Dopuszczalne zakresy temperatur ładowania i rozładowywania akumulatorów litowo-jonowych

Funkcje testowania

Badania liczby cykli przeprowadzono przy prądzie rozładowania 1C, dla każdego akumulatora przeprowadzono cykle rozładowania/ładowania aż do osiągnięcia 80% pojemności. Liczbę tę wybrano na podstawie czasu przeprowadzenia testu i w celu późniejszego porównania wyników. W niektórych testach liczba pełnych cykli równoważnych dochodzi do 7500.
Przeprowadzono testy żywotności przy różnych poziomach naładowania i temperaturach, co 40-50 dni wykonywano pomiary napięcia w celu monitorowania rozładowania, czas trwania testu wynosił 400-500 dni.

Główną trudnością w eksperymentach jest rozbieżność między deklarowaną pojemnością a rzeczywistą. Wszystkie akumulatory mają pojemność wyższą od deklarowanej, od 0,1% do 5%, co ma swój udział dodatkowy element nieprzewidywalność.

Najczęściej stosowano akumulatory NCA i NMC, ale testowano także akumulatory litowo-kobaltowe i fosforanowo-litowe.

Kilka terminów:
DoD – Depth of Discharge – głębokość rozładowania.
SoC – State of Charge – poziom naładowania.

Korzystanie z baterii

Liczba cykli

NA ten moment istnieje teoria, że ​​zależność liczby cykli, jaką akumulator może wytrzymać od stopnia rozładowania akumulatora w cyklu, ma postać (kolor niebieski oznacza cykle rozładowania, kolor czarny oznacza równoważne pełne cykle):

Krzywa ta nazywa się krzywą Wöhlera. Główny pomysł wywodzi się z mechaniki dotyczącej zależności liczby naciągów sprężyny od stopnia rozciągnięcia. Początkowa wartość 3000 cykli przy 100% rozładowaniu akumulatora jest średnią ważoną przy rozładowaniu 0,1°C. Niektóre akumulatory wykazują lepsze wyniki, inne gorsze. Przy prądzie 1C liczba pełnych cykli przy 100% rozładowaniu spada z 3000 do 1000-1500, w zależności od producenta.

Ogólnie rzecz biorąc, zależność ta, przedstawiona na wykresach, została potwierdzona wynikami eksperymentów, ponieważ Zaleca się ładowanie akumulatora, gdy tylko jest to możliwe.

Obliczanie superpozycji cykli

Przy zastosowaniu akumulatorów możliwa jest praca w dwóch cyklach jednocześnie (np. hamowanie regeneracyjne w samochodzie):


Powoduje to następujący cykl łączony:


Powstaje pytanie, jak to wpływa na pracę akumulatora, czy żywotność akumulatora znacznie się zmniejsza?

Zgodnie z wynikami eksperymentów, cykl łączony dał wyniki podobne do dodania pełnych równoważnych cykli dwóch niezależnych cykli. Te. Pojemność względna akumulatora w cyklu łączonym spadała wraz z sumą wyładowań w cyklu małym i dużym (zlinearyzowany wykres przedstawiono poniżej).


Bardziej znaczący jest efekt dużych cykli rozładowania, co oznacza, że ​​lepiej jest ładować akumulator przy każdej okazji.

Efekt pamięci

Efekt pamięci litu baterie jonowe nie zostało odnotowane zgodnie z wynikami eksperymentów. W różnych trybach jego całkowita pojemność nadal się nie zmieniała. Jednocześnie istnieje szereg prac potwierdzających tę obecność ten efekt w bateriach litowo-fosforanowych i litowo-tytanowych.

Przechowywanie baterii

Temperatury przechowywania

Nie dokonano tu żadnych niezwykłych odkryć. Temperatury Optymalna (w normalnym okresie użytkowania) temperatura przechowywania baterii to 20-25°C, jeśli nie jest używany. Podczas przechowywania akumulatora w temperaturze 50°C spadek pojemności następuje niemal 6 razy szybciej.
Oczywiście niższe temperatury są lepsze do przechowywania, ale w życiu codziennym oznacza to specjalne chłodzenie. Ponieważ temperatura powietrza w mieszkaniu wynosi zwykle 20-25°C, najprawdopodobniej przechowywanie będzie odbywało się w tej temperaturze.

Poziom naładowania

Jak wykazały testy, im niższy poziom naładowania, tym wolniejsze samorozładowanie akumulatora. Zmierzono pojemność baterii i jaka ona będzie dalsze wykorzystanie Po długoterminowe przechowywanie. Najlepsze wyniki wykazały akumulatory przechowywane z ładunkiem bliskim zera.
Ogólnie dobre wyniki pokazała akumulatory, które na początku przechowywania były przechowywane w stanie naładowania nie wyższym niż 60%. Liczby różnią się od poniższych dla 100% naładowania najgorsza strona(tj. bateria stanie się bezużyteczna wcześniej niż pokazano na rysunku):

Rysunek zaczerpnięty z artykułu 5 praktycznych wskazówek dotyczących używania akumulatorów litowo-jonowych
Jednocześnie dane dotyczące małych ładunków są bardziej optymistyczne (94% po roku przechowywania w temperaturze 40°C przy 40% SOC).
Ponieważ ładowanie 10% jest niepraktyczne, ponieważ czas pracy na tym poziomie jest bardzo krótki, Optymalne jest przechowywanie akumulatorów przy SOC 60%, co umożliwi korzystanie z niego w dowolnym momencie i nie wpłynie krytycznie na jego żywotność.

Główne problemy wyników eksperymentów

Nikt nie przeprowadził badań, które można uznać za stuprocentowo wiarygodne. Próbka z reguły nie przekracza kilku tysięcy baterii z milionów wyprodukowanych. Większość badaczy nie jest w stanie zapewnić wiarygodnych analiz porównawczych ze względu na niewystarczającą liczbę próbek. Ponadto wyniki tych eksperymentów są często informacjami poufnymi. Dlatego te zalecenia niekoniecznie dotyczą Twojej baterii, ale można je uznać za optymalne.

Wyniki eksperymentów

Optymalna częstotliwość ładowania – przy każdej okazji.
Optymalne warunki przechowywania to 20-25°C przy 60% naładowania akumulatora.

