Когда говорят о литиевых батарейках или аккумуляторах, то чаще всего даже не догадываются, что их в последние пару лет появилось чуть ли не десяток разновидностей, каждая из которых представляет из себя литий с различными добавками других химических элементов, в итоге существенно отличающихся друг от друга.
Давайте разберёмся в их типах и начнём с классики:
Li-ion батареи
Литий-ионные аккумуляторы – это классические перезаряжаемые аккумуляторов, в которой ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному электроду во время разряда и обратно при зарядке. Литий-ионные АКБ широко распространены в бытовой электронике. Они являются одним из самых популярных типов аккумуляторных батарей для портативной электроники, с одной из лучших энергетической плотностью, отсутствие эффекта памяти и медленной потери заряда, когда он не используется (низкий саморазряд).
Эта серия охватывает цилиндрические и призматические типоразмеры аккумуляторов. Li-ion имеет наивысшую плотность мощности среди любого аккумулятора старого типа. Очень легкий вес и большой цикл жизни делает его идеальным продуктом для многих решений.
Принцип действия
Работа литионных аккумуляторов основана на электрохимическом потенциале, суть которого заключается в способности металлов отдавать отрицательные заряды. При подключении электрической цепи на аноде источника тока происходит химическая реакция, сопровождаемая образованием на его поверхности свободных электронов. По законам физики освобождённые электроны стремятся к положительной стороне – катоду, чтобы восстановить баланс, однако от движения их удерживает электролит, находящийся между анодом и катодом. Тем самым отрицательные заряды вынуждены двигаться к положительным «в обход» – через всю электрическую цепь, создавая ток.
Положительные ионы, образовавшиеся на стороне анода после «побега» электронов, проходят через электролит к катоду, чтобы удовлетворить потребность в отрицательных зарядах. В момент, когда все электроны переместятся на отрицательный электрод, аккумулятор будет разряжен.
Процесс зарядки запускает электрическую энергию в цепь, тем самым запуская в батарее обратную реакцию – скопление электронов на аноде. После полного перезаряда батарейки её можно заново подключать к цепи.
ВНИМАНИЕ: даже находясь в режиме ожидания, аккумуляторы теряют часть заряда. При этом они обладают такой характеристикой как старение – постепенно приходящая неспособность удерживать первоначальное количество заряда.
LTO батареи
Литий-титанат (титанат лития) – это относительно новый класс литий-ионных АКБ – (подробнее читайте тут). Он характеризуется очень длинным жизненным циклом, который измеряется в тысячах циклов. Литий-титанат свинца является также очень безопасным и сравним в этом плане с фосфатом железа. Энергетическая плотность ниже, чем у других литий-ионных источников тока и его номинальное напряжение 2.4 В.
Эта технология отличается очень быстрой зарядкой, низким внутренним сопротивлением, очень высоким жизненным циклом и отличной выносливостью (также безопасностью). LTO нашел свое применение в основном в электромобилях и наручных часах. В последнее время она начинает находить применение в мобильных медицинских устройствах, благодаря своей высокой безопасности. Одна из особенностей технологии заключается в том, что используются нанокристаллы на аноде вместо углерода, что обеспечивает гораздо более эффективную площадь поверхности. К сожалению, эта батарея имеет более низкие напряжения, чем другие типы литиевых АКБ.
Особенности:
- Удельная энергия: около 30-110Wh/кг
- Плотность энергии: 177 Вт * ч/л
- Удельная мощность: 3,000-5,100 Вт/кг
- Разряд КПД: примерно 85%; зарядки эффективность более 95%
- Энергия-цена: 0.5 Вт/доллар
- Срок годности: >10 лет
- Саморазряд: 2-5 %/месяц
- Долговечность: 6000 циклов до 90% емкости
- Номинальное напряжение: от 1,9 до 2,4 В
- Температура: от -40 до +55°C
- Метод зарядки: используется стабильный постоянный ток, затем постоянное напряжение до тех пор, пока не достигнет порога.
Химическая формула: Li4Ti5O12 + 6LiCoO2 < > Li7Ti5O12 + 6Li0.5CoO2 (Е=2,1 В)
Li-Polymer батареи
Литий-полимер имеет бОльшую плотность энергии в плане веса, чем литий-ионные АКБ. В очень тонких ячейках (до 5 мм) литий-полимер обеспечивает высокую объемную плотность энергии. Великолепная стабильность в перенапряжениях и высоких температурах.
