de viata

Utilizarea necorespunzătoare a bateriilor Li-Ion poate reduce durata de viață a acestora de 10-12 ori. Această perioadă depinde direct de numărul de cicluri de încărcare. Se crede că bateriile Li-Ion pot rezista de la 500 la 1000 de cicluri, ținând cont de descărcarea completă. Mai mult procent mareîncărcarea rămasă înainte de a începe următoarea încărcare crește semnificativ durata de viață a bateriei.

Deoarece durata de viață a bateriilor Li-Ion este determinată în mare măsură de condițiile de funcționare, este imposibil să se ofere o durată de viață exactă pentru aceste baterii. În medie, vă puteți aștepta ca acest tip de baterie să dureze 7-10 ani dacă este întreținută corespunzător.

Proces de încărcare

Când încărcați, evitați excesul conexiune lungă Baterie la încărcător. Funcționarea normală a unei baterii litiu-ion are loc la o tensiune care nu depășește 3,6 V. În timpul procesului de încărcare, încărcătorul furnizează 4,2 V la intrarea bateriei Dacă timpul de încărcare este depășit, pot începe reacții electrochimice nedorite în baterie duce la supraîncălzire a tuturor consecințelor.

Dezvoltatorii au luat în considerare această caracteristică - siguranța încărcării bateriilor moderne Li-Ion este controlată de un dispozitiv special încorporat care oprește procesul de încărcare atunci când tensiunea crește peste nivelul permis.

Pentru bateriile cu litiu, o metodă de încărcare în două etape este corectă. În prima etapă, bateria trebuie încărcată, furnizând un curent de încărcare constant, a doua etapă trebuie să aibă loc cu tensiune DCși o scădere treptată a curentului de încărcare. Acest algoritm este implementat în hardware în majoritatea încărcătoarelor de uz casnic.

Depozitarea și eliminarea

Bateria litiu-ion poate fi stocată destul de mult timp, autodescărcarea este de 10-20% pe an. Dar, în același timp, are loc o scădere treptată a caracteristicilor produsului (degradare).

Procesul de reciclare a celulelor litiu-ion trebuie efectuat la întreprinderi specializate care au licența corespunzătoare. Aproximativ 80% din materialele reciclate ale bateriilor pot fi refolosite în producția de baterii noi.

Siguranţă

O baterie litiu-ion, chiar și de dimensiune miniaturală, prezintă riscul unei arderi spontane explozive. Această caracteristică a acestui tip de baterie necesită respectarea măsurilor de siguranță în toate etapele, de la dezvoltare până la producție și depozitare.

Pentru a crește siguranța bateriilor Li-Ion în timpul producției, în carcasa lor este plasată o placă electronică mică - un sistem de monitorizare și control, care este conceput pentru a preveni suprasarcinile și supraîncălzirea. Mecanismul electronic mărește rezistența circuitului pe măsură ce temperatura crește peste o limită predeterminată. Unele modele de baterii au un comutator mecanic încorporat care întrerupe circuitul atunci când presiunea din interiorul bateriei crește.

De asemenea, o supapă de siguranță este adesea instalată în carcasele bateriilor pentru a reduce presiunea în situații de urgență.

Avantaje și dezavantaje ale bateriilor cu litiu

Avantajele acestui tip de baterie sunt:

• densitate mare de energie;
• fără efect de memorie;
• pe termen lung operare;
• rata scăzută de auto-descărcare;
• nu necesita intretinere;
• asigurarea unor parametri de funcționare constanti pe un domeniu relativ larg de temperatură.

O baterie cu litiu are câteva dezavantaje:

• risc de ardere spontană;
• cost mai mare decât predecesorii săi;
• necesitatea unui controler încorporat;
• nedorit de descărcare profundă.

Tehnologiile de producție a bateriilor Li-Ion sunt îmbunătățite în mod constant, iar multe dezavantaje devin treptat un lucru din trecut.

Domeniul de aplicare

Densitatea mare de energie a bateriilor litiu-ion determină domeniul lor principal de aplicare - dispozitive electronice mobile: laptopuri, tablete, smartphone-uri, camere video, camere, sisteme de navigatie, diverși senzori încorporați și o serie de alte produse.

