Особенности литий-ионных аккумуляторов

19.09.2017 Виды 29160 li-ion

Главное что останется после Apple – это её вклад в развитие здравоохранения

Apple действительно делает очень многое на этом направлении. То что все это делается из обычных “шкурных” побуждений нисколько не обесценивает результаты этих действий. Но всякий паз когда я слышу про Apple и здоровье я вспоминаю случай, произошедший в КНР несколько лет тому назад. Молодой китаец страстно мечтал приобрести iPhone последней на тот момент модели – на что у него не было ни денег, ни надежды их заработать. И тогда он продал свою почку. Неудачно. Проблемы при этой операции, хоть и нечасто, но случаются. Он умер. Я не считаю Apple виновной в этом, но осадочек все же остался.

Apple заботится об экологии: и штаб-квартира компании, и практически все отделения компании в США и за их пределами, используют только возобновляемую энергию. Mac’и, iPhone’ы, iPad’ы и другие её изделия не содержат вредных для здоровья или для экологии компонентов. Трогательно. Они так часто об этом говорят, что это раздражает. Но все эти утверждения обязательно подтверждаются сертификатами от независимых учреждений, и почти наверняка все это – правда. В Apple делают всё, что в их силах для сохранения мира и природы. Не только в Apple: в некогда отравленных насмерть больших реках Европы уже снова ловятся рыбы осетровых пород, способные жить только в идеально чистых водах. Но литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы в “яблочных” изделиях, конечно если их не разбирать в домашних условиях, практически безопасны – а вот с материалами из которых их производят не все благополучно. Точнее, с их добычей.

Большая часть лития добывается в Южной Америке, чилийской компанией SQM (Sociedad Química y Minera), на 51% принадлежащей китайской компании Tianqi (читается “Тяньци”). А процесс добычи, не изменившийся за последние 15 лет, дёшев и сердит. Потребность в литии могла бы пойти на спад, производство мобильных и портативных устройств в мире сокращается уже несколько лет, но на сцене появился еще один пожиратель лития, это те самые электромобили, которых принято считать экологическим видом транспорта. Там где они используются, действительно, воздух становится чище. Но литий-ионные батареи этих экологически-чистых средств передвижения заставляют добывать все больше и больше лития. Нанося все более непоправимый ущерб экологии небогатых стран.

В литий-ионных аккумуляторах литий используется для изготовления анодов. Катоды в них, чаще всего, изготовляют из кобальта. Очень вредного металла, почти 90% которого добывается в Конго. С 2012 по 2019 тонна этого металла подорожала с 20 000 долларов до 80 000. Развитие IT-технологий и экологически чистого транспорта реально меняет мир. И не всегда в лучшую сторону. Рост спроса на кобальт приводит к росту его добычи, а она, как это обычно происходит в неразвитых странах, на экологическую сторону вопроса не обращает внимания. По доброй воле никто не стал бы заморачиваться такими глупостями, в тех же США Apple и другие гиганты IT-индустрии вдруг озаботились этими вопросами примерно в одно и то же время. Когда за применение вредных материалов в их изделиях их заставили платить. Помогло.

Предлагаем подписаться на наш канал в «». Там вы сможете найти эксклюзивные материалы, которых нет на сайте.

Отличия литий-ионного и литий-полимерного аккумуляторов

Модели аккумуляторов, произведенных по разным технологиям, выполняют одну и ту же функцию энергообеспечения. Особенности конструкции каждого типа влияют на сообщаемую мощность, долговечность эксплуатации, степень защиты от взрыва. Нельзя утверждать однозначно, что более современный тип аккумулятора лучше устаревшего. В обеих технологиях есть практические преимущества и недостатки. Модели Li-pol и Li-ion имеют сходные схемы работы, но отличаются конфигурацией и техническими параметрами.

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.
Читайте также:  Как отключить автоматическую загрузку программ

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.

Технические характеристики

Li-ion

Li-Pol

Энергоемкость

низкая, количество циклов заряда и разряда меньше

Типоразмер

малый выбор

высокий выбор, независимость от стандартного формата ячеек

незначительно тяжелее

почти в два раза выше при одинаковом размере

Срок службы

примерно одинаковый

примерно одинаковый

Риск взрыва и возгорания

более высокий

встроенная защита от утечки электролитов и перезарядов

Время зарядки

до 0,1% ежемесячно

менее активный

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.