Эта серия аккумуляторов может производиться в диапазоне от 30 до 23000 мА/ч, корпуса призматического и цилиндрического типов. Литий-полимерные аккумуляторы имеют ряд преимуществ: большую плотность энергии по объему, гибкость в размерах ячеек и более широкий запас прочности, с превосходной стабильностью напряжения даже на высокой температуре. Основные области применения: портативные плееры, Bluetooth, беспроводные устройства, КПК и цифровые камеры, электрические велосипеды, GPS навигаторы, ноутбуки, электронные книги.
Особенности:
- Номинальное напряжение: 3,7 В
- Зарядное напряжение: 4,2±0,05 В
- Ток заряда, скорость: 0.2-10С
- Предельное напряжение разряда: 2.5 В
- Скорость разряда: до 50С
- Выносливость в циклах: 400 циклов
Типоразмеры литиевых АКБ
Теперь поговорим о более приземленном — о форме и размерах литиевых аккумуляторов. Иначе говоря, об их форматах. Любая АКБ, доступный на рынке, является представителем одного из стандартных форматов, благодаря чему мы имеем отличную взаимозаменяемость в случае выхода элемента из строя. Рассмотрим наиболее распространенные форматы современных литиевых аккумуляторов.
Цилиндрические элементы
Популярный формат литиевых аккумуляторов, который используется буквально повсюду. Цилиндрические АКБ установлены как в ручном или налобном фонарике, так и в электрокарах. Выше мы уже говорили о том, что в автомобиле Tesla силовой агрегат состоит из более чем 7000 элементов типа NCR. Если быть конкретнее, то речь идет о цилиндрических элементах Panasonic NCR18650B на 3,7В 3400мАч.
На корпус цилиндрических АКБ наносят маркировку, обозначающую габариты. Две первые цифры — это диаметр в миллиметрах, а остальные — длина. Таким образом, ячейка типоразмера 18650 имеет диаметр 18 мм, а длину — 65 миллиметров (нуль в конце опускается). А вот аккумуляторы 32650 вдвое шире при той же длине.
Призматические элементы
Призматические литиевые АКБ используются не так часто, как цилиндрические, особенно с учетом того, что иногда их применение неявно. К примеру, если Вы покупаете 12-вольтовый литиевый корпусный аккумулятор, являющийся по форме и размерам прямой заменой свинцово-кислотных аналогов, то внутри он почти наверняка будет представлять собой сборку соединенных призматических элементов.
Литиевые аккумуляторы призматического формата могут иметь различные типы контактов (винтовые борны, контактные площадки) и являются очень хорошим вариантом для создания аккумуляторной сборки высокой емкости или напряжения. Обычно такие элементы относятся к литий-железо-фосфатному типу.
Элементы в ламинированной фольге
Рядовой пользователь, наверное, меньше всего встречается с литиевыми АКБ, собранными в ламинированной фольге. Именно такой формат имеют литий-ионные и полимерные аккумуляторы, установленные в смартфонах. Разумеется, смартфонами сфера применения не ограничивается. Данный формат часто используется там, где необходим как раз-таки не универсальный источник питания, а проприетарный с нетипичными формой и габаритами.
Литиевые АКБ в фольге популярны также среди радиолюбителей, собирающих автономные электронные приспособления. За счет своей компактности данные батареи обеспечивают значительную автономность при малом занимаемом объеме. Минусом можно считать хрупкость элемента. Ярким примером может стать частая проблема, с которой приходится иметь дело при замене дисплея в смартфоне. На этапе разборки надо удалить приклеенную АКБ. Сделать это, не согнув ее, очень трудно. После деформации “выгнуть” назад аккумулятор без последствий не выйдет: с высокой долей вероятности он вскоре вздуется и потеряет свои характеристики.
Оставить отзыв / Задать вопрос
LiFePO4 батареи
Литий-фосфат железа имеет хорошие характеристики безопасности, длительный срок службы (до 2000 циклов), и невысокую стоимость производства. LiFePO4 батареи хорошо подходят для высоких токов разрядки, например военной техники, электроинструментов, электровелосипедов, мобильных компьютеров, ИБП и солнечных энергетических систем.
В качестве нового анодного материала для литий-ионных аккумуляторов, lifepo4 был впервые представлен в 1997 году и постоянно совершенствуется до настоящего времени. Он привлек внимание экспертов благодаря его надежной безопасности, долговечности, низкого воздействия на окружающую среду при утилизации, и удобных зарядно-разрядных характеристик. Многие специалисты утверждают, что lifepo4 аккумуляторы являются на сегодняшний день лучшим вариантом для автономного питания электроники.