Existența unui factor de formă cilindric al acestor baterii le permite să fie folosite în lanterne, telefoane fixeși alte dispozitive care consumau anterior energie din bateriile de unică folosință.

Principiul litiu-ion al construcției bateriilor are mai multe varietăți, tipurile diferă în funcție de tipul de materiale utilizate (litiu-cobalt, litiu-mangan, litiu-nichel-mangan-oxid de cobalt etc.). Fiecare dintre ele își găsește propriul domeniu de aplicare.

Pe lângă asta electronice mobile, un grup de baterii litiu-ion este utilizat în următoarele domenii:

• scule electrice de mână;
• echipamente medicale portabile;
• surse de alimentare neîntreruptibile;
• sisteme de securitate;
• module de iluminat de urgență;
• stații solare;
• mașini electrice și biciclete electrice.

Având în vedere îmbunătățirea constantă a tehnologiei litiu-ion și progresele în crearea bateriilor capacitate mare Având în vedere dimensiunile reduse ale acestora, putem prevedea o extindere în domeniile de aplicare a unor astfel de baterii.

Marcare

Parametrii litiu-ion sunt marcați pe corpul produsului, iar codificarea utilizată poate diferi semnificativ pentru diferite dimensiuni standard. Încă nu a fost dezvoltat un standard uniform de etichetare a bateriei pentru toți producătorii, dar puteți afla cel mai mult în mod independent parametri importantiîncă posibil.

Literele din rândul de etichetare indică tipul de celulă și materialele utilizate: prima litera I înseamnă tehnologie litiu-ion, următoarea litera (C, M, F sau N) specifică compoziția chimică, a treia litera R înseamnă că celula este reîncărcabilă.

Cifrele din numele dimensiunii standard indică dimensiunea bateriei în milimetri: primele două numere sunt diametrul, iar celelalte două sunt lungimea. De exemplu, 18650 indică un diametru de 18 mm și o lungime de 65 mm, 0 indicând un factor de formă cilindric.

Ultimele litere și cifre din rând sunt marcaje de containere specifice fiecărui producător. De asemenea, nu există standarde uniforme pentru indicarea datei de fabricație.

Diferite subtipuri ale sistemului electrochimic cu ioni de litiu sunt denumite în funcție de tipul substanței lor active și pot fi desemnate fie în întregime prin cuvinte, fie într-o formă scurtă prin formule chimice. Ceea ce au în comun bateriile cu litiu este că îi aparțin toate baterii sigilate fără întreținere. Astfel de formule nu sunt foarte convenabile de citit sau reținut din cauza complexității lor, așa că sunt simplificate într-o abreviere de litere.

De exemplu, cobaltita de litiu, unul dintre cele mai comune materiale pentru bateriile litiu-ion, are formula chimică LiCoO2 și abrevierea LCO. Din motive de simplitate, poate fi folosită și forma verbală scurtă „cobalt de litiu”. Cobaltul este principala substanță activă și tocmai prin aceasta se caracterizează tipul de baterie. Alte tipuri de sisteme electrochimice litiu-ion sunt, de asemenea, reduse la o formă scurtă. Această secțiune listează cele mai comune șase tipuri de Li-ion.

1. Baterie litiu-cobalt (LiCoO2)

Densitatea mare de energie face din bateria cu litiu-cobalt o alegere populară pentru telefoane mobile, laptopuri și camere digitale. Bateria este formată dintr-un anod de grafit și un catod de oxid de cobalt. Catodul are o structură stratificată și în timpul descărcării, ionii de litiu se deplasează spre el din anod. La încărcare, direcția se schimbă în sens invers. Dezavantajele bateriilor cu litiu-cobalt sunt durata de viață relativ scurtă, stabilitatea termică slabă și capacitatea de încărcare limitată (densitatea de putere). Figura 1 prezintă structura unei astfel de baterii.

Figura 1: Structura unei baterii cu litiu-cobalt.În timpul descărcării, ionii de litiu se deplasează de la anod la catod, iar în timpul încărcării, de la catod la anod.