Характеристики Li-Po

Данные, которые написаны ниже, постоянно изменяются, так как прогресс в электрохимии не стоит на месте.

Все характеристики актуальны только в 2019 году. Кроме того могут изменяться, в зависимости от батареи и производителя.

Основные характеристики:

  1. Энергоёмкость — измеряется в mAh (миллиампер в час). Если вспомнить школьный курс физики, то ампер — это сила тока. Часы, в данном случае, характеризуют время, в течение которого эта батарея поддерживает необходимый ток. Для понимания сути характеристики возьмём обычный аккумулятор от смартфона на 4000 mAh, для примера. В течение одного часа такая батарея выдаёт ток силой 4000 mA. Если брать 4 часа, то сила тока будет примерно равна 1000 mA и так далее.
  2. Следующая характеристика — это количество разрядов и зарядов, обратите на него внимание. Это число определяет, насколько долго проживёт аккумулятор. Li-Po имеют не так уж и много циклов. Норма для этих АКБ 400–500 циклов. Когда батарея отработает свои 500 циклов, её можно выкидывать. Ni-MH батареи имеют минимум 1000 циклов.
  3. Входное и выходное напряжение. Входное — это напряжение, которое должно быть в розетке. Выходное — это то напряжение, которое выдаёт батарея. Чаще всего эти две характеристики равны, но бывают и исключения.

Правила использования аккумуляторов в смартфоне

Прежде, чем выбрать смартфон с Li-ion/Li-pol аккумулятором, стоит ознакомиться с некоторыми особенностями использования таких батарей.

Во-первых, нужно стараться избегать полного разряда аккумулятора. В отличие от предыдущего поколения в Li-ion/Li-pol батареях нет так называемого «эффекта памяти», это означает, что их рекомендуется подзаряжать, не дожидаясь полного расхода заряда. Производители обычно рассчитывают период использования батареи в циклах полного разряда (до нуля). Для литиевых этот показатель обычно составляет 500-800 циклов. Подзарядка аккумулятора без полного разряда позволит увеличить число циклов и продлить жизнь батареи до 1000-1100. Cмартфоны можно смело заряжать, не только, как индикатор энергии опустится ниже 15%, но и в любой момент, даже когда заряд равен 60%. Это не наносит вред ёмкости для будущего.

Читайте также:  Reboot to bootloader — что это и зачем нужно?

Во-вторых, если смартфон не будет использоваться в течение какого-то времени, то Li-ion/Li-pol аккумулятор стоит разрядить наполовину. Оптимальным считается хранение с 30-50% заряда. Батарея, долгое время хранящаяся разряженной, работать нормально уже не будет.

В-третьих, нельзя допускать перегревов батареи. Конечно, мощный смартфон нередко нагревается при активном использовании, но на такой нагрев Li-ion/Li-pol батареи рассчитаны. А вот на воздействие прямого солнца и непосредственный нагрев от источников тепла – уже нет. Допустимый температурный предел для них составляет +50?С. То есть в летнюю жару использовать смартфон на солнцепеке не нужно

Что же касается зарядки Li-ion смартфонов, то лучше использовать для них либо оригинальные зарядные устройства производителя из комплекта, либо зарядные прочих известных производителей, которые изготовляются с учетом строгой проверки качества и соответствующих технических норм.

Интернет-магазин сотовых телефонов Highscreen

Каталог смартфонов Хайскрин

Таблица — Сравнительные характеристики четырех наиболее часто используемых типов аккумуляторных систем, с указанием усредненных параметров

Внутреннее сопротивление аккумуляторов зависит от величины миллиампер-часов (мАч), проводки и количества элементов. Контур защиты литий-ионных батарей добавляет около 100 mΩ

Типоразмер элемента 18650. Размер элемента и дизайн определяет внутреннее сопротивление.

3 Жизненный цикл у батарей, проходящих регулярное техническое обслуживание.

4 Жизненный цикл зависит от величины разряда. Меньшая величина разряда повышает срок службы.

Таблица — Сравнительные характеристики четырех наиболее часто используемых типов аккумуляторных систем, с указанием усредненных параметров

5 Самая большая скорость саморазряда сразу после заряда. NiCd аккумулятор теряет 10% заряда в течение первых 24 часов, затем скорость потери заряда снижается до 10% за каждые 30 дней. Высокая температура увеличивает саморазряд.

6 Защитный контур, как правило, потребляет 3% от запасенной энергии в месяц.

