Μπαταρία ιόντων λιθίου. Ιστορικό χρήσης επαναφορτιζόμενων μπαταριών. Μπαταρίες λιθίου: συσκευή

Βασικό στοιχείο στην κινητικότητα των ηλεκτρονικών συσκευών είναι η επαναφορτιζόμενη μπαταρία (AB). Οι αυξανόμενες απαιτήσεις για τη διασφάλιση της μεγαλύτερης αυτονομίας τους τονώνουν τη συνεχή έρευνα σε αυτόν τον τομέα και οδηγούν στην εμφάνιση νέων τεχνολογικών λύσεων.

Εμφανίστηκε μια εναλλακτική λύση στις ευρέως χρησιμοποιούμενες μπαταρίες νικελίου-καδμίου (Ni-Cd) και νικελίου-υδριδίου μετάλλου (Ni-MH) - πρώτα μπαταρίες λιθίου και στη συνέχεια πιο προηγμένες μπαταρίες ιόντων λιθίου (Li-ion).

Ιστορία εμφάνισης

Οι πρώτες τέτοιες μπαταρίες εμφανίστηκαν στη δεκαετία του '70. προηγούμενος αιώνας. Κέρδισαν αμέσως δημοτικότητα λόγω των πιο προηγμένων χαρακτηριστικών τους. Η άνοδος των κυψελών ήταν κατασκευασμένη από μέταλλο λιθίου, οι ιδιότητες του οποίου επέτρεπαν την αύξηση της ειδικής ενέργειας. Έτσι γεννήθηκαν οι μπαταρίες λιθίου.

Οι νέες μπαταρίες είχαν ένα σημαντικό μειονέκτημα - αυξημένο κίνδυνο έκρηξης και πυρκαγιάς. Ο λόγος βρισκόταν στο σχηματισμό μιας μεμβράνης λιθίου στην επιφάνεια των ηλεκτροδίων, η οποία οδήγησε σε παραβίαση της σταθερότητας της θερμοκρασίας. Τη στιγμή του μέγιστου φορτίου, η μπαταρία μπορεί να εκραγεί.

Οι βελτιώσεις στην τεχνολογία οδήγησαν στην εγκατάλειψη του καθαρού λιθίου στα εξαρτήματα της μπαταρίας προς όφελος της χρήσης των θετικά φορτισμένων ιόντων του. Η μπαταρία ιόντων λιθίου αποδείχθηκε μια καλή λύση.

Αυτός ο τύπος μπαταριών ιόντων χαρακτηρίζεται από υψηλότερη ασφάλεια, η οποία επιτυγχάνεται λόγω της ελαφράς μείωσης της ενεργειακής πυκνότητας, αλλά η συνεχής τεχνολογική πρόοδος κατέστησε δυνατή τη μείωση της απώλειας σε αυτόν τον δείκτη στο ελάχιστο.

Συσκευή

Η εισαγωγή μπαταριών ιόντων λιθίου στη βιομηχανία ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης γνώρισε μια σημαντική ανακάλυψη με την ανάπτυξη μιας μπαταρίας με κάθοδο από υλικό άνθρακα (γραφίτη) και μια άνοδο οξειδίου του κοβαλτίου.

Κατά τη διαδικασία εκφόρτισης της μπαταρίας, τα ιόντα λιθίου αφαιρούνται από το υλικό της καθόδου και ενσωματώνονται στο οξείδιο του κοβαλτίου του αντίθετου ηλεκτροδίου κατά τη φόρτιση, η διαδικασία προχωρά προς την αντίθετη κατεύθυνση. Έτσι, δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα από τα ιόντα λιθίου που κινούνται από το ένα ηλεκτρόδιο στο άλλο.

Οι μπαταρίες Li-Ion παράγονται σε κυλινδρικά και πρισματικά σχέδια. Σε κυλινδρικό σχέδιο, δύο λωρίδες επίπεδων ηλεκτροδίων που χωρίζονται από υλικό εμποτισμένο με ηλεκτρολύτη τυλίγονται και τοποθετούνται σε σφραγισμένο μεταλλικό περίβλημα. Το υλικό καθόδου εφαρμόζεται σε φύλλο αλουμινίου, το υλικό ανόδου εφαρμόζεται σε φύλλο χαλκού.

Ο πρισματικός σχεδιασμός της μπαταρίας επιτυγχάνεται με τη στοίβαξη ορθογώνιων πλακών το ένα πάνω στο άλλο. Αυτή η μορφή μπαταρίας καθιστά δυνατό να γίνει πιο πυκνή η διάταξη της ηλεκτρονικής συσκευής. Παράγονται επίσης πρισματικές μπαταρίες με τυλιγμένα ηλεκτρόδια στριμμένα σε σπείρα.

Λειτουργία και διάρκεια ζωής

Η μακρά, πλήρης και ασφαλής λειτουργία των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι δυνατή, εάν τηρούνται οι κανόνες λειτουργίας, όχι μόνο θα μειώσει τη διάρκεια ζωής του προϊόντος, αλλά μπορεί να οδηγήσει σε αρνητικές συνέπειες.

Εκμετάλλευση

Η βασική απαίτηση για τη λειτουργία των μπαταριών Li-Ion αφορά τη θερμοκρασία - δεν πρέπει να επιτρέπεται η υπερθέρμανση. Οι υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να προκαλέσουν τη μέγιστη βλάβη και η αιτία της υπερθέρμανσης μπορεί να είναι είτε εξωτερική πηγή είτε αγχωτικές συνθήκες φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας.

Για παράδειγμα, η θέρμανση στους 45°C οδηγεί σε διπλάσια μείωση της χωρητικότητας συγκράτησης της φόρτισης της μπαταρίας. Αυτή η θερμοκρασία επιτυγχάνεται εύκολα όταν η συσκευή εκτίθεται στον ήλιο για μεγάλο χρονικό διάστημα ή όταν εκτελούνται εφαρμογές έντασης ενέργειας.

Για να διατηρήσετε καλύτερα την απόδοση της μπαταρίας στη ζέστη του καλοκαιριού, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε τη λειτουργία εξοικονόμησης ενέργειας, η οποία είναι διαθέσιμη στις περισσότερες κινητές συσκευές.

Οι χαμηλές θερμοκρασίες έχουν επίσης αρνητική επίδραση στις μπαταρίες ιόντων σε θερμοκρασίες κάτω των -4°C, η μπαταρία δεν μπορεί πλέον να παρέχει πλήρη ισχύ.

Αλλά το κρύο δεν είναι τόσο επιβλαβές για τις μπαταρίες Li-Ion όσο η θερμότητα και τις περισσότερες φορές δεν οδηγεί σε μη αναστρέψιμη βλάβη. Παρά το γεγονός ότι μετά την θέρμανση σε θερμοκρασία δωματίου, οι ιδιότητες λειτουργίας της μπαταρίας αποκαθίστανται πλήρως, δεν πρέπει να ξεχνάτε τη μείωση της χωρητικότητας στο κρύο.

Μια άλλη σύσταση για τη χρήση μπαταριών Li-Ion είναι να αποφευχθεί η βαθιά εκφόρτισή τους. Πολλές μπαταρίες προηγούμενων γενεών είχαν ένα φαινόμενο μνήμης, το οποίο απαιτούσε αποφόρτιση στο μηδέν ακολουθούμενη από πλήρη φόρτιση. Οι μπαταρίες Li-Ion δεν έχουν αυτό το αποτέλεσμα και μεμονωμένες περιπτώσεις πλήρους αποφόρτισης δεν οδηγούν σε αρνητικές συνέπειες, αλλά η συνεχής βαθιά εκφόρτιση είναι επιβλαβής. Συνιστάται η σύνδεση του φορτιστή όταν το επίπεδο φόρτισης είναι 30%.

Διάρκεια Ζωής

Η ακατάλληλη χρήση των μπαταριών Li-Ion μπορεί να μειώσει τη διάρκεια ζωής τους κατά 10-12 φορές. Αυτή η περίοδος εξαρτάται άμεσα από τον αριθμό των κύκλων φόρτισης. Πιστεύεται ότι οι μπαταρίες Li-Ion μπορούν να αντέξουν από 500 έως 1000 κύκλους, λαμβάνοντας υπόψη την πλήρη αποφόρτιση. Ένα υψηλότερο ποσοστό φόρτισης που απομένει πριν από την έναρξη της επόμενης φόρτισης αυξάνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Δεδομένου ότι η διάρκεια ζωής των μπαταριών Li-Ion καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τις συνθήκες λειτουργίας, είναι αδύνατο να δοθεί η ακριβής διάρκεια ζωής αυτών των μπαταριών. Κατά μέσο όρο, μπορείτε να περιμένετε ότι αυτός ο τύπος μπαταρίας θα διαρκέσει 7-10 χρόνια εάν συντηρηθεί σωστά.

Διαδικασία φόρτισης

Κατά τη φόρτιση, αποφύγετε τη σύνδεση της μπαταρίας στο φορτιστή για υπερβολικά μεγάλο χρονικό διάστημα. Η κανονική λειτουργία μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου λαμβάνει χώρα σε τάση που δεν υπερβαίνει τα 3,6 V. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης, οι φορτιστές τροφοδοτούν 4,2 V στην είσοδο της μπαταρίας, σε περίπτωση υπέρβασης του χρόνου φόρτισης, ενδέχεται να ξεκινήσουν ανεπιθύμητες ηλεκτροχημικές αντιδράσεις στην μπαταρία οδηγεί σε υπερθέρμανση όλων των επακόλουθων συνεπειών.

Οι προγραμματιστές έλαβαν υπόψη αυτό το χαρακτηριστικό - η ασφάλεια της φόρτισης σύγχρονων μπαταριών Li-Ion ελέγχεται από μια ειδική ενσωματωμένη συσκευή που σταματά τη διαδικασία φόρτισης όταν η τάση αυξάνεται πάνω από το επιτρεπόμενο επίπεδο.

Για τις μπαταρίες λιθίου, μια μέθοδος φόρτισης δύο σταδίων είναι σωστή. Στο πρώτο στάδιο, η μπαταρία πρέπει να φορτιστεί, παρέχοντας σταθερό ρεύμα φόρτισης, το δεύτερο στάδιο πρέπει να πραγματοποιηθεί με σταθερή τάση και σταδιακή μείωση του ρεύματος φόρτισης. Αυτός ο αλγόριθμος εφαρμόζεται σε υλικό στους περισσότερους οικιακούς φορτιστές.

Αποθήκευση και διάθεση

Η μπαταρία ιόντων λιθίου μπορεί να αποθηκευτεί για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα, η αυτοεκφόρτιση είναι 10-20% ετησίως. Ταυτόχρονα όμως παρατηρείται σταδιακή μείωση των χαρακτηριστικών του προϊόντος (αποδόμηση).

Η διαδικασία ανακύκλωσης κυψελών ιόντων λιθίου πρέπει να πραγματοποιείται σε εξειδικευμένες επιχειρήσεις που διαθέτουν την κατάλληλη άδεια. Περίπου το 80% των ανακυκλωμένων υλικών μπαταριών μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί για την παραγωγή νέων μπαταριών.

Ασφάλεια

Μια μπαταρία ιόντων λιθίου, ακόμη και μικροσκοπικού μεγέθους, ενέχει τον κίνδυνο εκρηκτικής αυτόματης καύσης. Αυτό το χαρακτηριστικό αυτού του τύπου μπαταρίας απαιτεί συμμόρφωση με μέτρα ασφαλείας σε όλα τα στάδια, από την ανάπτυξη έως την παραγωγή και την αποθήκευση.