O baterie cu litiu-cobalt nu poate fi încărcată sau descărcată la un curent mai mare decât acesta Evaluat C. Aceasta înseamnă că o celulă 18650 cu o capacitate de 2400 mAh poate fi încărcată sau descărcată la un curent de cel mult 2400 mA. Forţat încărcare rapidă sau conectarea unei sarcini care necesită mai mult de 2400 mA va duce la stres nejustificat și supraîncălzire. Pentru încărcare rapidă, producătorii recomandă un rating C de 0,8C sau aproximativ 2000 mA. Când utilizați sistemul de protecție a bateriei, acesta limitează automat încărcarea și descărcarea la un nivel sigur - aproximativ 1C.

Figura 2: Evaluarea medie a bateriei cu litiu-cobalt. Sistemul electrochimic cu litiu-cobalt are o densitate mare de energie, dar oferă densitate medie de putere, siguranță și durată de viață.

Tabel de caracteristici

Tabelul 3: Caracteristicile bateriei cu litiu-cobalt.

2. Baterie cu litiu mangan (LiMn2O4)

Designul unei baterii litiu-ion cu mangan spinel a fost publicat pentru prima dată în revista Materials Research Bulletin în 1983. În 1996, Moli Energy a comercializat o celulă litiu-ion cu spinel de litiu mangan ca material catod. Structura spinelului 3D îmbunătățește fluxul de ioni la electrod, rezultând o rezistență internă redusă și o manipulare îmbunătățită a curentului. Un alt avantaj al spinelului este stabilitatea sa termică ridicată, dar durata de viață și numărul de cicluri sunt limitate.

Rezistența internă scăzută a unei astfel de celule oferă încărcare rapidăși valoarea mare posibilă a curentului de descărcare. La dimensiunea 18650, bateria cu litiu mangan poate fi descărcată la un curent de 20-30 A cu generare moderată de căldură. În plus, este capabil să reziste la impulsuri de până la 50 A timp de una până la două secunde. O sarcină continuă de 50 A va duce la încălzirea bateriei, care nu trebuie să depășească 80 ° C pentru a evita degradarea. Se folosesc baterii cu litiu mangan pentru instrumente puternice, echipamente medicale, precum și în vehicule hibride și electrice.

Figura 4 oferă o ilustrare grafică a cadrului cristalin tridimensional al materialului catodic. Acest material este spinelul, în care structura inițială a rețelei în formă de diamant este transformată într-una tridimensională.

Figura 4: Structura bateriei cu litiu mangan. Catodul spinel cristalin litiu mangan are o structură cadru tridimensională care apare după formarea inițială. Spinelul oferă rezistență scăzută, dar are o densitate energetică mai moderată decât cobaltul.

Capacitatea unei baterii cu litiu-mangan este cu aproximativ o treime mai mică decât cea a unei baterii cu litiu-cobalt. Flexibilitatea designului permite optimizarea bateriei pentru sarcini diferiteși creați modele cu durabilitate, densitate de putere sau densitate de energie îmbunătățite. De exemplu, versiunea 18650 cu puteri îmbunătățite are o capacitate de doar 1100 mAh, în timp ce cea optimizată pentru capacitate are 1500 mAh.

Figura 5 prezintă o diagramă hexagonală a unei baterii tipice cu litiu mangan. Performanța poate să nu pară deosebit de impresionantă, dar cele mai recente modele au îmbunătățit densitatea puterii, siguranța și speranța de viață.

Figura 5: Caracteristicile unei baterii convenționale cu litiu mangan.În ciuda performanței generale moderate, noile modele demonstrează o densitate de putere, siguranță și longevitate îmbunătățite.

Majoritatea bateriilor cu litiu mangan sunt combinate cu baterii litiu nichel mangan cobalt (NMC) pentru a îmbunătăți densitatea energiei și a prelungi durata de viață. Această uniune valorifică punctele forte ale ambelor sisteme și se numește LMO (NMC). Aceste baterii combinate sunt folosite în majoritatea vehiculelor electrice, cum ar fi Nissan Leaf, Chevy Volt și BMW i3. Partea LMO a unei astfel de baterii, care este de aproximativ 30%, oferă capacități mari de accelerare ale motorului electric, iar partea NMC este responsabilă pentru cantitatea de autonomie.