Źródła

1. Kurs „Bateryjne systemy magazynowania”, RWTH Aachen, prof. Dr. rer. nat. Dirka Uwe Sauera

Działanie, ładowanie, zalety i wady baterii litowych

Wiele osób korzysta dziś na co dzień z urządzeń elektronicznych. Telefony komórkowe, tablety, laptopy... Każdy wie o co chodzi. Jednak niewielu wie, że kluczowym elementem tych urządzeń jest bateria litowa. Prawie każde urządzenie mobilne jest wyposażone w tego typu baterię. Dzisiaj porozmawiamy o bateriach litowych. Baterie te i technologia ich produkcji stale się rozwijają. Znacząca aktualizacja technologia pojawia się raz na 1-2 lata. Rozważymy ogólna zasada działaniu baterii litowych, a odmianom zostaną poświęcone osobne materiały. Poniżej omówimy historię, działanie, przechowywanie, zalety i wady baterii litowych.

Badania w tym kierunku prowadzono już na początku XX wieku. „Pierwsze jaskółki” w rodzinie baterii litowych pojawiły się na początku lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku. Anoda tych akumulatorów została wykonana z litu. Szybko stały się popularne ze względu na wysoką energię właściwą. Dzięki obecności litu, bardzo aktywnego środka redukującego, konstruktorom udało się znacznie zwiększyć napięcie nominalne i energię właściwą elementu. Opracowanie, późniejsze testowanie i udoskonalanie technologii zajęło około dwóch dekad.

W tym czasie rozwiązano głównie problemy związane z bezpieczeństwem stosowania akumulatorów litowych, doborem materiałów itp. Ogniwa litowe wtórne z elektrolitami aprotonowymi i odmiany z katodą stałą są podobne w zachodzących w nich procesach elektrochemicznych. W szczególności anodowe rozpuszczanie litu zachodzi na elektrodzie ujemnej. Lit wprowadza się do sieci krystalicznej elektrody dodatniej. Gdy ogniwo akumulatora jest naładowane, procesy na elektrodach przebiegają w odwrotnym kierunku.

Materiały na elektrodę dodatnią zostały opracowane dość szybko. Głównym wymaganiem dla nich było to, że podlegają procesom odwracalnym.

Mówimy o ekstrakcji anodowej i wprowadzeniu katodowym. Procesy te nazywane są również deinterkalacją anodową i interkalacją katodową. Naukowcy przetestowali różne materiały jako katodę.

Wymóg był taki, że podczas jazdy na rowerze nie powinno być żadnych zmian. W szczególności zbadano następujące materiały:

• TiS2 (dwusiarczek tytanu);
• Nb(Se)n (selek niobu);
• siarczki i diselenki wanadu;
• siarczki miedzi i żelaza.

Wszystkie wymienione materiały mają strukturę warstwową. Prowadzono także badania z materiałami o bardziej złożonym składzie. W tym celu w małych ilościach stosowano dodatki niektórych metali. Były to pierwiastki z kationami o większym promieniu niż Li.

Wysoką specyficzną charakterystykę katody uzyskano stosując tlenki metali. Zbadano różne tlenki pod kątem odwracalności działania, które zależy od stopnia odkształcenia sieci krystalicznej materiału tlenkowego pod wpływem wprowadzenia do niego kationów litu. Uwzględniono także przewodność elektronową katody. Celem było zapewnienie, aby objętość katody zmieniała się o nie więcej niż 20 procent. Według badań najlepsze rezultaty wykazały tlenki wanadu i molibdenu.

Anoda była główną trudnością w tworzeniu baterii litowych. Dokładniej, podczas procesu ładowania, gdy następuje katodowe osadzanie Li. Tworzy to powierzchnię o bardzo wysoka aktywność. Lit osadza się na powierzchni katody w postaci dendrytów, w wyniku czego powstaje pasywny film.

Okazuje się, że folia ta otacza cząsteczki litu i uniemożliwia ich kontakt z podłożem. Proces ten nazywany jest enkapsulacją i polega na tym, że po naładowaniu akumulatora pewna część litu zostaje wyłączona z procesów elektrochemicznych.

W rezultacie po określonej liczbie cykli elektrody uległy zużyciu i została zakłócona stabilność temperaturowa procesów zachodzących wewnątrz baterii litowej.

W pewnym momencie element został podgrzany do temperatury topnienia Li i reakcja weszła w niekontrolowaną fazę. Tak więc na początku lat 90. wiele baterii litowych wróciło do przedsiębiorstw firm zajmujących się ich produkcją. Były to jedne z pierwszych baterii stosowanych w telefonach komórkowych. W momencie rozmowy (prąd sięga maksymalna wartość) w telefonie, z tych baterii wybuchł ogień. Było wiele przypadków poparzenia twarzy użytkownika. Tworzenie się dendrytów podczas osadzania litu, oprócz ryzyka pożaru i eksplozji, może prowadzić do zwarcia.

Dlatego badacze poświęcili wiele czasu i wysiłku na opracowanie metody obróbki powierzchni katod. Opracowano metody wprowadzania do elektrolitu dodatków zapobiegających tworzeniu się dendrytów. Naukowcy poczynili postępy w tym kierunku, ale problem nie został jeszcze całkowicie rozwiązany. Próbowali rozwiązać te problemy, używając litu metalicznego, inną metodą.

W ten sposób elektrodę ujemną zaczęto wytwarzać ze stopów litu, a nie z czystego Li. Najbardziej udany okazał się stop litu i aluminium. Kiedy następuje proces wyładowania, lit jest wytrawiany z elektrody z takiego stopu i odwrotnie podczas ładowania. Oznacza to, że podczas cyklu ładowania i rozładowania zmienia się stężenie Li w stopie. Oczywiście nastąpiła pewna utrata aktywności litu w stopie w porównaniu z metalicznym Li.

Potencjał elektrody stopowej spadł o około 0,2─0,4 wolta. Zmniejszyło się napięcie robocze akumulatora litowego i jednocześnie zmniejszyło się oddziaływanie pomiędzy elektrolitem a stopem. Stało się to czynnikiem pozytywnym, ponieważ samorozładowanie zmniejszyło się. Ale stop litu i aluminium nie jest powszechnie stosowany. Problem polegał na tym, że objętość właściwa tego stopu znacznie się zmieniała podczas jazdy na rowerze. Kiedy nastąpiło głębokie wyładowanie, elektroda stała się krucha i pokruszona. Ze względu na obniżenie specyficznych właściwości stopu zaprzestano badań w tym kierunku. Badano także inne stopy.