Για να αυξηθεί η ασφάλεια των μπαταριών Li-Ion κατά την κατασκευή, τοποθετείται στη θήκη τους μια μικρή ηλεκτρονική πλακέτα - ένα σύστημα παρακολούθησης και ελέγχου, το οποίο έχει σχεδιαστεί για να αποτρέπει υπερφόρτωση και υπερθέρμανση. Ο ηλεκτρονικός μηχανισμός αυξάνει την αντίσταση του κυκλώματος καθώς η θερμοκρασία ανεβαίνει πάνω από ένα προκαθορισμένο όριο. Ορισμένα μοντέλα μπαταριών διαθέτουν ενσωματωμένο μηχανικό διακόπτη που διακόπτει το κύκλωμα όταν αυξάνεται η πίεση στο εσωτερικό της μπαταρίας.

Επίσης, μια βαλβίδα ασφαλείας εγκαθίσταται συχνά στα περιβλήματα των μπαταριών για την ανακούφιση της πίεσης σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των μπαταριών λιθίου

Τα πλεονεκτήματα αυτού του τύπου μπαταρίας είναι:

• υψηλή ενεργειακή πυκνότητα?
• Δεν υπάρχει αποτέλεσμα μνήμης.
• μεγάλη διάρκεια ζωής ·
• χαμηλό ποσοστό αυτοεκφόρτισης.
• δεν χρειάζεται συντήρηση?
• εξασφαλίζοντας σταθερές παραμέτρους λειτουργίας σε ένα σχετικά μεγάλο εύρος θερμοκρασιών.

Μια μπαταρία λιθίου έχει ορισμένα μειονεκτήματα:

• κίνδυνος αυθόρμητης καύσης.
• υψηλότερο κόστος από τους προκατόχους του.
• την ανάγκη για ενσωματωμένο ελεγκτή.
• ανεπιθύμητη βαθιά εκκένωση.

Οι τεχνολογίες παραγωγής μπαταριών Li-Ion βελτιώνονται συνεχώς και πολλά μειονεκτήματα γίνονται σταδιακά παρελθόν.

Περιοχή εφαρμογής

Η υψηλή ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών ιόντων λιθίου καθορίζει τον κύριο τομέα εφαρμογής τους - φορητές ηλεκτρονικές συσκευές: φορητοί υπολογιστές, tablet, smartphone, βιντεοκάμερες, κάμερες, συστήματα πλοήγησης, διάφοροι ενσωματωμένοι αισθητήρες και μια σειρά από άλλα προϊόντα.

Ο παράγοντας κυλινδρικής μορφής αυτών των μπαταριών επιτρέπει τη χρήση τους σε φακούς, σταθερά τηλέφωνα και άλλες συσκευές που προηγουμένως βασίζονταν σε μπαταρίες μιας χρήσης.

Η αρχή κατασκευής μπαταριών ιόντων λιθίου έχει πολλές ποικιλίες, οι τύποι διαφέρουν στον τύπο των υλικών που χρησιμοποιούνται (λίθιο-κοβάλτιο, λίθιο-μαγγάνιο, λιθίου-νικέλιο-μαγγάνιο-οξείδιο κοβαλτίου κ.λπ.). Κάθε ένα από αυτά βρίσκει τη δική του περιοχή εφαρμογής.

Εκτός από τα κινητά ηλεκτρονικά, μια ομάδα μπαταριών ιόντων λιθίου χρησιμοποιείται στους ακόλουθους τομείς:

• ηλεκτρικά εργαλεία χειρός.
• φορητός ιατρικός εξοπλισμός.
• αδιάλειπτα τροφοδοτικά?
• συστήματα ασφαλείας·
• Μονάδες φωτισμού έκτακτης ανάγκης.
• ηλιακοί σταθμοί?
• ηλεκτρικά αυτοκίνητα και ηλεκτρικά ποδήλατα.

Δεδομένης της συνεχούς βελτίωσης της τεχνολογίας ιόντων λιθίου και της προόδου στη δημιουργία μπαταριών υψηλής χωρητικότητας σε μικρά μεγέθη, μπορούμε να προβλέψουμε μια επέκταση στους τομείς εφαρμογής τέτοιων μπαταριών.

Βαθμολόγηση

Οι παράμετροι ιόντων λιθίου επισημαίνονται στο σώμα του προϊόντος και η κωδικοποίηση που χρησιμοποιείται μπορεί να διαφέρει σημαντικά για διαφορετικά τυπικά μεγέθη. Δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί ένα ενιαίο πρότυπο επισήμανσης μπαταριών για όλους τους κατασκευαστές, αλλά εξακολουθείτε να είναι δυνατό να καταλάβετε μόνοι σας τις πιο σημαντικές παραμέτρους.

Τα γράμματα στη γραμμή επισήμανσης υποδεικνύουν τον τύπο του στοιχείου και τα υλικά που χρησιμοποιούνται: το πρώτο γράμμα I σημαίνει τεχνολογία ιόντων λιθίου, το επόμενο γράμμα (C, M, F ή N) προσδιορίζει τη χημική σύνθεση, το τρίτο γράμμα R σημαίνει ότι Η κυψέλη είναι επαναφορτιζόμενη (Επαναφορτιζόμενη).

Οι αριθμοί στο όνομα του τυπικού μεγέθους υποδεικνύουν το μέγεθος της μπαταρίας σε χιλιοστά: οι δύο πρώτοι αριθμοί είναι η διάμετρος και οι άλλοι δύο είναι το μήκος. Για παράδειγμα, το 18650 υποδεικνύει διάμετρο 18 mm και μήκος 65 mm, το 0 δείχνει έναν παράγοντα κυλινδρικής μορφής.

Τα τελευταία γράμματα και αριθμοί στη σειρά είναι σήμανση δοχείων ειδικά για κάθε κατασκευαστή. Επίσης, δεν υπάρχουν ενιαία πρότυπα για την ένδειξη της ημερομηνίας κατασκευής.

Κατηγορία: Υποστήριξη μπαταρίαςΔημοσιεύθηκε 30/03/2016 23:38

Οι διάφοροι υποτύποι του ηλεκτροχημικού συστήματος ιόντων λιθίου ονομάζονται ανάλογα με τον τύπο της δραστικής ουσίας τους και μπορούν να χαρακτηριστούν είτε πλήρως με λέξεις είτε σε συντομευμένη μορφή με χημικούς τύπους. Το κοινό χαρακτηριστικό των μπαταριών λιθίου είναι ότι ανήκουν όλες σφραγισμένες μπαταρίες χωρίς συντήρηση. Τέτοιοι τύποι δεν είναι πολύ βολικοί για ανάγνωση ή απομνημόνευση λόγω της πολυπλοκότητάς τους, επομένως απλοποιούνται σε συντομογραφία γράμματος.

Για παράδειγμα, ο κοβαλτίτης λιθίου, ένα από τα πιο κοινά υλικά για μπαταρίες ιόντων λιθίου, έχει τον χημικό τύπο LiCoO2 και τη συντομογραφία LCO. Για λόγους απλότητας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και η σύντομη λεκτική μορφή «κοβάλτιο λιθίου». Το κοβάλτιο είναι η κύρια δραστική ουσία και από αυτό χαρακτηρίζεται ο τύπος της μπαταρίας. Άλλοι τύποι ηλεκτροχημικών συστημάτων ιόντων λιθίου μειώνονται επίσης ομοίως σε σύντομη μορφή. Αυτή η ενότητα παραθέτει τους έξι πιο συνηθισμένους τύπους Li-ion.

1. Μπαταρία λιθίου κοβαλτίου (LiCoO2)

Η υψηλή ενεργειακή πυκνότητα καθιστά τις μπαταρίες λιθίου-κοβαλτίου μια δημοφιλή επιλογή για κινητά τηλέφωνα, φορητούς υπολογιστές και ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές. Η μπαταρία αποτελείται από μια άνοδο γραφίτη και μια κάθοδο οξειδίου του κοβαλτίου. Η κάθοδος έχει μια στρωματοποιημένη δομή και κατά την εκκένωση, τα ιόντα λιθίου κινούνται προς αυτήν από την άνοδο. Κατά τη φόρτιση, η κατεύθυνση αλλάζει προς το αντίθετο. Τα μειονεκτήματα των μπαταριών λιθίου-κοβαλτίου είναι η σχετικά μικρή διάρκεια ζωής τους, η κακή θερμική σταθερότητα και η περιορισμένη χωρητικότητα φορτίου (πυκνότητα ισχύος). Το σχήμα 1 δείχνει τη δομή μιας τέτοιας μπαταρίας.

Εικόνα 1: Δομή μπαταρίας κοβαλτίου λιθίου.Κατά την εκφόρτιση, τα ιόντα λιθίου μετακινούνται από την άνοδο στην κάθοδο και κατά τη φόρτιση, από την κάθοδο στην άνοδο.

Μια μπαταρία κοβαλτίου λιθίου δεν μπορεί να φορτιστεί ή να αποφορτιστεί με ρεύμα μεγαλύτερο από αυτό Βαθμολογία C. Αυτό σημαίνει ότι μια κυψέλη 18650 με χωρητικότητα 2400 mAh μπορεί να φορτιστεί ή να αποφορτιστεί με ρεύμα που δεν υπερβαίνει τα 2400 mA. Η επιβολή γρήγορης φόρτισης ή η σύνδεση φορτίου που απαιτεί περισσότερα από 2400 mA θα έχει ως αποτέλεσμα αδικαιολόγητη καταπόνηση και υπερθέρμανση. Για γρήγορη φόρτιση, οι κατασκευαστές συνιστούν βαθμολογία C 0,8C ή περίπου 2000 mA. Όταν χρησιμοποιείτε το σύστημα προστασίας της μπαταρίας, περιορίζει αυτόματα τη φόρτιση και την αποφόρτιση σε ένα ασφαλές επίπεδο - περίπου 1C.

Εικόνα 2: Μέση βαθμολογία μπαταρίας κοβαλτίου λιθίου.Το ηλεκτροχημικό σύστημα λιθίου-κοβαλτίου έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, αλλά προσφέρει μέση πυκνότητα ισχύος, ασφάλεια και διάρκεια ζωής.

Πίνακας χαρακτηριστικών

Κοβαλτίτης λιθίου: κάθοδος LiCoO2 (~60% κοβάλτιο), άνοδος γραφίτη Συντομογραφία: LCO ή Li-cobalt Αναπτύχθηκε το 1991
Τάση	3,60 V ονομαστική; τυπικό εύρος λειτουργίας - 3,0-4,2 V
Ειδική ένταση ενέργειας	150-200 W*h/kg; Τα εξειδικευμένα μοντέλα παρέχουν έως και 240 W*h/kg
Φόρτιση με βαθμολογία C	0,7-1C, τάση φόρτισης 4,20 V (τα περισσότερα μοντέλα). Η διαδικασία φόρτισης διαρκεί συνήθως 3 ώρες. Η φόρτιση με ρεύμα μεγαλύτερο από 1C μειώνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας
Κατηγορία C-ranking	1C; όταν η τάση είναι κάτω από 2,50 V, ενεργοποιείται ο διακόπτης αποκοπής. Το ρεύμα εκφόρτισης πάνω από 1C μειώνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας
	500-1000, εξαρτάται από το βάθος εκφόρτισης, το φορτίο, τη θερμοκρασία
Θερμική διάσπαση	Συνήθως στους 150°C. Η πλήρης φόρτιση προάγει τη θερμική διαφυγή
Τομείς χρήσης	Κινητά τηλέφωνα, tablet, φορητοί υπολογιστές, κάμερες
Ενα σχόλιο	Πολύ υψηλή ειδική ενεργειακή ένταση, περιορισμένη ειδική ισχύς. Υψηλό κόστος κοβαλτίου. Εξυπηρετεί σε χώρους όπου απαιτείται μεγάλη χωρητικότητα. Έχει σταθερή ζήτηση στην αγορά.