Cercetările în sistemul litiu-ion au gravitat în mare măsură spre combinarea celulelor litiu-mangan cu celule nichel-mangan-cobalt. Aceste trei metale active pot fi combinate cu ușurință pentru a obține rezultatul dorit, fie că este vorba de creșterea densității de putere, a caracteristicilor de încărcare sau a duratei de viață a bateriei. Această gamă largă de capabilități este necesară pentru a răspunde abordării tehnologice unificate și a pieței bateriilor de consum, unde capacitatea este pe primul loc; și industrie, unde sunt necesare sisteme de baterii cu caracteristici bune de încărcare, durată lungă de viață și funcționare sigură și fiabilă.

Tabel de caracteristici

Tabelul 6: Specificațiile bateriei cu litiu mangan.

3. Baterie cu litiu nichel mangan cobalt oxid (LiNiMnCoO2 sau NMC)

Unul dintre cele mai de succes modele ale sistemului electrochimic cu ioni de litiu este combinația de nichel, mangan și cobalt (NMC) în catod. Similar sistemelor cu litiu-mangan, aceste sisteme pot fi optimizate pentru capacitate sau putere. De exemplu, o baterie NMC cu dimensiunea celulei 18650 pentru sarcină moderată are o capacitate de 2800 mAh și poate furniza un curent de 4-5 A; iar versiunea in aceeasi dimensiune standard, dar optimizata pentru indicatoare de putere, are o capacitate de doar 2000 mAh, dar curentul maxim de descărcare este de 20 A. Indicatorul de capacitate poate fi crescut la 4000 mAh daca se adauga siliciu la anod. Dar, pe de altă parte, acest lucru va reduce semnificativ caracteristicile de încărcare și durabilitatea unei astfel de baterii. Astfel de proprietăți ambigue ale siliciului apar din cauza expansiunii și contracției sale în timpul încărcării și descărcării, ceea ce duce la instabilitatea mecanică a designului bateriei.

Secretul tehnologiei NMC este combinația dintre nichel și mangan. O analogie poate fi sarea de masă obișnuită, în care componentele sale, sodiu și clor, sunt în mod individual foarte toxice, dar combinația lor formează un nutrient util. Nichelul este cunoscut pentru densitatea sa ridicată de energie, dar stabilitatea scăzută; manganul are avantajul unei structuri spinel, care oferă rezistență internă scăzută, dar duce și la un dezavantaj - intensitate energetică specifică scăzută. Combinația acestor metale face posibilă compensarea reciprocă a neajunsurilor și în la maxim folosește-ți punctele forte.

Bateriile NMC sunt folosite pentru unelte grele, biciclete electrice și alte aplicații de putere. Compoziția catodului, de regulă, combină nichelul, manganul și cobaltul în părți egale, adică fiecare metal ocupă o treime din volumul total. Această distribuție este cunoscută și ca 1-1-1. Combinația în acest raport este avantajoasă datorită costului său, deoarece conținutul de cobalt scump este relativ mic în comparație cu alte versiuni ale bateriei. O altă combinație de succes NMC conține 5 părți nichel, 3 părți cobalt și 2 părți mangan. Experimentele pentru a găsi combinații de succes ale acestor substanțe active continuă și astăzi. Figura 7 prezintă caracteristicile bateriei NMC.

Figura 7: Evaluarea performanței bateriei NMC. NMC are o performanță generală bună și o densitate energetică excelentă. Această baterie este alegerea preferată pentru vehiculele electrice și are cel mai scăzut nivel de autoîncălzire.

ÎN în ultima vreme Familia NMC de baterii litiu-ion devine cea mai populară, deoarece datorită posibilității de a combina substanțe active, a devenit posibilă construirea unei baterii economice cu performanțe bune. Nichelul, manganul și cobaltul pot fi ușor amestecate pentru a îndeplini o gamă largă de cerințe pentru vehiculele electrice sau sistemele de stocare a energiei care necesită ciclism regulat. Familia de baterii NMC se dezvoltă activ în diversitatea sa.

Tabel de caracteristici

Tabelul 8: Caracteristicile bateriei cu litiu nichel mangan cobalt oxid (NMC).