Badania wykazały, że najlepszym wyborem jest stop Li z metalami ciężkimi. Przykładem jest stop Wooda. Sprawdzały się dobrze pod względem utrzymywania określonej objętości, ale specyficzne właściwości były niewystarczające do stosowania w bateriach litowych.

W rezultacie, ponieważ lit metaliczny jest niestabilny, badania zaczęto podążać w innym kierunku. Zdecydowano się wykluczyć czysty lit ze składników baterii i wykorzystać jego jony. Tak pojawiły się akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion).

Gęstość energii akumulatorów litowo-jonowych jest mniejsza niż akumulatorów litowych. Ale ich bezpieczeństwo i łatwość obsługi są znacznie wyższe. Więcej na ten temat można przeczytać pod podanym linkiem.

Eksploatacja i żywotność

Eksploatacja

Zasady działania zostaną omówione na przykładzie powszechnie stosowanych baterii litowych urządzenia mobilne(telefony, tablety, laptopy). W większości przypadków takie akumulatory są chronione przed „głupcem” przez wbudowany kontroler. Jednak przydatne jest, aby użytkownik wiedział podstawowe rzeczy na temat konstrukcji, parametrów i działania baterii litowych.

Po pierwsze, pamiętaj, że bateria litowa musi mieć napięcie od 2,7 do 4,2 wolta. Dolna wartość wskazuje tutaj minimalny poziom naładowania, górna wskazuje maksymalny. W nowoczesnych akumulatorach litowych elektrody wykonane są z grafitu i w ich przypadku dolna granica napięcia wynosi 3 wolty (2,7 to wartość dla elektrod koksowniczych). Energia elektryczna, którą akumulator oddaje, gdy napięcie spadnie z górnej do dolnej granicy, nazywa się jego pojemnością.

Aby przedłużyć żywotność baterii litowych, producenci nieznacznie zawężają zakres napięcia. Często jest to 3,3─4,1 wolta. Jak pokazuje praktyka, maksymalny terminŻywotność baterii litowej osiąga się przy poziomie naładowania wynoszącym 45 procent. Jeśli akumulator zostanie nadmiernie naładowany lub nadmiernie rozładowany, jego żywotność ulegnie skróceniu. Zwykle zaleca się ładowanie baterii litowej na poziomie 15-20%. I musisz przerwać ładowanie natychmiast po osiągnięciu 100% pojemności.

Ale, jak już wspomniano, kontroler chroni akumulator przed przeładowaniem i głębokim rozładowaniem. Ta płyta sterująca z mikroukładem znajduje się w prawie wszystkich bateriach litowych. W różnych elektroniki użytkowej(tablet, smartfon, laptop) działanie kontrolera zintegrowanego z baterią uzupełnia także mikroukład wlutowany na płytkę samego urządzenia.

W sumie, prawidłowe działanie baterie litowe są dostarczane przez ich kontroler. Zasadniczo od użytkownika wymaga się, aby nie angażował się w ten proces i nie angażował się w działalność amatorską.

Dożywotni

Żywotność akumulatorów litowych wynosi około 500 cykli ładowania i rozładowania. Wartość ta dotyczy większości nowoczesnych akumulatorów litowo-jonowych i litowo-polimerowych. Żywotność może się zmieniać w czasie. Zależy to od intensywności użytkowania urządzenia mobilnego. Przy ciągłym użytkowaniu i obciążeniu aplikacjami wymagającymi dużej ilości zasobów (wideo, gry) bateria może wyczerpać swój limit w ciągu roku. Ale średnio żywotność baterii litowych wynosi 3-4 lata.

Proces ładowania

Warto od razu zaznaczyć, że do normalnej pracy akumulatora konieczne jest skorzystanie ze standardowej ładowarki dołączonej do gadżetu. W większości przypadków jest to źródło prądu stałego o napięciu 5 V. Standardowe ładowarki do telefonu lub tabletu dostarczają zwykle prąd o wartości około 0,5─1*C (C to nominalna pojemność baterii).
Standardowy tryb ładowania baterii litowej jest następujący. Tryb ten stosowany jest w kontrolerach Sony i zapewnia maksymalne ładowanie. Poniższy rysunek przedstawia ten proces w formie graficznej.

Proces składa się z trzech etapów:

• Czas trwania pierwszego etapu wynosi około godziny. W takim przypadku prąd ładowania jest utrzymywany na stałym poziomie, aż napięcie akumulatora osiągnie 4,2 wolta. Na koniec stopień naładowania wynosi 70%;
• drugi etap również trwa około godziny. W tym czasie sterownik utrzymuje stałe napięcie 4,2 V, a prąd ładowania maleje. Kiedy prąd spadnie do około 0,2*C, rozpoczyna się ostatni etap. Na koniec stopień naładowania wynosi 90%;
• w trzecim etapie prąd maleje w sposób ciągły przy napięciu 4,2 wolta. Zasadniczo etap ten powtarza etap drugi, ale ma ścisły limit czasowy wynoszący 1 godzinę. Następnie sterownik odłącza akumulator od ładowarki. Na koniec stan naładowania wynosi 100%.

Kontrolery, które są w stanie zapewnić taką inscenizację, są dość drogie. Znajduje to odzwierciedlenie w cenie akumulatora. Aby obniżyć koszty, wielu producentów instaluje w akumulatorach sterowniki z uproszczonym systemem ładowania. Często jest to dopiero pierwszy etap. Ładowanie zostaje przerwane, gdy napięcie osiągnie 4,2 V. Ale w tym przypadku bateria litowa jest ładowana tylko do 70% swojej pojemności. Jeśli ładowanie baterii litowej urządzenia zajmuje maksymalnie 3 godziny, najprawdopodobniej ma ono uproszczony kontroler.

Warto zwrócić uwagę na wiele innych kwestii. Wykonuj to okresowo (raz na 2-3 miesiące). pełne rozładowanie Bateria (aby telefon się wyłączył). Następnie jest w pełni naładowany do 100%. Następnie wyjmij baterię na 1-2 minuty, włóż i włącz telefon. Poziom naładowania będzie niższy niż 100%. Naładuj całkowicie i wykonaj tę czynność kilka razy, aż po włożeniu baterii pojawi się pełne naładowanie.