7 Чаще используется традиционное напряжение 1,25; 1,2 В.

Низкое внутреннее сопротивление уменьшает падение напряжения под нагрузкой и литий-ионные аккумуляторы часто имеют маркировку с большим значением, чем 3,6В/элемент. Элементы с маркировкой 3,7В и 3,8В полностью совместимы с 3,6В.

9 Способен выдерживать большой импульс тока нагрузки, но нужно время для восстановления.

10 Не заряжайте регулярно литий-ионные аккумуляторы при температуре ниже нуля.

11 Техническое обслуживание, такое как балансировка или подзарядка, для предотвращения сульфатации.

12 Для большинства типов литий-ионных систем отсечка происходит, если напряжение меньше чем 2,20В и больше чем 4,30В, другие значения напряжения применяются для литий-феррофосфатных аккумуляторов.

Читайте также статьи:

Таблица — Сравнительные характеристики четырех наиболее часто используемых типов аккумуляторных систем, с указанием усредненных параметров
  • Как хранить аккумуляторы?
  • Переработка аккумуляторов и батареек
  • Процессы в аккумуляторе отследили с помощью электронного микроскопа

По материалам 

(Просмотрели37 219 | Посмотрели сегодня 1 )

Литиевые аккумуляторы для автомобилей

Многие автомобилисты задаются вопросом, есть ли смысл заменять кислотный АКБ на щелочной, литиевый. Уже есть прецеденты, Toyota Prius C, Ford Fusion Hybrid сходят с конвейера со стартовыми АКБ нового поколения. Литиевые стартовые аккумуляторы легче, имею большую емкость, но стоят дорого и есть особенности, мешающие их широкому внедрению. Тяговые литиевые аккумуляторы успешно работают на карах, подъемниках и другой аккумуляторной технике.

Литиевый аккумулятор 12 вольт для автомобиля

Что представляет ионно-литиевые аккумуляторы для автомобилей? В корпусе упаковано определенное количество элементов одного вида, соединенных между собой для обеспечения нужной емкости и напряжения батареи.

Для этого можно взять аккумуляторы с разными активными компонентами. Все они содержат ионы лития в разных химических соединениях, меняющих характеристики изделия.

Все литий-ионные элементы представляют призматические или цилиндрические герметичные упаковки, в которых внутри имеется катод, в виде графитового слоя на подложке из металлической фольги. На другой ленте расположен активный состав. Прокладка, сепаратор, пропитана неводным раствором литиевой соли. Она проницаемая, ион лития внедряется в структуру графита или уходит из нее, создавая разность потенциалов.

Состав и свойства разных литий-ионных аккумуляторов:

Параметр LiCoO2 Li MnO4 LiFePO4
Уд. плотность энергии, Втч/кг 150-190 100-135 90-120
Жизненный цикл 500-1000 500-1000 1000-2000
Время быстрой зарядки, ч 2-4 Менее 1 Менее 1
Терпимость к перезарядке отсутствует отсутствует отсутствует
Номинальное напряжение V 3,6 3,8 3,3
Максимальное V 4,2 4,2 3,6
Минимальное V 2,5-3,0 2,5-3,0 2,5-2,8
Миним. t работы -10 -10 -30

Однако кобальтовый состав больше склонен к возгоранию. Температура ниже +10 способствует резкой потере емкости.

Самыми нетребовательными считают ферритные аккумуляторы. Они не склонны к взрыву, работают на морозе до -30 градусов и легче справляются с восстановлением после глубокой посадки, но не ниже, чем до 2 В. Именно они могут обеспечить пусковой ток в 60С.

Все батареи собираются из отдельных аккумуляторов, используя последовательное и параллельное подключение. Это позволяет создать напряжение 12 В поставив последовательную цепь из 4 групп с параллельным включением 6 элементов. При этом обязательно требуется использовать балансиры и MBS для обеспечения равномерной зарядки до номинала всех банок, и специальная зарядная станция.

Читайте также:  Samsung Recovery: как зайти в режим рекавери на Самсунг

Преимущества и минусы стартовых литиевых АКБ для авто

Что для автомобилиста лучше, поставить на автомобиль аккумулятор нового поколения, стоящий около 120 000 рублей или купить дорогой (120$), но привычный кислотный АКБ?

К преимуществам литиевого аккумулятора относят его малый вес. Но так ли важно десять лишних килограмм для многосильного мотора? Да, зарядная емкость у литиевого аккумулятора выше раза в 2, циклов перезарядки он выдержит раза в 3 больше. Пусковой импульс стартер будет получать безотказно и стабильно, если выполнить условия эксплуатации.