4. Baterie cu litiu fosfat de fier (LiFePO4)

În 1996, au fost efectuate cercetări la Universitatea din Texas, care au avut ca rezultat descoperirea material nou pentru catod baterie litiu-ion- fosfat de fier. Sistemul de fosfat de litiu are proprietăți electrochimice bune și scăzute rezistență internă. Principalele avantaje ale unor astfel de baterii sunt curentul ridicat și durata de viață lungă, în plus, au stabilitate termică bună, siguranță sporită și rezistență la utilizare greșită.

Bateriile cu fosfat de litiu sunt mai rezistente la supraîncărcare; dacă li se aplică o tensiune înaltă pentru o perioadă lungă de timp, atunci consecințele de degradare vor fi considerabil mai mici în comparație cu alte baterii litiu-ion. Dar tensiunea celulei de 3,20 V reduce densitatea de energie specifică la un nivel chiar mai mic decât cel al unei baterii cu litiu-mangan. Pentru majoritatea bateriilor electrice, temperaturile scăzute reduc performanța, iar temperaturile calde scurtează durata de viață, iar sistemul cu fosfat de litiu nu face excepție. Are și ea mai mult rata mare autodescărcare în comparație cu alte baterii litiu-ion. Figura 9 prezintă caracteristicile unei baterii cu fosfat de litiu.

Bateriile cu fosfat de litiu sunt adesea folosite ca înlocuitori pentru bateriile de pornire cu plumb-acid. Patru celule ale unei astfel de baterii vor furniza o tensiune de 12,8 V - similară tensiunii a șase celule plumb-acid de doi volți. Generatorul vehiculului se reîncarcă baterie plumb acid până la 14,40 V (2,40 V per celulă). Pentru patru celule cu fosfat de litiu, tensiunea limită va fi de 3,60 V, după care reîncărcarea trebuie oprită, ceea ce nu se întâmplă într-un vehicul normal. Bateriile cu fosfat de litiu sunt rezistente la supraîncărcare, dar chiar și acestea nu durează mult înaltă tensiune degrada. Temperaturile scăzute pot fi, de asemenea, o problemă atunci când utilizați o baterie cu fosfat de litiu ca înlocuitor pentru o baterie de pornire obișnuită.

Figura 9: Evaluarea performanței bateriei cu fosfat de litiu. Sistemul electrochimic cu fosfat de litiu oferă o siguranță excelentă și pe termen lung serviciu, dar intensitatea energetică specifică este moderată și este de remarcat și autodescărcarea ridicată.

Tabel de caracteristici

Bateria cu litiu este un dispozitiv sigur și consumator de energie. Principalul său avantaj este funcționarea fără încărcare pentru o perioadă lungă de timp. Poate funcționa chiar și la cele mai scăzute temperaturi. Datorită capacității sale de a stoca energie, bateria cu litiu este superioară altor tipuri. De aceea producția lor crește în fiecare an. Ele pot avea două forme: cilindrice și prismatice.

Aplicație

Sunt utilizate pe scară largă în echipamente informatice, telefoane mobile și alte echipamente. Încărcătoarele de baterii cu litiu au o tensiune de funcționare de 4 V. Cel mai important avantaj este funcționarea într-un interval larg de temperatură, care variază de la -20 °C la +60 °C. Astăzi, există baterii care pot funcționa la temperaturi sub -30 °C. În fiecare an, dezvoltatorii încearcă să mărească intervalele de temperatură atât pozitive, cât și negative.

La început, o baterie cu litiu pierde aproximativ 5% din capacitate, iar această cifră crește în fiecare lună. Acest indicator este mai bun decât cel al altor reprezentanți ai bateriei. În funcție de tensiunea de încărcare, acestea pot dura de la 500 la 1000 de cicluri.

Tipuri de baterii cu litiu

Există tipuri de baterii cu litiu care se găsesc în zone diferite economie casnica si industriala:

• litiu-ion - pentru principal sau alimentare de rezervă, transport, scule electrice;
• nichel-sare - transport rutier și feroviar;
• nichel-cadmiu - construcții navale și aeronave;
• fier-nichel - alimentare;
• nichel-hidrogen - spațiu;
• nichel-zinc - camere;
• argint-zinc - industria militară etc.

Principalele tipuri sunt baterii litiu-ion. Sunt utilizate în domeniile alimentării cu energie electrică, producției de scule electrice, telefoane etc. Bateriile pot funcționa la temperaturi de la -20 ºС până la +40 ºС, dar sunt în curs de dezvoltare dezvoltări pentru creșterea acestor intervale.