Pamiętaj o tym przez złącze USB do laptopa, biurkowy, adapter z gniazda zapalniczki w samochodzie, ładowanie przebiega znacznie wolniej niż ze standardowej ładowarki. Wynika to z ograniczenia Interfejs USB przy prądzie 500 mA.

Pamiętaj też o tym, gdy jest zimno i nisko ciśnienie atmosferyczne Baterie litowe tracą część swojej pojemności. W ujemnych temperaturach akumulator tego typu przestaje działać.

Bateria litowa jest urządzeniem bezpiecznym i energochłonnym. Jego główną zaletą jest praca bez ładowania przez długi czas. Potrafi funkcjonować pod wpływem nawet najbardziej niskie temperatury. Ze względu na zdolność do magazynowania energii, bateria litowa jest lepsza od innych typów. Dlatego ich produkcja z roku na rok wzrasta. Mogą mieć dwa kształty: cylindryczny i pryzmatyczny.

Aplikacja

Są szeroko stosowane w technologia komputerowa, telefony komórkowe i inny sprzęt. Ładowarki do akumulatorów litowych posiadają napięcie robocze 4 V. Najważniejszą zaletą jest praca w szerokim zakresie temperatur, który waha się od -20°C do +60°C. Obecnie dostępne są akumulatory, które mogą pracować w temperaturach poniżej -30°C. Co roku programiści starają się zwiększać zarówno dodatnie, jak i ujemne zakresy temperatur.

Początkowo bateria litowa traci około 5% swojej pojemności, a liczba ta rośnie z każdym miesiącem. Ten wskaźnik jest lepszy niż u innych przedstawicieli baterii. W zależności od napięcia ładowania wytrzymują od 500 do 1000 cykli.

Rodzaje baterii litowych

Istnieją rodzaje baterii litowych, które można znaleźć w różne obszary gospodarka domowa i przemysłowa:

• litowo-jonowy – do zasilania głównego lub rezerwowego, transportu, elektronarzędzi;
• sól niklowa – transport drogowy i kolejowy;
• nikiel-kadm - przemysł stoczniowy i lotniczy;
• żelazo-nikiel - zasilanie;
• nikiel-wodór - przestrzeń;
• nikiel-cynk - kamery;
• srebro-cynk - przemysł wojskowy itp.

Główne typy to baterie litowo-jonowe. Wykorzystuje się je w energetyce, produkcji elektronarzędzi, telefonów itp. Baterie mogą pracować w temperaturach od -20°C do +40°С, ale trwają prace nad zwiększeniem tych zakresów.

Przy napięciu zaledwie 4 V wytwarzana jest wystarczająca ilość ciepła właściwego.

Dzielą się na różne podtypy, które różnią się składem katody. Modyfikuje się go poprzez zastąpienie grafitu lub dodanie do niego specjalnych substancji.

Baterie litowe: urządzenie

Z reguły takie urządzenia są produkowane w kształcie pryzmatycznym, ale istnieją również modele w korpusie cylindrycznym. Wnętrze składa się z elektrod lub separatorów. Korpus wykonany jest ze stali lub aluminium. Styki wychodzą na pokrywę akumulatora i muszą być izolowane. Baterie pryzmatyczne zawierają określoną liczbę płytek. Są ułożone jeden na drugim. Aby zapewnić dodatkowe bezpieczeństwo, bateria litowa ma specjalne urządzenie. Znajduje się wewnątrz i służy do kontrolowania procesu pracy.

W sytuacji niebezpiecznej urządzenie wyłącza akumulator. Dodatkowo sprzęt wyposażony jest w ochronę zewnętrzną. Obudowa jest całkowicie szczelna, dzięki czemu nie dochodzi do wycieku elektrolitu, a także dostania się wody do środka. Ładunek elektryczny pojawia się dzięki jonom litu, które oddziałują z siecią krystaliczną innych pierwiastków.

Wkrętak z baterią litową

Może pomieścić trzy typy akumulatorów, które różnią się składem katod:

• kobalt-lit;
• żelazofosforan litu;
• litowo-manganowy.

Wkrętak z baterią litową różni się od innych niskim poziomem samorozładowania. Inny ważna zaleta- nie wymaga konserwacji. Jeśli bateria litowa się zepsuje, można ją wyrzucić, ponieważ nie szkodzi to ludziom ani środowisku. Jedynym minusem jest niskie ładowanie akumulatorów litowych, a także wysokie wymagania bezpieczeństwa. Ładowanie go w ujemnych temperaturach jest trudne.

Główna charakterystyka

Działanie wkrętarki, stan jej mocy i czas możliwej pracy zależą od właściwości technicznych. Inne wskaźniki techniczne obejmują:

• napięcie jednej baterii w urządzeniu może wynosić od 3 do 5 V;
• wskaźnik maksymalnej energochłonności osiąga 400 Wh/l;
• utrata ładunku własnego o 5%, a z biegiem czasu o 20%;
• złożony tryb ładowania;
• Bateria jest w pełni naładowana w ciągu 2 godzin;
• rezystancja od 5 do 15 mOhm/Ah;
• liczba cykli - 1000 razy;
• żywotność - od 3 do 5 lat;
• stosowanie różne rodzaje prąd przy określonych pojemnościach akumulatorów, na przykład pojemność 65 ºС - używany Waszyngton.

Produkcja

Większość producentów dąży do tego, aby elektronarzędzia były bardziej zaawansowane i zgodne z nowoczesną technologią.

Aby to zrobić, konieczne jest zapewnienie w projekcie dobrych akumulatorów. Najpopularniejsze firmy produkcyjne to:

1. Firma Bosh. Lit akumulator wyprodukowane w nowej technologii ECP. To ona kontroluje rozładowanie urządzenia. Kolejna z niej przydatna właściwość stanowi zabezpieczenie przed przegrzaniem. Przy dużej mocy specjalne urządzenie obniża temperaturę. Konstrukcja baterii posiada otwory, które służą jako wentylacja i chłodzenie baterii. Kolejną technologią jest Charge, dzięki której ładowanie następuje znacznie szybciej. Ponadto Bosh produkuje akumulatory do różnych elektronarzędzi. Wielu użytkowników odchodzi dobre opinie o tej firmie.
2. Firma Makita. Produkuje własne mikroukłady, które kontrolują wszystkie parametry pracy i procesy w akumulatorze, na przykład temperaturę, zawartość ładunku. Dzięki temu możesz wybrać tryb ładowania i czas ładowania. Takie mikroukłady zwiększają żywotność. Akumulatory mają dość mocną obudowę, dzięki czemu nie podlegają naprężeniom mechanicznym.
3. Firma Hitachi. Dzięki najnowszym technologiom zmniejszono wagę i gabaryty akumulatora. Dlatego narzędzia elektryczne stają się lekkie i mobilne.