Πίνακας 3: Χαρακτηριστικά μπαταρίας κοβαλτίου λιθίου.

2. Μπαταρία λιθίου μαγγανίου (LiMn2O4)

Ο σχεδιασμός μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου-σπινελίου μαγγανίου δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά στο περιοδικό Materials Research Bulletin το 1983. Το 1996, η Moli Energy κυκλοφόρησε στο εμπόριο μια κυψέλη ιόντων λιθίου με σπινέλιο λιθίου μαγγανίου ως υλικό καθόδου. Η τρισδιάστατη δομή σπινελίου βελτιώνει τη ροή των ιόντων στο ηλεκτρόδιο, με αποτέλεσμα τη μειωμένη εσωτερική αντίσταση και τη βελτίωση του χειρισμού του ρεύματος. Ένα άλλο πλεονέκτημα του σπινελίου είναι η υψηλή θερμική του σταθερότητα, αλλά η διάρκεια ζωής και ο αριθμός των κύκλων είναι περιορισμένοι.

Η χαμηλή εσωτερική αντίσταση ενός τέτοιου στοιχείου εξασφαλίζει γρήγορη φόρτιση και υψηλό πιθανό ρεύμα εκφόρτισης. Στο μέγεθος 18650, η μπαταρία λιθίου μαγγανίου μπορεί να αποφορτιστεί με ρεύμα 20-30 A με μέτρια παραγωγή θερμότητας. Επιπλέον, είναι ικανό να αντέξει παλμούς έως και 50 A για ένα έως δύο δευτερόλεπτα. Ένα συνεχές φορτίο 50 A θα οδηγήσει σε θέρμανση της μπαταρίας, η οποία δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 80 ° C για να αποφευχθεί η υποβάθμιση. Οι μπαταρίες λιθίου-μαγγανίου χρησιμοποιούνται σε εργαλεία υψηλής ισχύος, ιατρικό εξοπλισμό και υβριδικά και ηλεκτρικά οχήματα.

Το Σχήμα 4 παρέχει μια γραφική απεικόνιση του τρισδιάστατου κρυσταλλικού πλαισίου του υλικού καθόδου. Αυτό το υλικό είναι το σπινέλιο, στο οποίο η αρχική δικτυωτή δομή σε σχήμα ρόμβου μετατρέπεται σε τρισδιάστατη.

Εικόνα 4: Δομή μπαταρίας μαγγανίου λιθίου.Η κρυσταλλική κάθοδος σπινελίου μαγγανίου λιθίου έχει μια τρισδιάστατη δομή πλαισίου που εμφανίζεται μετά τον αρχικό σχηματισμό. Το σπινέλιο παρέχει χαμηλή αντίσταση αλλά έχει πιο μέτρια ενεργειακή πυκνότητα από το κοβάλτιο.

Η χωρητικότητα μιας μπαταρίας λιθίου-μαγγανίου είναι περίπου ένα τρίτο μικρότερη από αυτή μιας μπαταρίας λιθίου-κοβαλτίου. Η ευελιξία σχεδιασμού σάς επιτρέπει να βελτιστοποιείτε την μπαταρία για διαφορετικές εργασίες και να δημιουργείτε μοντέλα με βελτιωμένη αντοχή, ειδική ισχύ ή συγκεκριμένη ένταση ενέργειας. Για παράδειγμα, η έκδοση 18650 με βελτιωμένες ονομασίες ισχύος έχει χωρητικότητα μόνο 1100 mAh, ενώ η βελτιστοποιημένη για χωρητικότητα έχει 1500 mAh.

Το σχήμα 5 δείχνει ένα εξαγωνικό διάγραμμα μιας τυπικής μπαταρίας μαγγανίου λιθίου. Η απόδοση μπορεί να μην φαίνεται ιδιαίτερα εντυπωσιακή, αλλά τα τελευταία σχέδια έχουν βελτιώσει την πυκνότητα ισχύος, την ασφάλεια και το προσδόκιμο ζωής.

Εικόνα 5: Χαρακτηριστικά μιας συμβατικής μπαταρίας λιθίου μαγγανίου.Παρά τη μέτρια συνολική απόδοση, τα νέα μοντέλα επιδεικνύουν βελτιωμένη πυκνότητα ισχύος, ασφάλεια και μακροζωία.

Οι περισσότερες μπαταρίες λιθίου μαγγανίου συνδυάζονται με μπαταρίες λιθίου νικελίου μαγγανίου κοβαλτίου (NMC) για τη βελτίωση της ενεργειακής πυκνότητας και την παράταση της διάρκειας ζωής. Αυτή η ένωση εκμεταλλεύεται τα δυνατά σημεία και των δύο συστημάτων και ονομάζεται LMO (NMC). Είναι αυτές οι συνδυαστικές μπαταρίες που χρησιμοποιούνται στα περισσότερα ηλεκτρικά οχήματα όπως τα Nissan Leaf, Chevy Volt και BMW i3. Το τμήμα LMO μιας τέτοιας μπαταρίας, που είναι περίπου 30%, παρέχει τις υψηλές δυνατότητες επιτάχυνσης του ηλεκτροκινητήρα και το τμήμα NMC είναι υπεύθυνο για την ποσότητα της αυτόνομης εμβέλειας.

Η έρευνα στο σύστημα ιόντων λιθίου έχει προσανατολιστεί σε μεγάλο βαθμό προς το συνδυασμό κυττάρων λιθίου-μαγγανίου με κύτταρα νικελίου-μαγγανίου-κοβαλτίου. Αυτά τα τρία ενεργά μέταλλα μπορούν εύκολα να συνδυαστούν για να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα, είτε αυξάνει την πυκνότητα ισχύος, τα χαρακτηριστικά φορτίου είτε τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Αυτό το ευρύ φάσμα δυνατοτήτων είναι απαραίτητο για να ανταποκριθεί στην ενοποιημένη τεχνολογική προσέγγιση και στην αγορά μπαταριών των καταναλωτών, όπου η χωρητικότητα είναι πρώτη. και τη βιομηχανία, όπου χρειάζονται συστήματα μπαταριών με καλά χαρακτηριστικά φορτίου, μεγάλη διάρκεια ζωής και αξιόπιστη ασφαλή λειτουργία.

Πίνακας χαρακτηριστικών

Σπινέλιο λιθίου μαγγανίου: κάθοδος LiMn2O4, άνοδος γραφίτη Συντομογραφία: LNO ή Li-μαγγάνιο (δομή σπινελίου) Αναπτύχθηκε το 1996
Τάση	3,70V (3,80V) ονομαστική; τυπικό εύρος λειτουργίας - 3,0-4,2 V
Ειδική ένταση ενέργειας	100-150 W*h/kg
Φόρτιση με βαθμολογία C	Πρότυπο 0,7-1C; 3C μέγιστο; Φόρτιση έως 4,20 V (οι περισσότερες μπαταρίες)
Κατηγορία C-ranking	Πρότυπο 1C; υπάρχουν μοντέλα με 10C? παλμική λειτουργία (έως 5 δευτερόλεπτα) - 50C. στα 2,50 V ενεργοποιείται ο διακόπτης αποκοπής
Αριθμός κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης	300-700 (ανάλογα με το βάθος εκφόρτισης και τη θερμοκρασία)
Θερμική διάσπαση	Συνήθως στους 250°C. Η πλήρης φόρτιση προάγει τη θερμική διαφυγή
Τομείς χρήσης	Ηλεκτρικά εργαλεία, ιατρικός εξοπλισμός, ηλεκτρικές μονάδες
Ενα σχόλιο	Υψηλή ισχύς αλλά μέτρια χωρητικότητα. ασφαλέστερο από το λίθιο-κοβάλτιο. συνήθως χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το NMC

Πίνακας 6: Προδιαγραφές μπαταρίας λιθίου μαγγανίου.

3. Μπαταρία νικελίου λιθίου οξειδίου κοβαλτίου μαγγανίου (LiNiMnCoO2 ή NMC)

Ένα από τα πιο επιτυχημένα σχέδια του ηλεκτροχημικού συστήματος ιόντων λιθίου είναι ο συνδυασμός νικελίου, μαγγανίου και κοβαλτίου (NMC) στην κάθοδο. Παρόμοια με τα συστήματα μαγγανίου λιθίου, αυτά τα συστήματα μπορούν να βελτιστοποιηθούν για χωρητικότητα ή ισχύ. Για παράδειγμα, μια μπαταρία NMC σε μέγεθος κυψέλης 18650 για μέτριο φορτίο έχει χωρητικότητα 2800 mAh και μπορεί να παρέχει ρεύμα 4-5 A. και η έκδοση στο ίδιο τυπικό μέγεθος, αλλά βελτιστοποιημένη για δείκτες ισχύος, έχει χωρητικότητα μόνο 2000 mAh, αλλά το μέγιστο ρεύμα εκφόρτισής της είναι 20 A. Ο δείκτης χωρητικότητας μπορεί να αυξηθεί στα 4000 mAh εάν προστεθεί πυρίτιο στην άνοδο. Αλλά από την άλλη πλευρά, αυτό θα μειώσει σημαντικά τα χαρακτηριστικά φορτίου και την αντοχή μιας τέτοιας μπαταρίας. Τέτοιες διφορούμενες ιδιότητες του πυριτίου προκύπτουν λόγω της διαστολής και της συστολής του κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση, γεγονός που οδηγεί σε μηχανική αστάθεια του σχεδιασμού της μπαταρίας.

Το μυστικό της τεχνολογίας NMC είναι ο συνδυασμός νικελίου και μαγγανίου. Μια αναλογία μπορεί να είναι το συνηθισμένο επιτραπέζιο αλάτι, όπου μεμονωμένα τα συστατικά του, το νάτριο και το χλώριο, είναι πολύ τοξικά, αλλά ο συνδυασμός τους αποτελεί μια χρήσιμη θρεπτική ουσία. Το νικέλιο είναι γνωστό για την υψηλή ενεργειακή του πυκνότητα αλλά τη χαμηλή του σταθερότητα. Το μαγγάνιο έχει το πλεονέκτημα της δομής του σπινελίου, που παρέχει χαμηλή εσωτερική αντίσταση, αλλά οδηγεί και σε ένα μειονέκτημα - χαμηλή ειδική ενεργειακή ένταση. Ο συνδυασμός αυτών των μετάλλων σας επιτρέπει να αντισταθμίσετε ο ένας τις ελλείψεις του άλλου και να αξιοποιήσετε πλήρως τα δυνατά σημεία του άλλου.

Οι μπαταρίες NMC χρησιμοποιούνται για εργαλεία βαρέως τύπου, ηλεκτρικά ποδήλατα και άλλες εφαρμογές ισχύος. Η σύνθεση της καθόδου, κατά κανόνα, συνδυάζει νικέλιο, μαγγάνιο και κοβάλτιο σε ίσα μέρη, δηλαδή κάθε μέταλλο καταλαμβάνει το ένα τρίτο του συνολικού όγκου. Αυτή η κατανομή είναι επίσης γνωστή ως 1-1-1. Ο συνδυασμός σε αυτή την αναλογία είναι πλεονεκτικός λόγω του κόστους του, αφού η περιεκτικότητα σε ακριβό κοβάλτιο είναι σχετικά μικρή σε σύγκριση με άλλες εκδόσεις της μπαταρίας. Ένας άλλος επιτυχημένος συνδυασμός NMC περιέχει 5 μέρη νικελίου, 3 μέρη κοβαλτίου και 2 μέρη μαγγανίου. Τα πειράματα για την εύρεση επιτυχημένων συνδυασμών αυτών των δραστικών ουσιών βρίσκονται ακόμη σε εξέλιξη. Το σχήμα 7 δείχνει τα χαρακτηριστικά της μπαταρίας NMC.