Cu o tensiune de numai 4 V, se generează o cantitate suficientă de căldură specifică.

Ele sunt împărțite în diferite subtipuri, care diferă în compoziția catodului. Se modifică prin înlocuirea grafitului sau prin adăugarea de substanțe speciale.

Baterii cu litiu: dispozitiv

De regulă, astfel de dispozitive sunt produse într-o formă prismatică, dar există și modele într-un corp cilindric. Partea internă este formată din electrozi sau separatori. Oțelul sau aluminiul este folosit pentru a face corpul. Contactele sunt ieșite către capacul bateriei și trebuie să fie izolate. Bateriile prismatice conțin un anumit număr de plăci. Sunt stivuite unul peste altul. Pentru a oferi o siguranță suplimentară, bateria cu litiu are dispozitiv special. Se află în interior și servește la controlul procesului de lucru.

În cazul unor situații periculoase, dispozitivul oprește bateria. În plus, echipamentul este prevăzut cu protecție externă. Carcasa este complet etanșată, astfel încât nu există scurgeri de electrolit și nici apă să pătrundă înăuntru. Sarcina electrică apare datorită ionilor de litiu, care interacționează cu rețeaua cristalină a altor elemente.

Șurubelniță cu baterie cu litiu

Poate găzdui trei tipuri de baterii, care diferă prin compoziția lor catodică:

• cobalt-litiu;
• ferofosfat de litiu;
• litiu mangan.

Șurubelnița cu baterie cu litiu este diferită de altele nivel scăzut autodescărcare. Un alt avantaj important este că nu necesită întreținere. În caz de avarie baterie cu litiu poate fi aruncat deoarece nu dăunează oamenilor și mediu. Singurul negativ este încărcarea scăzută a bateriilor cu litiu, precum și cerințele ridicate de siguranță. Este dificil să-l încărcați la temperaturi sub zero.

Caracteristici principale

Exact de la caracteristici tehnice Funcționarea șurubelniței, starea puterii acesteia și timpul de funcționare posibilă depind. Alți indicatori tehnici includ:

• tensiunea unei baterii din dispozitiv poate varia de la 3 la 5 V;
• indicatorul de intensitate energetică maximă ajunge la 400 Wh/l;
• pierderea taxei proprii cu 5%, iar în timp cu 20%;
• modul de încărcare complex;
• Bateria se incarca complet in 2 ore;
• rezistență de la 5 la 15 mOhm/Ah;
• numărul de cicluri - de 1000 de ori;
• durata de viață - de la 3 la 5 ani;
• utilizare diferite tipuri curent la anumite capacități ale bateriei, de exemplu, o capacitate de 65 ºС - se utilizează curent continuu.

Productie

Majoritatea producătorilor se străduiesc să facă unelte electrice mai avansate și să îndeplinească tehnologiile moderne.

Pentru a face acest lucru, este necesar să furnizați baterii bune în design. Cele mai populare companii producătoare sunt:

1. Compania Bosh. Bateria cu litiu este fabricată folosind noua tehnologie ECP. Ea este cea care controlează descărcarea dispozitivului. Inca una din ea proprietate utilă este protectie impotriva supraincalzirii. La putere mare, un dispozitiv special scade temperatura. Designul bateriei are orificii care servesc ca ventilație și răcesc bateria. O altă tehnologie este Charge, datorită căreia încărcarea este mult mai rapidă. În plus, Bosh produce baterii pentru diverse unelte electrice. Mulți utilizatori lasă recenzii bune despre această companie.
2. Compania Makita. Produce propriile microcircuite care controlează toți parametrii de funcționare și procesele din baterie, de exemplu, temperatura, conținutul de încărcare. Datorită acestui lucru, puteți alege modul de încărcare și timpul de încărcare. Astfel de microcircuite măresc durata de viață. Bateriile sunt fabricate cu suficient corp puternic, deci nu sunt supuse solicitărilor mecanice.
3. Compania Hitachi. Datorită ei cele mai noi tehnologii greutatea și dimensiunile totale ale bateriei sunt reduse. Acesta este motivul pentru care uneltele electrice devin ușoare și mobile.