Cechy działania

Podczas korzystania z akumulatora należy przestrzegać następujących zasad:

1. Nie ma potrzeby stosowania baterii litowej do poszczególnych niezabezpieczonych elementów i kupowania tanich chińskich części. Takie urządzenie nie będzie bezpieczne, ponieważ nie będzie systemu chroniącego przed zwarciami i podwyższonymi temperaturami. Oznacza to, że jeśli akumulator znacznie się przegrzeje, może eksplodować, a jego żywotność będzie znacznie krótsza.
2. Nie podgrzewaj akumulatora. Wraz ze wzrostem temperatury wewnątrz urządzenia wzrasta ciśnienie. Działania te doprowadzą do eksplozji. Nie ma zatem konieczności otwierania górnej pokrywy akumulatora i umieszczania go w miejscach narażonych na działanie promieni słonecznych. Takie działania skrócą żywotność.
3. Nie zbliżaj dodatkowych źródeł prądu w pobliże styków na górze pokrywy, gdyż może dojść do zwarcia. Wbudowane systemy zabezpieczeń nie zawsze pomogą w tej kwestii.
4. Akumulator należy ładować zgodnie ze wszystkimi zasadami. Podczas ładowania należy stosować takie, które równomiernie rozprowadzają prąd.
5. Procedurę ładowania akumulatora przeprowadza się przy dodatniej temperaturze.
6. Jeśli zachodzi potrzeba podłączenia kilku baterii litowych, należy użyć modeli tego samego producenta i podobnych parametrów technicznych.
7. Trzymać baterie litowe powinien znajdować się w suchym miejscu, które nie jest narażone na działanie promienie słoneczne o temperaturze wyższej niż 5 ºС. Gdy sprzęt zostanie wystawiony na działanie wysokich temperatur, ładunek spadnie. Przed przechowywaniem okres zimowy roku akumulator jest naładowany do 50% swojej pojemności. Należy uważać, aby akumulator nie był całkowicie rozładowany. Jeżeli tak się stanie, należy go natychmiast naładować. Jeżeli na korpusie występują uszkodzenia mechaniczne, a także oznaki rdzy, urządzenia nie można używać.
8. Jeśli podczas pracy akumulator ulegnie znacznemu przegrzaniu lub zacznie dymić, należy natychmiast zaprzestać jego użytkowania. Następnie przenieś uszkodzone urządzenie w bezpieczne miejsce. Jeżeli substancja wydostanie się z organizmu, należy zapobiegać jej kontaktowi ze skórą lub innymi narządami.
9. Nie wyrzucaj ani nie spalaj baterii litowych. Ich utylizacja następuje, gdy uszkodzenie mechaniczne obudowy, eksplozji lub przedostania się wody lub pary.

O ogniu

Jeżeli w akumulatorze litowym pojawi się pożar, nie można go ugasić wodą i gaśnicą – dwutlenek węgla i woda mogą reagować z litem. Aby go ugasić, należy użyć piasku, soli, a także grubej szmatki.

Proces ładowania

Bateria litowa, z której ładowarka jest podłączona do prądu stałego, jest ładowana napięciem 5 V i wyższym.

Mają jedną wadę - nie są odporne na przeładowanie. Wzrost temperatury wewnątrz obudowy prowadzi do uszkodzeń.

Instrukcja obsługi wskazuje specjalny poziom. Po jego osiągnięciu należy go naładować. Jeśli zwiększysz napięcie ładowania, właściwości baterii litowej znacznie się zmniejszą.

Jak wspomniano wcześniej, żywotność baterii wynosi 3 lata. Aby zachować ten okres, należy przestrzegać warunków eksploatacji, ładowania i przechowywania. Ponadto muszą być trwale funkcjonalne i nie mogą być przechowywane.

Przeciążenie

Konstrukcja akumulatora uwzględnia system ładowania, dzięki czemu nie trzeba odłączać ładowarki i nie bać się, że kompozycja w środku się zagotuje, jak to ma miejsce w przypadku akumulatorów samochodowych.

Jeśli sprzęt będzie przechowywany dłużej niż miesiąc, należy go całkowicie rozładować. To znacznie wydłuży żywotność.

Cena

Cena akumulatora litowo-jonowego zależy od pojemności i parametrów technicznych.

Średnio waha się od 100 do 500 rubli. Pomimo tych kosztów wielu użytkowników odchodzi pozytywne recenzje. Wśród pozytywne aspekty Posiadają szeroki zakres temperatur pracy, dużą moc i zdolność do pracy przez ponad 1000 cykli (około 3 lata intensywnego użytkowania). Urządzenia znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach, dlatego każdy może docenić ich zalety.

Dowiedzieliśmy się więc, jakie są baterie litowe.

Kiedy mówią o bateriach lub akumulatorach litowych, najczęściej nawet nie zdają sobie sprawy, że w ciągu ostatnich kilku lat pojawiło się ich prawie kilkanaście, a każdy z nich jest litowy z różnymi dodatkami innych pierwiastki chemiczne ostatecznie znacznie różniące się od siebie.

Przyjrzyjmy się ich typom i zacznijmy od klasyki:

Baterie litowo-jonowe to klasyczne akumulatory, w których jony litu przemieszczają się z elektrody ujemnej do dodatniej podczas rozładowywania i z powrotem podczas ładowania. Baterie litowo-jonowe są szeroko stosowane w elektronice użytkowej. Są jednym z najpopularniejszych typów akumulatorów do przenośnych urządzeń elektronicznych, charakteryzującym się jedną z najlepszych gęstości energii, brakiem efektu pamięci i powolną utratą ładunku, gdy nie są używane (niskie samorozładowanie).

Seria ta obejmuje akumulatory o rozmiarach cylindrycznych i pryzmatycznych. Li-ion ma największą gęstość mocy ze wszystkich akumulatorów starego typu. Bardzo niska waga i długa żywotność sprawiają, że jest to idealny produkt do wielu rozwiązań.