Εικόνα 7: Αξιολόγηση απόδοσης μπαταρίας NMC.Το NMC έχει καλή συνολική απόδοση και εξαιρετική ενεργειακή πυκνότητα. Αυτή η μπαταρία είναι η προτιμώμενη επιλογή για ηλεκτρικά οχήματα και έχει το χαμηλότερο επίπεδο αυτοθέρμανσης.

Πρόσφατα, η οικογένεια μπαταριών ιόντων λιθίου NMC είναι η πιο δημοφιλής, καθώς χάρη στη δυνατότητα συνδυασμού δραστικών ουσιών κατέστη δυνατή η κατασκευή μιας οικονομικής μπαταρίας με καλή απόδοση. Το νικέλιο, το μαγγάνιο και το κοβάλτιο μπορούν εύκολα να αναμειχθούν για να ικανοποιήσουν ένα ευρύ φάσμα απαιτήσεων για ηλεκτρικά οχήματα ή συστήματα αποθήκευσης ενέργειας που απαιτούν τακτική ποδηλασία. Η οικογένεια μπαταριών NMC αναπτύσσεται ενεργά στην ποικιλομορφία της.

Πίνακας χαρακτηριστικών

Οξείδιο κοβαλτίου μαγγανίου λιθίου νικελίου: κάθοδος LiNiMnCoO2, άνοδος γραφίτη Συντομογραφία: NMC (NCM, CMN, CNM, MNC, MCN παρόμοιο με μεταλλικό συνδυασμό) Αναπτύχθηκε το 2008
Τάση	3,60-3,70 V ονομαστική; τυπικό εύρος λειτουργίας - 3,0-4,2 V ανά στοιχείο ή υψηλότερο
Ειδική ένταση ενέργειας	150-220 W*h/kg
Φόρτιση με βαθμολογία C	0,7-1C, φόρτιση έως 4,20 V, σε ορισμένα μοντέλα έως 4,30 V. Η διαδικασία φόρτισης διαρκεί συνήθως 3 ώρες. Η φόρτιση με ρεύμα μεγαλύτερο από 1C μειώνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας
Κατηγορία C-ranking	1C; ορισμένα μοντέλα υποστηρίζουν 2C. στα 2,50 V ενεργοποιείται ο διακόπτης αποκοπής
Αριθμός κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης
Θερμική διάσπαση	Συνήθως στους 210°C. Η πλήρης φόρτιση προάγει τη θερμική διαφυγή
Τομείς χρήσης	Ηλεκτρικά ποδήλατα, ιατρικός εξοπλισμός, ηλεκτρικά οχήματα, βιομηχανία
Ενα σχόλιο	Παρέχετε υψηλή χωρητικότητα και ισχύ. Ευρύ φάσμα πρακτικών εφαρμογών, το μερίδιο αγοράς αυξάνεται ραγδαία

Πίνακας 8: Χαρακτηριστικά μπαταρίας οξειδίου του κοβαλτίου νικελίου λιθίου (NMC).

4. Μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LiFePO4)

Το 1996 πραγματοποιήθηκε έρευνα στο Πανεπιστήμιο του Τέξας, με αποτέλεσμα να ανακαλυφθεί νέο υλικό για την κάθοδο μπαταρία ιόντων λιθίου- φωσφορικό σίδηρο. Το σύστημα φωσφορικού λιθίου έχει καλές ηλεκτροχημικές ιδιότητες και χαμηλή εσωτερική αντίσταση. Τα κύρια πλεονεκτήματα τέτοιων μπαταριών είναι τα υψηλά επίπεδα ρεύματος και η μεγάλη διάρκεια ζωής, επιπλέον, έχουν καλή θερμική σταθερότητα, αυξημένη ασφάλεια και αντοχή σε κακή χρήση.

Οι μπαταρίες φωσφορικού λιθίου είναι πιο ανθεκτικές στην υπερφόρτιση. Εάν εφαρμόζεται υψηλή τάση σε αυτά για μεγάλο χρονικό διάστημα, τότε οι συνέπειες υποβάθμισης θα είναι αισθητά μικρότερες σε σύγκριση με άλλες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Αλλά η τάση κυψέλης των 3,20 V μειώνει την ειδική ενεργειακή πυκνότητα σε επίπεδο ακόμη μικρότερο από αυτό μιας μπαταρίας λιθίου-μαγγανίου. Για τις περισσότερες ηλεκτρικές μπαταρίες, οι χαμηλές θερμοκρασίες μειώνουν την απόδοση και οι υψηλές θερμοκρασίες μειώνουν τη διάρκεια ζωής και το σύστημα φωσφορικού λιθίου δεν αποτελεί εξαίρεση. Έχει επίσης υψηλότερο ρυθμό αυτοεκφόρτισης από άλλες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Το σχήμα 9 δείχνει τα χαρακτηριστικά μιας μπαταρίας φωσφορικού λιθίου.

Οι μπαταρίες φωσφορικού λιθίου χρησιμοποιούνται συχνά ως αντικατάσταση των μπαταριών εκκίνησης μολύβδου-οξέος. Τέσσερα στοιχεία μιας τέτοιας μπαταρίας θα παρέχουν τάση 12,8 V - παρόμοια με την τάση έξι στοιχείων μολύβδου-οξέος δύο βολτ. Ο εναλλάκτης του οχήματος επαναφορτίζει την μπαταρία μολύβδου-οξέος στα 14,40 V (2,40 V ανά κυψέλη). Για τέσσερις κυψέλες φωσφορικού λιθίου, η οριακή τάση θα είναι 3,60 V, μετά την οποία θα πρέπει να απενεργοποιηθεί η επαναφόρτιση, κάτι που δεν συμβαίνει σε ένα κανονικό όχημα. Οι μπαταρίες φωσφορικού λιθίου είναι ανθεκτικές στην υπερφόρτιση, αλλά ακόμη και αυτές υποβαθμίζονται όταν διατηρούνται σε υψηλή τάση για μεγάλο χρονικό διάστημα. Οι χαμηλές θερμοκρασίες μπορεί επίσης να είναι πρόβλημα όταν χρησιμοποιείτε μια μπαταρία φωσφορικού λιθίου ως αντικατάσταση μιας κανονικής μπαταρίας εκκίνησης.

Εικόνα 9: Αξιολόγηση απόδοσης μπαταρίας φωσφορικού λιθίου.Το ηλεκτροχημικό σύστημα φωσφορικού λιθίου παρέχει εξαιρετική ασφάλεια και μεγάλη διάρκεια ζωής, αλλά η συγκεκριμένη ενεργειακή ένταση είναι μέτρια και η υψηλή αυτοεκφόρτιση αξίζει επίσης να σημειωθεί.

Πίνακας χαρακτηριστικών

Σιδηροφωσφορικό λίθιο: κάθοδος LiFePO4, άνοδος γραφίτη Συντομογραφία: LFP ή Li-phosphate
Τάση	3,20, 3,30 V ονομαστική; τυπικό εύρος λειτουργίας - 2,5-3,65 V ανά στοιχείο
Ειδική ένταση ενέργειας	90-120 W*h/kg
Φόρτιση με βαθμολογία C	Πρότυπο 1C, φόρτιση έως 3,65 V. Η διαδικασία φόρτισης διαρκεί συνήθως 3 ώρες
Κατηγορία C-ranking	1C; σε ορισμένες εκδόσεις έως 25C. Ρεύματα παλμού 40 A (έως 2 δευτερόλεπτα). στα 2,50 V ενεργοποιείται η αποκοπή (η τάση κάτω από 2 V είναι επιβλαβής)
Αριθμός κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης	1000-2000 (ανάλογα με το βάθος εκφόρτισης και τη θερμοκρασία)
Θερμική διάσπαση	270°C. Ασφαλές ακόμα και όταν είναι πλήρως φορτισμένο
Τομείς χρήσης	Φορητές και σταθερές εφαρμογές όπου απαιτούνται υψηλά ρεύματα φορτίου και αντοχή

Οι διαδικασίες φόρτισης και εκφόρτισης οποιασδήποτε μπαταρίας συμβαίνουν με τη μορφή χημικής αντίδρασης. Ωστόσο, η φόρτιση των μπαταριών ιόντων λιθίου αποτελεί εξαίρεση στον κανόνα. Η επιστημονική έρευνα δείχνει την ενέργεια τέτοιων μπαταριών όπως η χαοτική κίνηση των ιόντων. Οι δηλώσεις των ειδικών αξίζουν προσοχής. Εάν η επιστήμη θέλει να φορτίζει σωστά τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, τότε αυτές οι συσκευές θα διαρκέσουν για πάντα.

Οι επιστήμονες βλέπουν στοιχεία απώλειας της χρήσιμης χωρητικότητας της μπαταρίας, που επιβεβαιώνεται από την πρακτική, σε ιόντα που μπλοκάρονται από τις λεγόμενες παγίδες.

Επομένως, όπως συμβαίνει με άλλα παρόμοια συστήματα, οι συσκευές ιόντων λιθίου δεν έχουν ανοσία σε ελαττώματα κατά τη χρήση τους στην πράξη.

Οι φορτιστές για σχέδια Li-ion έχουν κάποιες ομοιότητες με συσκευές σχεδιασμένες για συστήματα μολύβδου-οξέος.

Αλλά οι κύριες διαφορές μεταξύ τέτοιων φορτιστών φαίνονται στην παροχή αυξημένων τάσεων στις κυψέλες. Επιπλέον, υπάρχουν αυστηρότερες ανοχές ρεύματος, συν την εξάλειψη της διακοπτόμενης ή αιωρούμενης φόρτισης όταν η μπαταρία είναι πλήρως φορτισμένη.

Μια σχετικά ισχυρή συσκευή ισχύος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συσκευή αποθήκευσης ενέργειας για σχέδια εναλλακτικών πηγών ενέργειας

Εάν υπάρχει κάποια ευελιξία όσον αφορά την τάση σύνδεσης/αποσύνδεσης, οι κατασκευαστές συστημάτων ιόντων λιθίου απορρίπτουν κατηγορηματικά αυτήν την προσέγγιση.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου και οι κανόνες λειτουργίας για αυτές τις συσκευές δεν επιτρέπουν τη δυνατότητα απεριόριστης υπερφόρτισης.

Επομένως, δεν υπάρχει ο λεγόμενος «θαυματουργός» φορτιστής για μπαταρίες ιόντων λιθίου που να μπορούν να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής τους για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Είναι αδύνατο να αποκτήσετε πρόσθετη χωρητικότητα ιόντων λιθίου μέσω παλμικής φόρτισης ή άλλων γνωστών τεχνασμάτων. Η ενέργεια ιόντων λιθίου είναι ένα είδος «καθαρού» συστήματος που δέχεται αυστηρά περιορισμένη ποσότητα ενέργειας.

Φόρτιση μπαταριών με μείγμα κοβαλτίου

Τα κλασικά σχέδια μπαταριών ιόντων λιθίου είναι εξοπλισμένα με καθόδους των οποίων η δομή αποτελείται από υλικά:

• κοβάλτιο,
• νικέλιο,
• μαγγάνιο,
• αλουμίνιο.

Όλα αυτά φορτίζονται συνήθως με τάση έως και 4,20V/I. Η επιτρεπόμενη απόκλιση δεν είναι μεγαλύτερη από +/- 50 mV/I. Υπάρχουν όμως και ορισμένοι τύποι μπαταριών ιόντων λιθίου με βάση το νικέλιο που επιτρέπουν τάση φόρτισης έως και 4,10 V/I.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αναμεμειγμένες με κοβάλτιο είναι εξοπλισμένες με εσωτερικά προστατευτικά κυκλώματα, αλλά αυτό σπάνια αποτρέπει την έκρηξη της μπαταρίας όταν υπερφορτίζεται.