Caracteristici de funcționare

Când utilizați o baterie, trebuie să respectați următoarele reguli:

1. Nu este nevoie să folosiți o baterie cu litiu pentru elemente individuale neprotejate și să cumpărați piese chinezești ieftine. Un astfel de dispozitiv nu va fi sigur, deoarece nu va exista niciun sistem care să protejeze împotriva scurtcircuitelor și temperaturi ridicate. Adică, dacă bateria se supraîncălzește semnificativ, poate exploda și durata de viață a acesteia va fi mult mai scurtă.
2. Nu încălziți bateria. Pe măsură ce temperatura din interiorul dispozitivului crește, presiunea crește. Aceste acțiuni vor duce la o explozie. Prin urmare, nu este nevoie să deschideți capacul superior al bateriei și să îl plasați în locuri expuse razele solare. Astfel de acțiuni vor scurta durata de viață.
3. Nu aduceți surse suplimentare de electricitate lângă contactele din partea de sus a capacului, deoarece poate apărea un scurtcircuit. Sistemele de protecție încorporate nu vor ajuta întotdeauna în această problemă.
4. Bateria trebuie încărcată în conformitate cu toate regulile. Când încărcați, ar trebui să utilizați cele care distribuie curentul uniform.
5. Procedura de încărcare a bateriei se efectuează la o temperatură pozitivă.
6. Dacă este nevoie să conectați mai multe baterii cu litiu, atunci trebuie să utilizați modele de la același producător și similare ca caracteristici tehnice.
7. Bateriile cu litiu trebuie depozitate într-un loc uscat, care nu este expus la lumina soarelui, cu temperaturi care depășesc 5ºC. Când echipamentul este expus la temperaturi ridicate, încărcarea va scădea. Înainte de depozitare în timpul iernii, bateria este încărcată la 50% din capacitatea sa. Trebuie avut grijă să vă asigurați că bateria nu este complet descărcată. Dacă se întâmplă acest lucru, încărcați-l imediat. Dacă apar deteriorări mecanice pe corp, precum și semne de rugină, dispozitivul nu poate fi utilizat.
8. Dacă în timpul funcționării acumulatorul prezintă o supraîncălzire semnificativă sau fum, ar trebui să încetați imediat să îl utilizați. După aceasta, mutați dispozitivul deteriorat în loc sigur. Dacă o substanță este eliberată din organism, aceasta trebuie împiedicată să intre în contact cu pielea sau cu alte organe.
9. Nu aruncați și nu ardeți bateriile cu litiu. Eliminarea lor are loc atunci când deteriorare mecanică carcasă, explozii sau pătrunderea apei sau aburului.

Despre foc

Dacă se produce un incendiu într-o baterie cu litiu, aceasta nu poate fi stinsă cu apă și un stingător - dioxidul de carbon și apa pot reacționa cu litiul. Pentru a-l stinge, ar trebui să folosiți nisip, sare și, de asemenea, cu o cârpă groasă.

Proces de încărcare

O baterie cu litiu, al cărei încărcător este conectat la curent continuu, este încărcată la o tensiune de 5 V și mai mult.

Există un dezavantaj - nu sunt rezistente la supraîncărcare. O creștere a temperaturii în interiorul carcasei duce la deteriorare.

Instrucțiunile de utilizare indică un nivel special. Când este atins, ar trebui să fie încărcat. Dacă creșteți tensiunea de încărcare, proprietățile unei baterii cu litiu vor scădea semnificativ.

După cum am menționat mai devreme, durata de viață a bateriei este de 3 ani. Pentru a menține această perioadă, trebuie să respectați condițiile de funcționare, încărcare și depozitare. În plus, acestea trebuie să fie permanent funcționale și să nu fie depozitate.

Supraîncărcare

Designul bateriei include un sistem de reîncărcare, astfel încât nu trebuie să deconectați încărcătorul și să nu vă fie teamă că compoziția din interior va fierbe, așa cum se întâmplă cu bateriile auto.

Dacă echipamentul va fi depozitat mai mult de o lună, acesta trebuie descărcat complet. Acest lucru va prelungi semnificativ durata de viață.

Preţ

Prețul unei baterii litiu-ion depinde de capacitate și de caracteristicile tehnice.