Tytanian litu (tytanian litu) jest stosunkowo nowa klasa akumulatory litowo-jonowe - (więcej szczegółów). Charakteryzuje się bardzo długim cyklem życia, liczonym w tysiącach cykli. Tytanian litowo-ołowiowy jest również bardzo bezpieczny i porównywalny pod tym względem z fosforanem żelaza. Gęstość energii jest niższa niż w przypadku innych litowo-jonowych źródeł zasilania, a jego napięcie znamionowe wynosi 2,4 V.

Ta technologia jest bardzo zróżnicowana szybkie ładowanie, Niski opór wewnętrzny, bardzo wysoka żywotność i doskonała wytrzymałość (również bezpieczeństwo). LTO znalazło zastosowanie głównie w pojazdach elektrycznych i zegarek na rękę. W Ostatnio zaczyna znajdować zastosowanie w mobilnych urządzeniach medycznych ze względu na wysoki poziom bezpieczeństwa. Jedną z cech tej technologii jest wykorzystanie nanokryształów na anodzie zamiast węgla, co zapewnia znacznie bardziej efektywną powierzchnię. Niestety, ta bateria ma niższe napięcia niż inne typy baterii litowych.

Osobliwości:

• Energia właściwa: około 30-110Wh/kg
• Gęstość energii: 177 W * godz./l
• Moc właściwa: 3000-5100 W/kg
• Wydajność rozładowania: około 85%; wydajność ładowania ponad 95%
• Cena energii: 0,5 W/dolar
• Okres ważności: > 10 lat
• Samorozładowanie: 2-5%/miesiąc
• Trwałość: 6000 cykli do 90% pojemności
• Napięcie nominalne: 1,9 do 2,4 V
• Temperatura: -40 do +55°C
• Metoda ładowania: wykorzystuje stabilny prąd stały, a następnie stałe napięcie, aż osiągnie próg.

Wzór chemiczny: Li4Ti5O12 + 6LiCoO2< >Li7Ti5O12 + 6Li0,5CoO2(E=2,1 V)

Litowo-polimerowy ma wyższą gęstość energii pod względem masy niż akumulatory litowo-jonowe. W bardzo cienkich ogniwach (do 5 mm) polimer litowy zapewnia dużą objętościową gęstość energii. Doskonała stabilność przy przepięciach i wysokich temperaturach.

Baterie tej serii mogą być produkowane w zakresie od 30 do 23000 mAh, w obudowach pryzmatycznych i cylindrycznych. Baterie litowo-polimerowe oferują szereg zalet: większą gęstość energii objętościowo, elastyczność w zakresie rozmiarów ogniw i większy margines bezpieczeństwa, przy doskonałej stabilności napięcia nawet w wysokich temperaturach. Główne zastosowania: przenośne odtwarzacze, Bluetooth, urządzenia bezprzewodowe, PDA i aparaty cyfrowe, rowery elektryczne, Nawigatory GPS, laptopy, e-booki.

Osobliwości:

• Napięcie znamionowe: 3,7 V
• Napięcie ładowania: 4,2±0,05 V
• Prąd ładowania, prędkość: 0,2-10C
• Limit napięcia rozładowania: 2,5 V
• Prędkość rozładowania: do 50C
• Wytrzymałość cyklu: 400 cykli

Fosforan litowo-żelazowy ma dobre cechy bezpieczeństwo, długoterminowy serwisu (do 2000 cykli) i niskie koszty produkcji. Akumulatory LiFePO4 doskonale sprawdzają się przy dużych prądach rozładowania, np. w sprzęcie wojskowym, elektronarzędziach, rowerach elektrycznych, komputery mobilne, UPS i systemy energii słonecznej.

Jako nowy materiał anodowy do akumulatorów litowo-jonowych, lifepo4 został wprowadzony na rynek w 1997 roku i do chwili obecnej był stale udoskonalany. Dzięki niemu przyciągnął uwagę ekspertów niezawodne bezpieczeństwo, trwałość, niski wpływ na środowisko podczas utylizacji oraz wygodne właściwości ładowania i rozładowywania. Wielu ekspertów twierdzi, że akumulatory lifepo4 są dzisiejsze najlepsza opcja Dla autonomiczne zasilanie elektronika.

Dwutlenek siarki litowo (akumulator Li i SO2) - akumulatory te charakteryzują się dużą gęstością energii i dobrą odpornością na wyładowania o dużej mocy. Elementy takie wykorzystywane są głównie w naukach wojskowych, meteorologii i astronautyce.

Baterie litowo-siarkowe z anodą litowo-metalową (najlżejszą ze wszystkich metali) i katodą ciekłą zawierającą porowaty kolektor prądu węglowego wypełniony dwutlenkiem siarki (SO2) wytwarzają napięcie 2,9 V i mają kształt cylindryczny.

Osobliwości:

• Wysoki napięcie robocze, stabilny przez większą część wyładowania
• Wyjątkowo niskie samorozładowanie
• Wydajność w ekstremalne warunki
• Szeroki zakres temperatur pracy (-55°C do +65°C)

Dwutlenek litowo-manganowy (akumulator Li-MnO2) – akumulatory te posiadają lekką anodę litowo-metalową i katodę ze stałego dwutlenku manganu, zanurzone w niekorozyjnym, nietoksycznym elektrolicie organicznym. Ten typ baterii jest zgodny z dyrektywą UE RoHS i charakteryzuje się Duża pojemność, wysoka wydajność rozładowania i długa żywotność.

Li-MnO2 jest szeroko stosowany w zasilaczach rezerwowych, sygnalizatorach awaryjnych, alarmach przeciwpożarowych, systemy elektroniczne kontrola dostępu, kamery cyfrowe, sprzęt medyczny.

Osobliwości:

• Wysoka gęstość energii
• Bardzo stabilne napięcie rozładowania
• Ponad 10-letni okres przydatności do spożycia
• Temperatura pracy: -40 do +60°С

Baterie litowo-chlorkowe tionylu (lit-SOCl2) mają lekką anodę litowo-metalową i ciekłą katodę zawierającą porowaty kolektor prądu węglowego wypełniony chlorkiem tionylu (SOCl2). Bateria Li-SOCL2 jest idealna do urządzenia samochodowe, sprzęt medyczny oraz urządzenia wojskowe i lotnicze. Posiadają najszerszy zakres temperatur pracy od -60 do +150°C.