Υπάρχουν επίσης εξελίξεις στις μπαταρίες ιόντων λιθίου, όπου το ποσοστό λιθίου έχει αυξηθεί. Για αυτούς, η τάση φόρτισης μπορεί να φτάσει τα 4,30 V/I και υψηλότερα.

Λοιπόν, η αύξηση της τάσης αυξάνει τη χωρητικότητα, αλλά εάν η τάση υπερβαίνει τις προδιαγραφές, μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφή της δομής της μπαταρίας.

Ως εκ τούτου, ως επί το πλείστον, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι εξοπλισμένες με προστατευτικά κυκλώματα, σκοπός των οποίων είναι η διατήρηση του καθιερωμένου προτύπου.

Πλήρης ή μερική φόρτιση

Ωστόσο, η πρακτική δείχνει: οι περισσότερες ισχυρές μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν να δεχτούν υψηλότερο επίπεδο τάσης, υπό την προϋπόθεση ότι τροφοδοτούνται για μικρό χρονικό διάστημα.

Με αυτήν την επιλογή, η απόδοση φόρτισης είναι περίπου 99%, και η κυψέλη παραμένει δροσερή καθ' όλη τη διάρκεια της φόρτισης. Είναι αλήθεια ότι ορισμένες μπαταρίες ιόντων λιθίου εξακολουθούν να θερμαίνονται κατά 4-5 C όταν φτάνουν σε πλήρη φόρτιση.

Αυτό μπορεί να οφείλεται σε προστασία ή λόγω υψηλής εσωτερικής αντίστασης. Για τέτοιες μπαταρίες, η φόρτιση θα πρέπει να διακόπτεται όταν η θερμοκρασία ανέβει πάνω από 10ºC με μέτρια ταχύτητα φόρτισης.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου στο φορτιστή φορτίζονται. Η ένδειξη δείχνει ότι οι μπαταρίες είναι πλήρως φορτισμένες. Περαιτέρω διαδικασία απειλεί να βλάψει τις μπαταρίες

Η πλήρης φόρτιση των συστημάτων ανάμειξης με κοβάλτιο πραγματοποιείται σε μια τάση κατωφλίου. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα πέφτει έως και 3-5% της ονομαστικής τιμής.

Η μπαταρία θα εμφανίσει πλήρη φόρτιση ακόμα και όταν φτάσει σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο χωρητικότητας που παραμένει αμετάβλητο για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ο λόγος για αυτό μπορεί να είναι η αυξημένη αυτοεκφόρτιση της μπαταρίας.

Αύξηση του ρεύματος φόρτισης και του κορεσμού φόρτισης

Πρέπει να σημειωθεί ότι η αύξηση του ρεύματος φόρτισης δεν επιταχύνει την επίτευξη μιας κατάστασης πλήρους φόρτισης. Το λίθιο θα φτάσει την τάση αιχμής πιο γρήγορα, αλλά η φόρτιση μέχρι να κορεστεί πλήρως η χωρητικότητα διαρκεί περισσότερο. Ωστόσο, η φόρτιση της μπαταρίας με υψηλό ρεύμα αυξάνει γρήγορα τη χωρητικότητα της μπαταρίας σε περίπου 70%.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν απαιτούν πλήρη φόρτιση, όπως συμβαίνει με τις συσκευές μολύβδου-οξέος. Επιπλέον, αυτή η επιλογή φόρτισης είναι ανεπιθύμητη για Li-ion. Στην πραγματικότητα, είναι καλύτερο να μην φορτίζετε πλήρως την μπαταρία, γιατί η υψηλή τάση «πιέζει» την μπαταρία.

Η επιλογή χαμηλότερου ορίου τάσης ή η πλήρης αφαίρεση του φορτίου κορεσμού συμβάλλει στην παράταση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας ιόντων λιθίου. Είναι αλήθεια ότι αυτή η προσέγγιση συνοδεύεται από μείωση του χρόνου απελευθέρωσης ενέργειας της μπαταρίας.

Θα πρέπει να σημειωθεί εδώ: οι οικιακές φορτιστές, κατά κανόνα, λειτουργούν στη μέγιστη ισχύ και δεν υποστηρίζουν ρύθμιση του ρεύματος φόρτισης (τάση).

Οι κατασκευαστές καταναλωτικών φορτιστών μπαταριών ιόντων λιθίου θεωρούν ότι η μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας είναι λιγότερο σημαντική από το κόστος της πολυπλοκότητας του κυκλώματος.

Φορτιστές μπαταριών Li-ion

Ορισμένοι φθηνοί οικιακούς φορτιστές λειτουργούν συχνά χρησιμοποιώντας μια απλοποιημένη μέθοδο. Φορτίστε μια μπαταρία ιόντων λιθίου σε μία ώρα ή λιγότερο, χωρίς να μεταβαίνετε σε φόρτιση κορεσμού.

Η ένδειξη ετοιμότητας σε τέτοιες συσκευές ανάβει όταν η μπαταρία φτάσει στο όριο τάσης στο πρώτο στάδιο. Η κατάσταση φόρτισης είναι περίπου 85%, που συχνά ικανοποιεί πολλούς χρήστες.

Αυτός ο φορτιστής εγχώριας παραγωγής προσφέρεται για εργασία με διαφορετικές μπαταρίες, συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών ιόντων λιθίου. Η συσκευή διαθέτει σύστημα ρύθμισης τάσης και ρεύματος, το οποίο είναι ήδη καλό

Οι επαγγελματικοί φορτιστές (ακριβοί) διακρίνονται από το γεγονός ότι ρυθμίζουν το όριο τάσης φόρτισης χαμηλότερα, παρατείνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας ιόντων λιθίου.

Ο πίνακας δείχνει την υπολογιζόμενη ισχύ κατά τη φόρτιση με τέτοιες συσκευές σε διαφορετικά όρια τάσης, με και χωρίς φορτίο κορεσμού:

Τάση φόρτισης, V/ανά κυψέλη	Χωρητικότητα σε διακοπή υψηλής τάσης, %	Χρόνος φόρτισης, min	Χωρητικότητα σε πλήρη κορεσμό, %
3.80	60	120	65
3.90	70	135	75
4.00	75	150	80
4.10	80	165	90
4.20	85	180	100

Μόλις η μπαταρία ιόντων λιθίου αρχίσει να φορτίζει, υπάρχει ταχεία αύξηση της τάσης. Αυτή η συμπεριφορά είναι συγκρίσιμη με την ανύψωση φορτίου με λάστιχο όταν υπάρχει φαινόμενο καθυστέρησης.

Η χωρητικότητα θα αποκτηθεί τελικά όταν η μπαταρία φορτιστεί πλήρως. Αυτό το χαρακτηριστικό φόρτισης είναι τυπικό για όλες τις μπαταρίες.

Όσο υψηλότερο είναι το ρεύμα φόρτισης, τόσο πιο φωτεινό είναι το εφέ λάστιχου. Η χαμηλή θερμοκρασία ή η παρουσία κυψέλης με υψηλή εσωτερική αντίσταση ενισχύει μόνο το αποτέλεσμα.

Η δομή μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου στην απλούστερη μορφή της: 1- αρνητικός ζυγός από χαλκό. 2 — θετικό ελαστικό από αλουμίνιο. 3 - άνοδος οξειδίου του κοβαλτίου. 4- κάθοδος γραφίτη. 5 - ηλεκτρολύτης

Η εκτίμηση της κατάστασης φόρτισης με την ανάγνωση της τάσης μιας φορτισμένης μπαταρίας δεν είναι πρακτική. Η μέτρηση της τάσης ανοιχτού κυκλώματος (ρελαντί) αφού η μπαταρία έχει παραμείνει για αρκετές ώρες είναι ο καλύτερος δείκτης αξιολόγησης.

Όπως και με άλλες μπαταρίες, η θερμοκρασία επηρεάζει την ταχύτητα αδράνειας με τον ίδιο τρόπο που επηρεάζει το ενεργό υλικό μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου. , φορητούς υπολογιστές και άλλες συσκευές υπολογίζεται μετρώντας κουλόμπ.

Μπαταρία ιόντων λιθίου: όριο κορεσμού

Μια μπαταρία ιόντων λιθίου δεν μπορεί να απορροφήσει το υπερβολικό φορτίο. Επομένως, όταν η μπαταρία είναι πλήρως κορεσμένη, το ρεύμα φόρτισης πρέπει να αφαιρεθεί αμέσως.

Μια σταθερή φόρτιση ρεύματος μπορεί να οδηγήσει σε επιμετάλλωση στοιχείων λιθίου, γεγονός που παραβιάζει την αρχή της διασφάλισης της ασφαλούς λειτουργίας τέτοιων μπαταριών.

Για να ελαχιστοποιήσετε τον σχηματισμό ελαττωμάτων, θα πρέπει να αποσυνδέσετε την μπαταρία ιόντων λιθίου όσο το δυνατόν γρηγορότερα όταν φτάσει στη μέγιστη φόρτιση.

Αυτή η μπαταρία δεν θα φορτίζει πλέον τόσο ακριβώς όσο θα έπρεπε. Λόγω ακατάλληλης φόρτισης, έχασε τις κύριες ιδιότητές του ως συσκευή αποθήκευσης ενέργειας.

Μόλις σταματήσει η φόρτιση, η τάση της μπαταρίας ιόντων λιθίου αρχίζει να πέφτει. Εμφανίζεται η επίδραση της μείωσης του σωματικού στρες.

Για κάποιο χρονικό διάστημα, η τάση ανοιχτού κυκλώματος θα κατανέμεται μεταξύ ανομοιόμορφα φορτισμένων κυψελών με τάση 3,70 V και 3,90 V.

Εδώ, η διαδικασία προσελκύει επίσης την προσοχή όταν μια μπαταρία ιόντων λιθίου, η οποία έχει λάβει πλήρως κορεσμένη φόρτιση, αρχίζει να φορτίζει τη γειτονική (αν περιλαμβάνεται στο κύκλωμα), η οποία δεν έχει λάβει φόρτιση κορεσμού.

Όταν οι μπαταρίες ιόντων λιθίου πρέπει να φυλάσσονται συνεχώς στον φορτιστή για να διασφαλίζεται η ετοιμότητά τους, θα πρέπει να βασίζεστε σε φορτιστές που διαθέτουν λειτουργία φόρτισης βραχυπρόθεσμης αντιστάθμισης.

Ο φορτιστής φλας ανάβει όταν η τάση ανοιχτού κυκλώματος πέσει στα 4,05 V/I και σβήνει όταν η τάση φτάσει τα 4,20 V/I.

Οι φορτιστές που έχουν σχεδιαστεί για λειτουργία σε ετοιμότητα ή αναμονή συχνά επιτρέπουν στην τάση της μπαταρίας να πέσει στα 4,00 V/I και φορτίζουν μόνο τις μπαταρίες Li-Ion στα 4,05 V/I αντί να φτάσουν στο πλήρες επίπεδο των 4,20 V/I.

Αυτή η τεχνική μειώνει τη φυσική τάση, η οποία συνδέεται εγγενώς με την τεχνική τάση, και συμβάλλει στην παράταση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας.

Φόρτιση μπαταριών χωρίς κοβάλτιο

Οι παραδοσιακές μπαταρίες έχουν ονομαστική τάση κυψέλης 3,60 βολτ. Ωστόσο, για συσκευές που δεν περιέχουν κοβάλτιο, η βαθμολογία είναι διαφορετική.