În medie, variază de la 100 la 500 de ruble. În ciuda acestui cost, mulți utilizatori lasă recenzii pozitive. Printre aspecte pozitive au o gamă largă de temperaturi de funcționare, putere mareși capacitatea de a funcționa mai mult de 1000 de cicluri (aproximativ 3 ani de utilizare intensivă). Dispozitivele sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii, astfel încât toată lumea își poate aprecia beneficiile.

Așadar, am aflat ce sunt bateriile cu litiu.

Baterii litiu-ion nu la fel de „pretențioși” ca omologii lor de nichel-hidrură de metal, dar necesită totuși puțină grijă. Lipindu-se de cinci reguli simple , nu poți doar extinde ciclu de viață litiu-ion baterii, dar și creșterea timpului de funcționare a dispozitivelor mobile fără reîncărcare.

Nu permiteți descărcarea completă. Bateriile litiu-ion nu au așa-numitul efect de memorie, așa că pot și, în plus, trebuie încărcate fără a aștepta să se descarce la zero. Mulți producători calculează durata de viață a unei baterii litiu-ion în funcție de numărul de cicluri de descărcare completă (până la 0%). Pentru baterii de calitate Acest 400-600 de cicluri. Pentru a prelungi durata de viață a bateriei cu litiu-ion, încărcați telefonul mai des. În mod optim, de îndată ce încărcarea bateriei scade sub 10-20 la sută, poți pune telefonul la încărcare. Acest lucru va crește numărul de cicluri de descărcare la 1000-1100 .
Experții descriu acest proces cu un astfel de indicator ca adâncimea de descărcare. Dacă telefonul dvs. este descărcat la 20%, atunci adâncimea de descărcare este de 80%. Tabelul de mai jos arată dependența numărului de cicluri de descărcare ale unei baterii litiu-ion de adâncimea de descărcare:

Descarcă o dată la 3 luni.Încărcarea completă pentru o perioadă lungă de timp este la fel de dăunătoare pentru bateriile cu litiu-ion ca și descărcarea constantă la zero.
Datorită procesului de încărcare extrem de instabil (încărcăm adesea telefonul după cum este necesar și, oriunde este posibil, de la USB, de la o priză, de la baterie externă etc.) experții recomandă descărcarea completă a bateriei o dată la 3 luni și apoi încărcarea la 100% și menținerea încărcată timp de 8-12 ore. Acest lucru ajută la resetarea așa-numitelor steaguri de baterie mare și scăzută. Puteți citi mai multe despre asta.

Magazin parțial încărcat. Condiția optimă pentru depozitarea pe termen lung a unei baterii litiu-ion este între 30 și 50% încărcare la 15°C. Dacă lăsați bateria complet încărcată, capacitatea acesteia va scădea semnificativ în timp. Și iată bateria care pentru o lungă perioadă de timp strângea praf pe raft, descărcat la zero, cel mai probabil nu mai era în viață - este timpul să-l trimiteți spre reciclare.
Tabelul de mai jos arată cât de multă capacitate rămâne într-o baterie litiu-ion în funcție de temperatura de depozitare și de nivelul de încărcare atunci când este depozitată timp de 1 an.

Folosiți încărcătorul original. Puțini oameni știu că în majoritatea cazurilor încărcătorul este încorporat direct în dispozitivele mobile, iar adaptorul extern de rețea doar scade tensiunea și redresează curentul rețelei electrice de uz casnic, adică nu afectează direct bateria. Unele gadget-uri, de ex. camere digitale, lipsă încorporată încărcătorși, prin urmare, bateriile lor litiu-ion sunt introduse într-un „încărcător” extern. Aici folosirea unui încărcător extern de calitate discutabilă în locul celui original poate afecta negativ performanța bateriei.

Evitați supraîncălzirea. Bine cel mai mare dușman Bateriile cu litiu-ion sunt expuse la temperaturi ridicate - nu pot tolera deloc supraîncălzirea. Prin urmare, păstrați dispozitivele mobile departe de lumina directă a soarelui și nu le lăsați în apropierea surselor de căldură, cum ar fi încălzitoarele electrice. Temperaturile maxime admise la care bateriile litiu-ion pot fi utilizate: de la –40°C la +50°C

De asemenea, poți să te uiți