Osobliwości:

• Wysoka gęstość energii
• Długi okres przydatności do spożycia
• Szeroki zakres temperatur
• Dobre uszczelnienie
• Stabilne napięcie rozładowania

Akumulatory Li-FeS2

Baterie i baterie Li-FeS2 oznaczają dwusiarczek litu i żelaza. Informacje o nich zostaną dodane później.

Kluczowy element Mobilność urządzeń elektronicznych to akumulator (AB). Rosnące wymagania zapewnienia im jak najdłuższej autonomii stymulują ciągłe badania w tym obszarze i prowadzą do powstawania nowych rozwiązań technologicznych.

Pojawiła się alternatywa dla powszechnie stosowanych akumulatorów niklowo-kadmowych (Ni-Cd) i niklowo-wodorkowych (Ni-MH) - najpierw akumulatory litowe, a następnie bardziej zaawansowane akumulatory litowo-jonowe (Li-ion).

Historia wyglądu

Pierwsze takie baterie pojawiły się już w latach 70-tych. ostatni wiek. Natychmiast zyskały popularność ze względu na swoje bardziej zaawansowane właściwości. Anoda ogniw została wykonana z litu metalicznego, którego właściwości umożliwiły zwiększenie energii właściwej. Tak narodziły się baterie litowe.

Nowe akumulatory miały istotną wadę - zwiększone ryzyko wybuchu i pożaru. Przyczyną było tworzenie się filmu litowego na powierzchni elektrod, co doprowadziło do naruszenia stabilności temperaturowej. W momencie maksymalnego obciążenia akumulator może eksplodować.

Ulepszenia technologiczne doprowadziły do ​​rezygnacji z czystego litu w elementach akumulatorów na rzecz wykorzystania jego dodatnio naładowanych jonów. Dobrym rozwiązaniem okazał się akumulator litowo-jonowy.

Ten typ akumulatorów jonowych charakteryzuje się większym bezpieczeństwem, które uzyskuje się dzięki nieznacznemu zmniejszeniu gęstości energii, jednak ciągły postęp technologiczny pozwolił na ograniczenie strat tego wskaźnika do minimum.

Urządzenie

Wprowadzenie do produkcji akumulatorów litowo-jonowych elektroniki użytkowej nastąpił przełom po opracowaniu akumulatora z katodą wykonaną z materiału węglowego (grafitu) i anodą wykonaną z tlenku kobaltu.

Podczas rozładowywania akumulatora jony litu są usuwane z materiału katody i włączane do tlenku kobaltu przeciwnej elektrody, podczas ładowania proces przebiega w odwrotnym kierunku. W ten sposób powstaje prąd elektryczny, gdy jony litu przemieszczają się z jednej elektrody na drugą.

Akumulatory Li-Ion produkowane są w wersji cylindrycznej i pryzmatycznej. W konstrukcji cylindrycznej dwa paski płaskich elektrod oddzielonych materiałem impregnowanym elektrolitem są zwinięte i umieszczone w szczelnej metalowej obudowie. Materiał katody nanosi się na folię aluminiową, materiał anodowy nanosi się na folię miedzianą.

Pryzmatyczną konstrukcję baterii uzyskuje się poprzez ułożenie prostokątnych płytek jedna na drugiej. Ta forma baterii umożliwia gęstsze rozmieszczenie urządzenia elektronicznego. Produkowane są także akumulatory pryzmatyczne z elektrodami walcowanymi skręconymi w spiralę.

Eksploatacja i żywotność

Długie, pełne i bezpieczną pracę akumulatory litowo-jonowe są możliwe, jeśli będziesz przestrzegać zasad obsługi; zaniedbanie ich nie tylko skróci żywotność produktu, ale może prowadzić do negatywne konsekwencje.

Eksploatacja

Kluczowym wymogiem działania akumulatorów Li-Ion jest temperatura – nie można dopuścić do przegrzania. Wysokie temperatury mogą spowodować maksymalne szkody, a przyczyną przegrzania może być: źródło zewnętrzne, a także stresujące tryby ładowania i rozładowywania baterii.

Na przykład podgrzanie do 45°C prowadzi do 2-krotnego zmniejszenia pojemności akumulatora. Tę temperaturę można łatwo osiągnąć, gdy urządzenie jest wystawione na długotrwałe działanie słońca lub podczas wykonywania zastosowań energochłonnych.

Aby jak najlepiej zachować wydajność baterii w letnie upały, należy używać tryb oszczędzania energii, która jest dostępna na większości urządzeń mobilnych.

Niskie temperatury mają również negatywny wpływ na akumulatory jonowe; w temperaturach poniżej -4°C akumulator nie jest już w stanie zapewnić pełnej mocy.

Jednak zimno nie jest tak szkodliwe dla akumulatorów Li-Ion jak ciepło i najczęściej nie prowadzi do nieodwracalnych uszkodzeń. Pomimo tego, że po ogrzaniu do temperatury pokojowej właściwości użytkowe akumulatora zostają całkowicie przywrócone, nie należy zapominać o spadku pojemności na zimno.

Kolejnym zaleceniem stosowania akumulatorów Li-Ion jest zapobieganie ich głębokiemu rozładowaniu. Wiele akumulatorów poprzednich generacji posiadało efekt pamięci, który wymagał rozładowania do zera, a następnie pełnego naładowania. Akumulatory Li-Ion nie mają takiego efektu, a pojedyncze przypadki całkowitego rozładowania nie prowadzą do negatywnych konsekwencji, ale ciągłe głębokie rozładowanie jest szkodliwe. Zaleca się podłączanie ładowarki, gdy poziom naładowania wynosi 30%.

Dożywotni

Błędny Działanie Li-Ion akumulatory mogą skrócić ich żywotność 10-12 razy. Okres ten zależy bezpośrednio od liczby cykli ładowania. Uważa się, że bateria Typ litowo-jonowy wytrzymuje od 500 do 1000 cykli, biorąc pod uwagę całkowite rozładowanie. Więcej wysoki procent Pozostały poziom naładowania przed rozpoczęciem następnego ładowania znacznie zwiększa żywotność baterii.