Έτσι, οι μπαταρίες φωσφορικού λιθίου έχουν ονομαστική τιμή 3,20 βολτ (τάση φόρτισης 3,65 V). Και οι νέες μπαταρίες τιτανικού λιθίου (κατασκευάζονται στη Ρωσία) έχουν ονομαστική τάση κυψέλης 2,40 V (τάση φορτιστή 2,85).

Οι μπαταρίες φωσφορικού λιθίου είναι συσκευές αποθήκευσης ενέργειας που δεν περιέχουν κοβάλτιο στη δομή τους. Αυτό το γεγονός αλλάζει κάπως τις συνθήκες φόρτισης τέτοιων μπαταριών.

Οι παραδοσιακοί φορτιστές δεν είναι κατάλληλοι για τέτοιες μπαταρίες, καθώς υπερφορτώνουν την μπαταρία με κίνδυνο έκρηξης. Αντίθετα, ένα σύστημα φόρτισης για μπαταρίες χωρίς κοβάλτιο δεν θα παρέχει επαρκή φόρτιση σε μια παραδοσιακή μπαταρία ιόντων λιθίου 3,60 V.

Υπέρβαση φόρτισης μπαταρίας ιόντων λιθίου

Η μπαταρία ιόντων λιθίου λειτουργεί με ασφάλεια εντός καθορισμένων τάσεων λειτουργίας. Ωστόσο, η απόδοση της μπαταρίας γίνεται ασταθής εάν φορτιστεί πάνω από τα όρια λειτουργίας.

Η μακροχρόνια φόρτιση μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου με τάση άνω των 4,30 V, σχεδιασμένη για ονομαστική λειτουργία 4,20 V, είναι γεμάτη με μεταλλοποίηση λιθίου της ανόδου.

Το υλικό της καθόδου, με τη σειρά του, αποκτά τις ιδιότητες ενός οξειδωτικού παράγοντα, χάνει τη σταθερότητά του και απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα.

Η πίεση της κυψέλης της μπαταρίας αυξάνεται και εάν η φόρτιση συνεχιστεί, η εσωτερική συσκευή προστασίας θα λειτουργεί σε πίεση μεταξύ 1000 kPa και 3180 kPa.

Εάν η άνοδος της πίεσης συνεχιστεί μετά από αυτό, η προστατευτική μεμβράνη ανοίγει σε επίπεδο πίεσης 3.450 kPa. Σε αυτή την κατάσταση, η μπαταρία ιόντων λιθίου είναι στα πρόθυρα της έκρηξης και τελικά κάνει ακριβώς αυτό.

Δομή: 1 - επάνω κάλυμμα. 2 - άνω μονωτήρας. 3 - μεταλλικό κουτί. 4 - κάτω μονωτήρας. 5 — καρτέλα ανόδου. 6 - κάθοδος? 7 - διαχωριστικό? 8 - άνοδος; 9 — γλωττίδα καθόδου. 10 - εξαερισμός? 11 - PTC; 12 — παρέμβυσμα

Η ενεργοποίηση της προστασίας μέσα σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου σχετίζεται με αύξηση της θερμοκρασίας του εσωτερικού περιεχομένου. Μια πλήρως φορτισμένη μπαταρία έχει υψηλότερη εσωτερική θερμοκρασία από μια μερικώς φορτισμένη.

Επομένως, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου φαίνεται να είναι πιο ασφαλείς όταν φορτίζονται σε χαμηλό επίπεδο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι αρχές ορισμένων χωρών απαιτούν τη χρήση μπαταριών Li-ion σε αεροσκάφη που είναι κορεσμένα με ενέργεια όχι περισσότερο από το 30% της πλήρους χωρητικότητας τους.

Το όριο θερμοκρασίας της εσωτερικής μπαταρίας σε πλήρες φορτίο είναι:

• 130-150°C (για λίθιο-κοβάλτιο);
• 170-180°C (για νικέλιο-μαγγάνιο-κοβάλτιο);
• 230-250°C (για το λίθιο μαγγάνιο).

Πρέπει να σημειωθεί: οι μπαταρίες φωσφορικού λιθίου έχουν καλύτερη σταθερότητα στη θερμοκρασία από τις μπαταρίες μαγγανίου λιθίου. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν είναι οι μόνες που αποτελούν κίνδυνο σε συνθήκες υπερφόρτωσης ενέργειας.

Για παράδειγμα, οι μπαταρίες μολύβδου-νικελίου είναι επίσης επιρρεπείς σε τήξη με επακόλουθη φωτιά, εάν ο κορεσμός ενέργειας πραγματοποιείται κατά παράβαση του καθεστώτος διαβατηρίων.

Επομένως, η χρήση φορτιστών που ταιριάζουν απόλυτα με την μπαταρία είναι υψίστης σημασίας για όλες τις μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Μερικά συμπεράσματα από την ανάλυση

Η φόρτιση των μπαταριών ιόντων λιθίου έχει μια απλοποιημένη διαδικασία σε σύγκριση με τα συστήματα νικελίου. Το κύκλωμα φόρτισης είναι απλό, με όρια τάσης και ρεύματος.

Αυτό το κύκλωμα είναι πολύ πιο απλό από ένα κύκλωμα που αναλύει σύνθετες υπογραφές τάσης που αλλάζουν καθώς χρησιμοποιείται η μπαταρία.

Η διαδικασία κορεσμού ενέργειας των μπαταριών ιόντων λιθίου επιτρέπει διακοπές αυτές οι μπαταρίες δεν χρειάζεται να είναι πλήρως κορεσμένοι, όπως συμβαίνει με τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος.

Κύκλωμα ελεγκτή για μπαταρίες ιόντων λιθίου χαμηλής κατανάλωσης. Μια απλή λύση και ελάχιστες λεπτομέρειες. Αλλά το κύκλωμα δεν παρέχει συνθήκες κύκλου που διατηρούν μεγάλη διάρκεια ζωής

Οι ιδιότητες των μπαταριών ιόντων λιθίου υπόσχονται πλεονεκτήματα στη λειτουργία ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ηλιακά πάνελ και ανεμογεννήτριες). Κατά κανόνα, μια ανεμογεννήτρια σπάνια παρέχει πλήρη φόρτιση της μπαταρίας.

Για τα ιόντα λιθίου, η έλλειψη απαιτήσεων φόρτισης σε σταθερή κατάσταση απλοποιεί τον σχεδιασμό του ελεγκτή φόρτισης. Μια μπαταρία ιόντων λιθίου δεν απαιτεί ελεγκτή για την εξίσωση τάσης και ρεύματος, όπως απαιτείται από τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος.

Όλοι οι οικιακόι και οι περισσότεροι βιομηχανικοί φορτιστές ιόντων λιθίου φορτίζουν πλήρως την μπαταρία. Ωστόσο, οι υπάρχουσες συσκευές φόρτισης μπαταριών ιόντων λιθίου γενικά δεν παρέχουν ρύθμιση τάσης στο τέλος του κύκλου.

Όταν μιλάνε για μπαταρίες λιθίου ή συσσωρευτές, τις περισσότερες φορές δεν συνειδητοποιούν καν ότι σχεδόν μια ντουζίνα από αυτές έχουν εμφανιστεί τα τελευταία δύο χρόνια, καθένα από τα οποία είναι λίθιο με διάφορα πρόσθετα άλλων χημικών στοιχείων, τα οποία τελικά διαφέρουν σημαντικά από ο ένας τον άλλον.

Ας δούμε τους τύπους τους και ας ξεκινήσουμε με τα κλασικά:

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι κλασικές επαναφορτιζόμενες μπαταρίες στις οποίες τα ιόντα λιθίου μετακινούνται από το αρνητικό ηλεκτρόδιο στο θετικό ηλεκτρόδιο κατά την εκφόρτιση και ξανά κατά τη φόρτιση. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται ευρέως στα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης. Είναι ένας από τους πιο δημοφιλείς τύπους επαναφορτιζόμενων μπαταριών για φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, με μία από τις καλύτερες ενεργειακές πυκνότητες, χωρίς εφέ μνήμης και αργή απώλεια φόρτισης όταν δεν χρησιμοποιούνται (χαμηλή αυτοεκφόρτιση).

Αυτή η σειρά καλύπτει κυλινδρικά και πρισματικά μεγέθη μπαταριών. Li-ion έχει την υψηλότερη πυκνότητα ισχύος από οποιαδήποτε μπαταρία παλαιού τύπου. Το πολύ μικρό βάρος και ο μεγάλος κύκλος ζωής το καθιστούν ιδανικό προϊόν για πολλές λύσεις.

Το τιτανικό λίθιο (τιτανικό λίθιο) είναι μια σχετικά νέα κατηγορία μπαταριών ιόντων λιθίου - (περισσότερες λεπτομέρειες). Χαρακτηρίζεται από πολύ μεγάλο κύκλο ζωής, μετρούμενο σε χιλιάδες κύκλους. Ο τιτανικός μόλυβδος λιθίου είναι επίσης πολύ ασφαλής και συγκρίσιμος από αυτή την άποψη με τον φωσφορικό σίδηρο. Η ενεργειακή πυκνότητα είναι χαμηλότερη από άλλες πηγές ισχύος ιόντων λιθίου και η ονομαστική της τάση είναι 2,4 V.

Αυτή η τεχνολογία διαθέτει πολύ γρήγορη φόρτιση, χαμηλή εσωτερική αντίσταση, πολύ υψηλό κύκλο ζωής και εξαιρετική αντοχή (επίσης ασφάλεια). Το LTO έχει βρει την εφαρμογή του κυρίως σε ηλεκτρικά οχήματα και ρολόγια χειρός. Πρόσφατα, έχει αρχίσει να βρίσκει εφαρμογή σε κινητές ιατρικές συσκευές λόγω της υψηλής ασφάλειας. Ένα από τα χαρακτηριστικά της τεχνολογίας είναι ότι χρησιμοποιεί νανοκρυστάλλους στην άνοδο αντί για άνθρακα, γεγονός που παρέχει πολύ πιο αποτελεσματική επιφάνεια. Δυστυχώς, αυτή η μπαταρία έχει χαμηλότερες τάσεις από άλλους τύπους μπαταριών λιθίου.

Ιδιαιτερότητες:

• Ειδική ενέργεια: περίπου 30-110 Wh/kg
• Ενεργειακή πυκνότητα: 177 W * h/l
• Ειδική ισχύς: 3.000-5.100 W/kg
• Απόδοση εκφόρτισης: περίπου 85%; απόδοση φόρτισης πάνω από 95%
• Ενέργεια-τιμή: 0,5 W/δολλάριο
• Διάρκεια ζωής: >10 χρόνια
• Αυτοεκφόρτιση: 2-5%/μήνα
• Ανθεκτικότητα: 6000 κύκλοι έως 90% χωρητικότητα
• Ονομαστική τάση: 1,9 έως 2,4 V
• Θερμοκρασία: -40 έως +55°C
• Μέθοδος φόρτισης: Χρησιμοποιεί σταθερό σταθερό ρεύμα και μετά σταθερή τάση μέχρι να φτάσει στο κατώφλι.

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

Το πολυμερές λιθίου έχει υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα ως προς το βάρος από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Σε πολύ λεπτές κυψέλες (έως 5 mm), το πολυμερές λιθίου παρέχει υψηλή ογκομετρική πυκνότητα ενέργειας. Εξαιρετική σταθερότητα σε υπέρταση και υψηλές θερμοκρασίες.