  1. В первую очередь, новый аккумулятор нельзя заряжать напрямую от генератора. Вспомните, он не терпит перезаряд и очень быстро выйдет из строя. Значит, потребуется конвертор, который будет преобразовывать ток от генератора для питания аккумулятора.
  2. Характеристики любых литиевых аккумуляторов резко падают при понижении температуры и в этом они уступают свинцовым АКБ.
  3. Еще более опасна для батареи температура выше +60 0 С. Перегрев может привести к пожару и взрыву.
  4. В бортовой системе не должно быть высоких токовых нагрузок. И стартер, и лебедка и другие инструменты должны принять условия работоспособности аккумулятора. А это выльется в дорогостоящую модернизацию электрической схемы.
  5. Моторесурс аккумулятора зависит от равномерности заряда банок, постоянной вибрации, разрушающей контакты и способствующие коррозии корпуса. Емкость банок в таких условиях резко уменьшается.

Адаптация автомобиля под литиевый-литиевый аккумулятор выльется в сумму, больше стоимости самого источника энергии. Однако рассчитывать на длительную работу АКБ не приходится – максимум 3 года.

Вывод

Как тяговый, на транспорте литиевый аккумулятор уже занял рабочую нишу. Как стартовый – еще не находит широкого применения из-за высокой стоимости и адаптации к условиям эксплуатации. Посмотрите видео, почему нельзя ставить литиевый аккумулятор на неприспособленные автомобили.

Можно ли починить вздутую батарею

На эту тему в Интернете есть большое количество популярных статей и даже видео типа «Восстанавливаю вздувшиеся батареи простым способом». Далее следует описание или съемка процесса разборки АКБ, протыкание ее иголкой или шилом с целью «выпустить газы», чтобы затем вставить аккумулятор обратно в телефон.

К сожалению, незадачливые авторы подобных видео и публикаций не объясняют людям, почему аккумулятор вздулся, а смело приступают к весьма сомнительным действиям, которые могут быть небезопасными как для человека, так и для устройства, в которое помещается такая батарея.

«Тренировать интеллект» и заниматься подобным восстановлением настоятельно не рекомендуется. Следует понимать, что любой литий-ионный аккумулятор — это, прежде всего, источник химических реакций, которые могут быть и токсичными, и взрывоопасными.

Вздутие АКБ может произойти как вследствие нарушения химических процессов внутри нее по причине заводского брака, так и по вине владельца гаджета, если эксплуатация была неправильной.

Можно ли починить вздутую батарею

Если, к примеру, дешевый аккумулятор вздулся по причине дефекта при его изготовлении, следует задуматься, проверенным был производитель, и в следующий раз лучше приобрести батарею по более высокой цене, но с гарантией качества.

Также батареи вздуваются при попадании влаги внутрь, что, чаще всего, происходит по неосторожности владельца телефона или планшета. Если при зарядке телефона использовать неподходящее устройство, АКБ рано или поздно вздуется по причине высокого уровня тока, из-за которого нарушается скорость химических процессов внутри нее. Если телефон рассчитан на ток в 1А, зарядку с подачей тока в 2А использовать уже нельзя. Как альтернативу можно взять устройство с меньшим, но никак не с большим показателем тока — в случае, если «родная» зарядка утеряна, либо вышла из строя.

Использование АКБ в жарких климатических условиях тоже может стать причиной ее вздутия. Нельзя оставлять полностью заряженный телефон на жаре, а если батарея по каким-либо причинам вздулась, ее следует не разбирать и протыкать, а утилизировать и заменить на новую.

Меры предосторожности

В процессе эксплуатации следует применять только соответствующий по характеристикам зарядный прибор, подключая его к сети со стабильным напряжением. Также необходимо проверять состояние разъемов, чтобы не произошло размыкания аккумулятора. Важно учитывать, что, несмотря на высокую степень безопасности, это все же чувствительный к перегрузкам тип аккумулятора. Литий-полимерный элемент не терпит превышения показателей тока, чрезмерного охлаждения внешней среды и механических ударов. Впрочем, по всем этим показателя полимерные блоки все же более надежны, чем литий-ионные. И все-таки главный аспект безопасности заключается в безвредности твердотельных источников питания – разумеется, при условии поддержания их герметичности.