Ponieważ żywotność akumulatorów Li-Ion zależy w dużej mierze od warunków pracy, niemożliwe jest określenie dokładnej żywotności tych akumulatorów. Można oczekiwać, że akumulator tego typu będzie działał średnio 7–10 lat, jeśli będzie właściwie konserwowany.

Proces ładowania

Podczas ładowania należy unikać podłączania akumulatora do ładowarki na zbyt długi czas. Normalna praca akumulatora litowo-jonowego odbywa się przy napięciu nie przekraczającym 3,6 V. Podczas ładowania ładowarki podają na wejście akumulatora napięcie 4,2 V. W przypadku przekroczenia czasu ładowania w akumulatorze mogą rozpocząć się niepożądane reakcje elektrochemiczne, które prowadzić do przegrzania i wszystkich wynikających z tego konsekwencji.

Twórcy wzięli tę cechę pod uwagę – nad bezpieczeństwem ładowania nowoczesnych akumulatorów Li-Ion czuwa specjalne wbudowane urządzenie, które przerywa proces ładowania, gdy napięcie wzrośnie powyżej dopuszczalnego poziomu.

W przypadku akumulatorów litowych prawidłowa jest metoda ładowania dwustopniowego. W pierwszym etapie akumulator musi zostać naładowany, zapewniając stały prąd ładowania, drugi etap musi się odbyć Napięcie stałe i stopniowy spadek prądu ładowania. Algorytm ten jest zaimplementowany sprzętowo w większości ładowarek domowych.

Przechowywanie i utylizacja

Akumulator litowo-jonowy można przechowywać dość długo, samorozładowanie wynosi 10-20% rocznie. Ale jednocześnie następuje stopniowe pogarszanie się właściwości produktu (degradacja).

Proces recyklingu ogniw litowo-jonowych musi być przeprowadzany w wyspecjalizowanych przedsiębiorstwach, które posiadają odpowiednią licencję. Około 80% materiałów pochodzących z recyklingu akumulatorów można ponownie wykorzystać do produkcji nowych akumulatorów.

Bezpieczeństwo

Akumulator litowo-jonowy, nawet o miniaturowych rozmiarach, niesie ze sobą ryzyko wybuchowego samozapłonu. Ta cecha tego typu akumulatorów wymaga przestrzegania środków bezpieczeństwa na wszystkich etapach, od opracowania po produkcję i magazynowanie.

Aby zwiększyć bezpieczeństwo akumulatorów litowo-jonowych podczas produkcji, zastosowano niewielki tablica elektroniczna– system monitorowania i sterowania, którego zadaniem jest eliminacja przeciążeń i przegrzań. Mechanizm elektroniczny zwiększa rezystancję obwodu, gdy temperatura wzrasta powyżej ustalonego limitu. Niektóre modele akumulatorów mają wbudowany przełącznik mechaniczny, który przerywa obwód, gdy wzrasta ciśnienie wewnątrz akumulatora.

Ponadto w obudowach akumulatorów często instaluje się zawór bezpieczeństwa, aby zmniejszyć ciśnienie w sytuacjach awaryjnych.

Plusy i minusy baterii litowych

Zaletami tego typu baterii są:

• wysoka gęstość energii;
• brak efektu pamięci;
• długa żywotność;
• niski wskaźnik samorozładowania;
• nie ma potrzeby konserwacji;
• zapewniając stałe parametry pracy w stosunkowo szerokim zakresie temperatur.

Bateria litowa ma pewne wady:

• ryzyko samozapłonu;
• wyższy koszt niż jego poprzednicy;
• potrzeba wbudowanego kontrolera;
• niepożądane głębokie rozładowanie.

Technologie produkcji akumulatorów Li-Ion są stale udoskonalane, a wiele wad stopniowo odchodzi w przeszłość.

Obszar zastosowań

Wysoka gęstość energii akumulatorów litowo-jonowych determinuje ich główny obszar zastosowania - mobilne urządzenia elektroniczne: laptopy, tablety, smartfony, kamery wideo, aparaty fotograficzne, systemy nawigacji, różne czujniki wbudowane i szereg innych produktów.

Istnienie cylindrycznego kształtu tych akumulatorów pozwala na ich stosowanie w latarkach, telefony stacjonarne i inne urządzenia, które wcześniej pobierały energię z baterii jednorazowych.

Zasada budowy akumulatorów litowo-jonowych ma kilka odmian, typy różnią się rodzajem zastosowanych materiałów (lit-kobalt, lit-mangan, litowo-niklowo-mangan-tlenek kobaltu itp.). Każdy z nich znajduje swój własny obszar zastosowania.

Oprócz elektroniki mobilnej grupa akumulatorów litowo-jonowych znajduje zastosowanie w następujących obszarach:

• narzędzia ręczne z napędem elektrycznym;
• przenośny sprzęt medyczny;
• zasilacze bezprzerwowe;
• systemy bezpieczeństwa;
• moduły oświetlenia awaryjnego;
• stacje zasilane energią słoneczną;
• samochody elektryczne i rowery elektryczne.

Biorąc pod uwagę ciągłe doskonalenie technologii litowo-jonowej i postęp w tworzeniu akumulatorów o dużej pojemności w małych rozmiarach, można przewidywać rozszerzenie obszarów zastosowań tego typu akumulatorów.

Cechowanie

Parametry litowo-jonowe są zaznaczone na korpusie produktu, a zastosowane kodowanie może się znacznie różnić dla różnych standardowych rozmiarów. Nie opracowano jeszcze jednolitego standardu etykietowania akumulatorów dla wszystkich producentów, ale nadal możliwe jest samodzielne określenie najważniejszych parametrów.

Litery w linii oznaczenia wskazują typ ogniwa i użyte materiały: pierwsza litera I oznacza technologię litowo-jonową, kolejna litera (C, M, F lub N) określa skład chemiczny, trzecia litera R oznacza, że ​​element można ponownie naładować.

Liczby w nazwie standardowego rozmiaru wskazują rozmiar baterii w milimetrach: pierwsze dwie cyfry to średnica, a pozostałe dwie to długość. Na przykład 18650 oznacza średnicę 18 mm i długość 65 mm, 0 oznacza kształt cylindryczny.

Ostatnie litery i cyfry w rzędzie to oznaczenia pojemników specyficzne dla każdego producenta. Nie ma też jednolitych standardów oznaczania daty produkcji.