Αυτή η σειρά μπαταριών μπορεί να παραχθεί στην περιοχή από 30 έως 23000 mAh, τύπου πρισματικού και κυλινδρικού περιβλήματος. Οι μπαταρίες πολυμερών λιθίου προσφέρουν μια σειρά από πλεονεκτήματα: μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα κατ' όγκο, ευελιξία στα μεγέθη κυψελών και μεγαλύτερο περιθώριο ασφάλειας, με εξαιρετική σταθερότητα τάσης ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες. Κύριοι τομείς εφαρμογής: φορητές συσκευές αναπαραγωγής, Bluetooth, ασύρματες συσκευές, PDA και ψηφιακές κάμερες, ηλεκτρικά ποδήλατα, πλοηγοί GPS, φορητοί υπολογιστές, ηλεκτρονικοί αναγνώστες.

Ιδιαιτερότητες:

• Ονομαστική τάση: 3,7V
• Τάση φόρτισης: 4,2±0,05 V
• Ρεύμα φόρτισης, ταχύτητα: 0,2-10C
• Όριο τάσης εκφόρτισης: 2,5 V
• Ταχύτητα εκφόρτισης: έως 50C
• Αντοχή κύκλου: 400 κύκλοι

Ο φωσφορικός σίδηρος λιθίου έχει καλά χαρακτηριστικά ασφαλείας, μεγάλη διάρκεια ζωής (έως 2000 κύκλους) και χαμηλό κόστος παραγωγής. Οι μπαταρίες LiFePO4 είναι κατάλληλες για εφαρμογές ρεύματος υψηλής εκφόρτισης όπως στρατιωτικός εξοπλισμός, ηλεκτρικά εργαλεία, ηλεκτρικά ποδήλατα, φορητοί υπολογιστές, UPS και συστήματα ηλιακής ενέργειας.

Ως νέο υλικό ανόδου για μπαταρίες ιόντων λιθίου, το lifepo4 παρουσιάστηκε για πρώτη φορά το 1997 και βελτιώνεται συνεχώς μέχρι σήμερα. Έχει προσελκύσει την προσοχή των ειδικών λόγω της αξιόπιστης ασφάλειας, της ανθεκτικότητάς του, των χαμηλών περιβαλλοντικών επιπτώσεων κατά την απόρριψη και των βολικών χαρακτηριστικών φόρτισης και εκφόρτισης. Πολλοί ειδικοί ισχυρίζονται ότι οι μπαταρίες lifepo4 είναι μακράν η καλύτερη επιλογή για την αυτόνομη τροφοδοσία ηλεκτρονικών συσκευών.

Διοξείδιο του θείου λιθίου (μπαταρία Li και SO2) - αυτές οι μπαταρίες έχουν υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και καλή αντοχή στην εκφόρτιση υψηλής ισχύος. Τέτοια στοιχεία χρησιμοποιούνται κυρίως στη στρατιωτική επιστήμη, τη μετεωρολογία και την αστροναυτική.

Οι μπαταρίες διοξειδίου του θείου λιθίου με άνοδο λιθίου (το ελαφρύτερο από όλα τα μέταλλα) και μια υγρή κάθοδο που περιέχει έναν πορώδες συλλέκτη ρεύματος άνθρακα γεμάτο με διοξείδιο του θείου (SO2) παράγουν τάση 2,9 V και έχουν κυλινδρικό σχήμα.

Ιδιαιτερότητες:

• Υψηλή τάση λειτουργίας, σταθερή σε όλο το μεγαλύτερο μέρος της εκφόρτισης
• Εξαιρετικά χαμηλή αυτοεκφόρτιση
• Απόδοση σε ακραίες συνθήκες
• Ευρύ εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας (-55°C έως +65°C)

Διοξείδιο του μαγγανίου λιθίου (μπαταρία Li-MnO2) - αυτές οι μπαταρίες έχουν μια ελαφριά άνοδο μετάλλου λιθίου και μια στερεή κάθοδο διοξειδίου του μαγγανίου, βυθισμένη σε έναν μη διαβρωτικό, μη τοξικό οργανικό ηλεκτρολύτη. Αυτός ο τύπος μπαταρίας είναι συμβατός με την EU RoHS και χαρακτηρίζεται από μεγάλη χωρητικότητα, υψηλή χωρητικότητα εκφόρτισης και μεγάλη διάρκεια ζωής.

Το Li-MnO2 χρησιμοποιείται ευρέως σε εφεδρικά τροφοδοτικά, φάρους έκτακτης ανάγκης, συναγερμούς πυρκαγιάς, ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου πρόσβασης, ψηφιακές κάμερες, ιατρικό εξοπλισμό.

Ιδιαιτερότητες:

• Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα
• Πολύ σταθερή τάση εκφόρτισης
• Διάρκεια ζωής άνω των 10 ετών
• Θερμοκρασία λειτουργίας: -40 έως +60°C

Οι μπαταρίες θειονυλοχλωριδίου λιθίου (λιθίου-SOCl2) έχουν μια ελαφριά άνοδο μετάλλου λιθίου και μια υγρή κάθοδο που περιέχει έναν πορώδες συλλέκτη ρεύματος άνθρακα γεμάτο με θειονυλοχλωρίδιο (SOCl2). Οι μπαταρίες Li-SOCL2 είναι ιδανικές για συσκευές αυτοκινήτου, ιατρικές συσκευές και στρατιωτικές και αεροδιαστημικές εφαρμογές. Έχουν το μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας από -60 έως + 150°C.

Ιδιαιτερότητες:

• Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα
• Μεγάλη διάρκεια ζωής
• Ευρύ φάσμα θερμοκρασίας
• Καλή σφράγιση
• Σταθερή τάση εκφόρτισης

Μπαταρίες Li-FeS2

Οι μπαταρίες και οι μπαταρίες Li-FeS2 αντιπροσωπεύουν δισουλφίδιο σιδήρου λιθίου. Πληροφορίες για αυτούς θα προστεθούν αργότερα.

Δεδομένου ότι οποιαδήποτε μπαταρία (μπαταρία) είναι πηγή σταθερού ηλεκτρικού ρεύματος, αργά ή γρήγορα το φορτίο της αναπόφευκτα θα εξαντληθεί. Με κάθε επαναφόρτιση, η χωρητικότητά του θα γίνεται όλο και λιγότερη. Αυτοί είναι οι νόμοι της φυσικής.

Μπορείτε να παρατείνετε τη δουλειά του μόνο για μικρό χρονικό διάστημα. Ας δούμε πώς να επισκευάσετε μια μπαταρία ιόντων λιθίου για να κερδίσετε τον χρόνο που απαιτείται για την αντικατάσταση της μπαταρίας.

ΣΠΟΥΔΑΙΟΣ. Εάν είστε νέος στην τεχνολογία, τότε, γενικά, δεν αξίζει να διαβάσετε τίποτα περισσότερο - απλώς πηγαίνετε να πάρετε μια νέα μπαταρία ή καλέστε έναν ικανό φίλο. (Δεν χρειάζεται να καλέσετε νονό!).

Επιπλέον, θα μάθετε για τα αίτια της πυρκαγιάς, τους κινδύνους έκρηξης και τη γήρανση των LIB. Αυτές οι πληροφορίες θα βοηθήσουν στον προσδιορισμό του τι ακριβώς συνέβη με την μπαταρία και θα επιτρέψουν επίσης την αποφυγή λειτουργικών σφαλμάτων.

Έτσι, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (LIB) χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα διαφόρων σύγχρονων τεχνολογιών ως πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. ενέργεια από κινητά τηλέφωνα σε συσκευές αποθήκευσης σε ενεργειακά συστήματα.

Οι κύριοι δείκτες απόδοσης τους μπορεί να ποικίλλουν εντός των παρακάτω ορίων (αυτό εξαρτάται από τη χημική τους σύνθεση):

• Τάση (ονομαστική) - 3,7 V ή 3,8 V;
• Μέγιστη τάση - 4,23 V ή 4,4 V;
• Ελάχιστη τάση - 2,5–2,75 V ή 3,0 V;
• Ο αριθμός των φορτίων-εκφορτώσεων είναι 600 (με απώλεια 20% της χωρητικότητας).
• Εσωτερική αντίσταση 5–15 mOhm/Ah;
• Υπό κανονικές συνθήκες, η τιμή αυτοεκφόρτισης είναι 3% ανά μήνα.
• Το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας είναι από μείον 20°C έως συν 60°C, η βέλτιστη θερμοκρασία είναι συν 20°C.
• Εάν γίνει υπέρβαση της τάσης κατά τη φόρτιση του LIB, μπορεί να πάρει φωτιά. Για προστασία από αυτό, ένας ελεγκτής εισάγεται στο περίβλημα. Η λειτουργία του είναι να απενεργοποιήσει το LIA. (Επίσης έλεγχος ρεύματος, υπερθέρμανσης και βάθους εκφόρτισης).
• Για να μειωθεί το κόστος, δεν είναι κάθε μπαταρία λιθίου εξοπλισμένη με ελεγκτή (ή δεν παρέχει προστασία για όλες τις παραμέτρους).

ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ: Ο πρώτος κατασκευαστής μπαταριών λιθίου ήταν η Sony Corporation το 1991.

Σχεδιασμός και πλεονεκτήματα του LIB

Ένα LIB αποτελείται από μια κάθοδο (σε φύλλο αλουμινίου) και μια άνοδο (σε φύλλο χαλκού), που χωρίζονται από έναν ηλεκτρολυτικό διαχωριστή και τοποθετούνται σε ένα σφραγισμένο "κονσέρβα".

Η κάθοδος και η άνοδος συνδέονται με τους ακροδέκτες συλλογής ρεύματος.

Το περίβλημα είναι μερικές φορές εξοπλισμένο με μια βαλβίδα για την εκτόνωση της πίεσης σε περίπτωση έκτακτης λειτουργίας.

Σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου (LIB), το φορτίο μεταφέρεται από ένα ιόν λιθίου. Η χαρακτηριστική του ικανότητα είναι η ικανότητα να διεισδύει στο κρυσταλλικό πλέγμα άλλων υλικών (στην περίπτωσή μας γραφίτη, οξείδια ή άλατα μετάλλων), σχηματίζοντας έτσι χημικούς δεσμούς.

Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται τρεις τύποι υλικών καθόδου:

• Κοβαλτικά λιθίου (χάρη στο κοβάλτιο, ο αριθμός των κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης αυξάνεται και καθίσταται επίσης δυνατή η λειτουργία σε χαμηλές θερμοκρασίες).
• Λίθιο μαγγάνιο;
• Σιδηροφωσφορικό λίθιο (χαμηλού κόστους).
• Τα πλεονεκτήματα των LIB είναι η χαμηλή αυτοεκφόρτιση και ο μεγάλος αριθμός κύκλων.

Μειονεκτήματα της LIA

Ο κίνδυνος έκρηξης των μπαταριών ιόντων λιθίου στην πρώτη γενιά δικαιολογήθηκε από την εμφάνιση αέριων σχηματισμών που οδήγησαν σε βραχυκύκλωμα μεταξύ των ηλεκτροδίων. Αυτό έχει πλέον εξαλειφθεί αλλάζοντας το υλικό της ανόδου από μέταλλο λίθιο σε γραφίτη.

Κίνδυνοι έκρηξης προέκυψαν επίσης σε LIB οξειδίου του κοβαλτίου λόγω λειτουργικών αστοχιών.

Τα LIB που βασίζονται σε σιδηροφωσφορικό λίθιο είναι εντελώς απαλλαγμένα από αυτό το μειονέκτημα.

ΣΠΟΥΔΑΙΟΣ. Η εκφόρτιση LIB σε χαμηλές θερμοκρασίες (ειδικά επαναλαμβανόμενη εκφόρτιση) οδηγεί σε μείωση της ενέργειας ανάκρουσης έως και δεκάδες τοις εκατό. Επιπλέον, τα LIB αντιδρούν «απότομα» στη θερμοκρασία κατά τη φόρτιση: η βέλτιστη θερμοκρασία είναι +20 °C και οι +5 °C δεν συνιστάται πλέον.