Полезные советы
- Старайтесь регулярно полностью разряжать и заряжать аккумулятор, но не чаще чем раз в 2-3 месяца, это продлит его срок службы.
- Не стоит всегда полностью заряжать и разряжать батарею. Это благоприятно скажется и на ресурсе и не будет проблем, если элемент попадет в более теплую среду.
- Хранить аккумулятор следует примерно при 40-50% заряда в прохладном месте.
- При перегреве ресурс батареи уменьшается.
- Не бойтесь частично заряжать элемент. Раньше был стереотип, что батарею нужно обязательно полностью заряжать и полностью разряжать из-за особого эффекта «памяти». Однако это относилось к старым типам аккумуляторов, и сейчас не нужно следовать этому правилу.
Вот и все, надеюсь теперь вы узнали больше про батареи, с которыми вы сталкиваетесь каждый день, а наши советы помогут продлить их срок службы.
Li-SO2 батареи
Литий диоксид серы (батарея Li и SO2) – эти батареи имеют высокую плотность энергии и хорошую устойчивость к разряду на высокой мощности. Такие элементы используются в основном в военке, метеорологии и космонавтике.
Аккумуляторы на базе литий диоксида серы с металлическим литиевым анодом (самый легкий из всех металлов) и жидким катодом, содержащим пористый углеродный токосъемник с наполнением диоксида серы (SO2) выдают напряжение 2.9 В и имеют цилиндрическую форму.
Особенности:
- Высокое рабочее напряжение, стабильное на протяжении большей части разряда
- Чрезвычайно низкий саморазряд
- Работоспособность в экстремальных условиях
- Широкий рабочий температурный диапазон (-55°C до +65°С)
Защита
В заключение стоит сказать несколько слов о защите, устанавливаемой на литиевых аккумуляторах. Контроллер заряда-разряда. Эти печатные платы устанавливаются практически на все аккумуляторы литиевого типа, используемые в потребительской электронике. Те элементы, которые будут работать в составе батареи, такой защиты могут не иметь. Их зарядом и разрядом будет управлять общий контроллер батареи.
Контроллер литиевого аккумулятора
Ещё один вариант защиты устанавливается на многих корпусных литиевых элементах. Это предохранительные клапаны для сброса избыточного давления в корпусе элемента. Тем самым предотвращается разрушение корпуса.
Исполнение такой защиты может быть разным. К примеру, ряд производителей используют фольгу с насечками, рассчитанную на определённое значение давления. В других случаях может быть установлена пружина, которая при достижении критического значения открывается и сбрасывает давление. В цилиндрических корпусах такая защита ставится под токовыводом.
Li-MnO2 батареи
Литий-диоксид марганца (батарея Li-MnO2) – такие аккумуляторы обладают легким металлическим литиевым анодом и твердым катодом из диоксида марганца, погруженный в неагрессивный, нетоксичный органический электролит. Этот тип батареи соответствуют RoHS ЕС и характеризуется большой емкостью, высокой допустимой разрядкой и длинной продолжительностью службы.
Li-MnO2 широко используется в резервных источниках питания, аварийных радиобуях, пожарных сигнализациях, электронных системах контроля доступа, цифровых фотоаппаратах, медицинском оборудовании.
Особенности:
- Высокая плотность энергии
- Очень стабильное напряжение разрядки
- Более чем 10-ти летний срок хранения
- Рабочая температура: -40 до +60°С
Особенности зарядки литий полимерного аккумулятора
Для поддержания постоянно полного объема источника питания необходимо проводить зарядку по графику, а именно, после разрядки через 500 часов эксплуатации оборудования.
Полимерная батарея чувствительна к механическим повреждениям, переохлаждению, а также к перепадам напряжения и перегрузкам, поэтому подключать аккумулятор стоит только к стабильной электросети.
Li-SOCL2 батареи
Хлорида тионил лития (литий-SOCl2) батареи обладают легким металлическим литиевым анодом и жидким катодом, содержащий пористый углеродный токосъемник наполненный тионилхлоридом (SOCl2). Батарея Li-SOCL2 идеально подходят для автомобильных устройств, медицинской техники, а также военных и аэрокосмических устройств. Они имеют самый широкий диапазон рабочих температур от -60 до + 150°С.
Особенности:
- Высокая плотность энергии
- Долгий срок годности при хранении
- Широкий температурный диапазон
- Хорошая герметизация
- Стабильное разрядное напряжение