Εφέ μνήμης

Η έρευνα έχει επιβεβαιώσει την ύπαρξη ενός φαινομένου μνήμης στο LIB. Το θέμα όμως είναι η θεμελιώδης παρουσία του και όχι η επιρροή του στο έργο συνολικά.

Η εξήγηση αυτής της διαδικασίας είναι η εξής: η μπαταρία λειτουργεί με περιοδική απελευθέρωση και δέσμευση ιόντων λιθίου και αυτή η διαδικασία, όταν δεν φορτίζεται πλήρως, επιδεινώνεται λόγω διαταραχής της μικροδομής του ηλεκτροδίου.

ΣΠΟΥΔΑΙΟΣ. Οι ειδικοί έχουν εντοπίσει δύο κανόνες για την παράταση της διάρκειας ζωής των LIB:

• Αποτροπή πλήρους εκκένωσης.
• Μην φορτίζετε κοντά σε πηγές θερμότητας.

Γηράσκων

Τα LIB γερνούν ακόμα και όταν δεν χρησιμοποιούνται. Το 20% της χωρητικότητας χάνεται μετά από μόλις δύο χρόνια. Δεν πρέπει να τα αγοράζετε "για το τραπέζι". Κατά την αγορά, κοιτάξτε την ημερομηνία παραγωγής.

Χαμηλές θερμοκρασίες και ισχύς

Έως και πενήντα τοις εκατό της ισχύος της μπαταρίας χάνεται σε θερμοκρασίες λειτουργίας κάτω από 0 °C.

Αυτοανάφλεξη

Τα LIB είναι επιρρεπή σε αυθόρμητη καύση. Κατά τη θερμική επιτάχυνση μιας ελαττωματικής (χαλασμένης) μπαταρίας, απελευθερώνονται ουσίες που επιταχύνουν την αυτοθέρμανση της (οξυγόνο συν εύφλεκτα αέρια). Ως εκ τούτου, είναι ικανό να καεί ακόμη και απουσία αέρα.

Για την κατάσβεση σε τέτοιες περιπτώσεις, φροντίστε για χαμηλότερη θερμοκρασία και αποτρέψτε την εξάπλωση της φωτιάς.

Ας ξεκινήσουμε την αποκατάσταση

Αφού γνωρίζετε ήδη από τα παραπάνω τη "φυσική" και τη "χημεία" της λειτουργίας του LIB και της πλήρωσής του, μπορείτε να επιλέξετε ανεξάρτητα μία από τις μεθόδους επεξεργασίας της μπαταρίας σας και επίσης να αξιολογήσετε την "λογικότητα" των παρακάτω μεθόδων.

Απαλλαγή από αέρια

Γνωρίζουμε ήδη ότι εάν χρησιμοποιηθούν λανθασμένα, μπορεί να σχηματιστούν αέριες ουσίες μέσα στο «κονσέρβα».

Η ουσία αυτής της μεθόδου είναι ότι πρέπει να τα ξεφορτωθείτε. Για να το κάνετε αυτό, αφαιρέστε πρώτα το επάνω μπλοκ (ελεγκτής), στη συνέχεια τρυπήστε το καπάκι που ανακαλύφθηκε και, στη συνέχεια, πιέστε το σε μια σκληρή επιφάνεια με κάποιο είδος πρέσας για να απελευθερώσετε αέρια.

Μετά από αυτό, σφραγίστε την τρύπα με εποξειδική ρητίνη και επιστρέψτε τον ελεγκτή στη θέση του.

Αλλά προτού ανανεώσετε την μπαταρία του τηλεφώνου σας με αυτόν τον τρόπο, θυμηθείτε τους αναμενόμενους κινδύνους αυτής της μεθόδου:

• Ζημιά στη συσκευή λόγω υπερβολικής πρόσκρουσης.
• Ζημιά στα ηλεκτρονικά κάτω από το καπάκι.
• Πιθανότητα έκρηξης (αυθόρμητης καύσης) όταν η κάθοδος βραχυκυκλώνεται με την άνοδο.

Βραχυπρόθεσμη «επιστροφή» χωρητικότητας

Μπορείτε να αναζωογονήσετε για λίγο την μπαταρία εάν την «αναβιώσετε» χρησιμοποιώντας τροφοδοτικό 5–12 Volt, αντίσταση από 330 έως 1000 Ohms και ισχύ τουλάχιστον 500 mW.

Για να γίνει αυτό, οι επαφές του τροφοδοτικού συνδέονται με τις επαφές του LIB: μείον προς μείον και συν στο συν μέσω μιας αντίστασης, η πολικότητα της οποίας ελέγχεται με ένα πολύμετρο. Ο χρόνος κατανάλωσης δεν υπερβαίνει τα δύο με τρία λεπτά.

Λάβετε υπόψη ότι οι παράμετροι του παρεχόμενου ρεύματος πρέπει να αντιστοιχούν στις απαιτούμενες και χρησιμοποιήστε βολτόμετρο ή ελεγκτή για τον έλεγχο της τάσης.

Χρησιμοποιούμε το ψυγείο

Ακολουθώντας αυτήν την απλή μέθοδο, η αποκατάσταση της μπαταρίας πραγματοποιείται ως εξής:

Η μπαταρία που αφαιρέθηκε από το smartphone πρέπει να τοποθετηθεί στο ψυγείο για μια περίοδο είκοσι έως τριάντα λεπτών, αφού την τοποθετήσετε σε πλαστική σακούλα. Στη συνέχεια, συνδέστε το στον φορτιστή για ένα λεπτό και μετά περιμένετε μέχρι να ζεσταθεί σε θερμοκρασία δωματίου.

Σύμφωνα με τους ισχυρισμούς, μετά από αυτούς τους χειρισμούς μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συνήθως.

Μέθοδος φόρτισης-εκφόρτισης

Αυτή η μέθοδος θα πρέπει να ονομάζεται μέθοδος ανάνηψης μπαταρίας για μαθητή της πέμπτης τάξης.

Σύμφωνα με τους εκλαϊκευτές αυτού του «αστείου», η μπαταρία του τηλεφώνου μπορεί να «ζωντανέψει» φορτίζοντας το «αρκετές φορές» (ο αριθμός των φορών δεν καθορίζεται) στο 100% και στη συνέχεια αποφορτίζοντας πλήρως την μπαταρία. Για την εκφόρτιση, συνιστάται να χρησιμοποιείτε κάποιο παιχνίδι με ένταση πόρων ή βοηθητικό πρόγραμμα AnTuTu, κάθε φορά να το αφαιρείτε και να το τοποθετείτε ξανά στο κινητό τηλέφωνο.

Παραμένει ασαφές πώς η μπαταρία θα φορτιστεί πολλές φορές στο 100 τοις εκατό εάν είναι ήδη εκτός λειτουργίας;

«Άγρια» μέθοδος ανάκτησης

Αυτός ο «ελιγμός» συνίσταται στο γεγονός ότι μετά την αφαίρεση του προστατευτικού ελεγκτή, πρέπει να βραχυκυκλώσετε τους ακροδέκτες του συλλέκτη ρεύματος εξόδου με κάποιο μεταλλικό αντικείμενο. Μετά από αυτό, ο ελεγκτής επιστρέφει στη θέση του.

Ταυτόχρονα, προστίθεται ένα άλλο σημαντικό σημείο - στην αρχή της διαδικασίας, για κάποιο λόγο, πρέπει να ξεκολλήσετε το αυτοκόλλητο με τα τεχνικά χαρακτηριστικά του LIB. Αυτό είναι πραγματικά «χορός με ντέφι»!

Το κούνημα του LIB απενεργοποιήθηκε από τον ελεγκτή

Για να αποφευχθεί η βαθιά εκφόρτιση, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι εξοπλισμένες με έναν ελεγκτή που τις θέτει σε κατάσταση «απενεργοποίησης». Σε αυτήν την περίπτωση, όταν μετράτε την τάση στους ακροδέκτες του μπροστά από τον ελεγκτή, μπορείτε να ανιχνεύσετε μια τιμή περίπου 2,5 βολτ. Αυτό σημαίνει ότι η μπαταρία είναι ακόμα ζωντανή!

Για να γίνει αυτό, το κύκλωμα προστασίας πρώτα απενεργοποιείται (χωρίς συγκόλληση).

Το "κονσέρβα" είναι συνδεδεμένο σε μια καθολική συσκευή εκφόρτισης φόρτισης (για παράδειγμα, Turnigy Accucell 6). Σε αυτή την περίπτωση, η ίδια η συσκευή παρακολουθεί τη διαδικασία και η αποκατάσταση γίνεται υπό τον έλεγχό της.

Το κουμπί «TYPE» επιλέγει το πρόγραμμα φόρτισης «Li-Po», επειδή το LIB μας είναι 3,7V.

Με σύντομο πάτημα «START» επιλέγονται οι παράμετροι φόρτισης. Για Li-ion - η τιμή είναι 3,6 V, για Li-pol - 3,7 V.

Πρέπει να επιλέξετε "AUTO" για την παράμετρο, καθώς στην περίπτωσή μας η φόρτιση δεν θα ξεκινήσει λόγω της χαμηλής φόρτισης της μπαταρίας.

Το ρεύμα φόρτισης πρέπει να ρυθμιστεί στο δέκα τοις εκατό της χωρητικότητας της μπαταρίας (στην περίπτωσή μας, 150 mA). Η τιμή ορίζεται χρησιμοποιώντας τα κουμπιά "+" και "-".

Όταν η φόρτιση της μπαταρίας φτάσει τα 4,2 V, η συσκευή θα τεθεί σε λειτουργία σταθεροποίησης τάσης και με την ολοκλήρωση της διαδικασίας, θα ακουστεί ένα ηχητικό σήμα και το μήνυμα "FULL" θα εμφανιστεί στην οθόνη.

Και τέλος, ένα βίντεο για το πώς δεν χρειάζεται να φορτίζετε μπαταρίες

Σημειώσεις Ασφαλείας

Πριν από την επισκευή μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου, θα πρέπει να θυμάστε τους ακόλουθους κανόνες:

• Δεν πρέπει να αφήνετε ένα προβληματικό LIB χωρίς επίβλεψη κατά τη διάρκεια των επισκευών. Η αυθόρμητη καύση δεν είναι απειλή, αλλά πραγματικό γεγονός.
• Είναι απαραίτητο να παρακολουθείτε περιοδικά τη θερμοκρασία της μπαταρίας του τηλεφώνου με ένα απομακρυσμένο θερμοστοιχείο, ένα ηλεκτρονικό θερμόμετρο ή τουλάχιστον με το χέρι σας. Εάν η επιφάνεια φαίνεται ζεστή και όχι ζεστή, οι επισκευές πρέπει να σταματήσουν αμέσως.
• Μην χρησιμοποιείτε υψηλά ρεύματα για φόρτιση. Το πιθανό επιτρεπόμενο μέγιστο είναι 50 mA. Αυτή η παράμετρος υπολογίζεται διαιρώντας την τάση τροφοδοσίας με την χωρητικότητα της αντίστασης. Για παράδειγμα, στα 12 V και 500 ohms θα είναι 24 mA.
• Αντί για αντίσταση, επιτρέπεται η χρήση τυπικού ανεμιστήρα υπολογιστή 80 mm.

Να θυμάστε ότι οι παραπάνω μέθοδοι δεν δίνουν 100% αποτέλεσμα και σε κάθε περίπτωση την ευθύνη την έχετε εσείς. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τους ουμανιστές.

Μην υπερεκτιμάτε τις γνώσεις και τις δυνατότητές σας. Είναι καλύτερα να συμβουλευτείτε ξανά άτομα με γνώση.

Μοιραστείτε την εμπειρία σας με φίλους και γράψτε στα σχόλια.