Baterie litiu-ion. Istoricul utilizării bateriilor reîncărcabile. Baterii cu litiu: dispozitiv

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

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

Istoria apariției

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

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

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

Acest tip de baterii ionice se caracterizează printr-o siguranță mai mare, care se obține datorită unei scăderi ușoare a densității energetice, dar progresul tehnologic constant a făcut posibilă reducerea la minimum a pierderii acestui indicator.

Dispozitiv

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

În timpul procesului de descărcare a bateriei, ionii de litiu sunt îndepărtați din materialul catodului și încorporați în oxidul de cobalt al electrodului opus la încărcare, procesul decurge în direcția opusă. Astfel, un curent electric este creat de ionii de litiu care se deplasează de la un electrod la altul.

Bateriile Li-Ion sunt produse în modele cilindrice și prismatice. Într-un design cilindric, două benzi de electrozi plat, separate de material impregnat cu electrolit, sunt laminate și plasate într-o carcasă metalică etanșă. Materialul catodic este aplicat pe folie de aluminiu, materialul anod este aplicat pe folie de cupru.

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

Funcționare și durată de viață

Funcționarea lungă, completă și sigură a bateriilor litiu-ion este posibilă dacă sunt respectate regulile de funcționare, neglijarea acestora nu numai că va scurta durata de viață a produsului, dar poate duce la consecințe negative.

Exploatare

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

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

Pentru a păstra cât mai bine performanța bateriei în căldura verii, ar trebui să utilizați modul de economisire a energiei, care este disponibil pe majoritatea dispozitivelor mobile.

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

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

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

Durata de viață

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

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

Proces de încărcare

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

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

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

Depozitarea și eliminarea

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

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

Siguranță

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

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

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

Avantaje și dezavantaje ale bateriilor cu litiu

Avantajele acestui tip de baterie sunt:

densitate mare de energie;
fără efect de memorie;
durată lungă de viață;
rata scăzută de auto-descărcare;
nu necesita intretinere;
asigurând parametrii de funcționare constanti pe un domeniu de temperatură relativ larg.

O baterie cu litiu are câteva dezavantaje:

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

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

Zona de aplicare

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

Factorul de formă cilindric al acestor baterii le permite să fie utilizate în lanterne, telefoane fixe și alte dispozitive care se bazau anterior pe baterii de unică folosință.

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

În plus față de electronicele mobile, un grup de baterii litiu-ion sunt utilizate în următoarele domenii:

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

Având în vedere îmbunătățirea constantă a tehnologiei litiu-ion și progresele în crearea bateriilor de mare capacitate și de dimensiuni mici, putem prevedea o extindere a domeniilor de aplicare a unor astfel de baterii.

Marcare

Parametrii litiu-ion sunt marcați pe corpul produsului, iar codificarea utilizată poate diferi semnificativ pentru diferite dimensiuni standard. Un standard uniform de etichetare a bateriei pentru toți producătorii nu a fost încă dezvoltat, dar este încă posibil să vă dați seama de cei mai importanți parametri pe cont propriu.

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

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

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

Categorie: Suport baterie Publicat 30.03.2016 23:38

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

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

1. Baterie litiu-cobalt (LiCoO2)

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

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

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

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

Tabel de caracteristici

Cobaltit de litiu: catod LiCoO2 (~60% cobalt), anod de grafit Abreviere: LCO sau Li-cobalt Dezvoltat în 1991
Voltaj	3,60 V nominal; interval de funcționare standard - 3,0-4,2 V
Intensitatea energetică specifică	150-200 Wh/kg; modelele specializate furnizează până la 240 Wh/kg
Încărcare cu rating C	0,7-1C, tensiune de încărcare 4,20 V (majoritatea modelelor); Procesul de încărcare durează de obicei 3 ore; Încărcarea cu un curent mai mare de 1C reduce durata de viață a bateriei
Categoria C-ranking	1C; când tensiunea este sub 2,50 V, întrerupătorul este activat; Curentul de descărcare peste 1C reduce durata de viață a bateriei
	500-1000, depinde de adâncimea de descărcare, sarcină, temperatură
Defalcare termică	De obicei la 150°C. Încărcarea completă promovează evadarea termică
Domenii de utilizare	Telefoane mobile, tablete, laptopuri, camere
Un comentariu	Intensitate energetică specifică foarte mare, putere specifică limitată. Costul ridicat al cobaltului. Servește în zonele în care este necesară o capacitate mare. Are cerere stabilă pe piață.

Tabelul 3: Caracteristicile bateriei cu litiu-cobalt.

2. Baterie cu litiu mangan (LiMn2O4)

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

Rezistența internă scăzută a unei astfel de celule asigură o încărcare rapidă și un posibil curent de descărcare ridicat. La dimensiunea 18650, bateria cu litiu mangan poate fi descărcată la un curent de 20-30 A cu generare moderată de căldură. În plus, este capabil să reziste la impulsuri de până la 50 A timp de una până la două secunde. O sarcină continuă de 50 A va duce la încălzirea bateriei, care nu trebuie să depășească 80 ° C pentru a evita degradarea. Bateriile cu litiu-mangan sunt folosite în instrumente de mare putere, echipamente medicale și vehicule hibride și electrice.

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

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

Capacitatea unei baterii cu litiu-mangan este cu aproximativ o treime mai mică decât cea a unei baterii cu litiu-cobalt. Flexibilitatea designului vă permite să optimizați bateria pentru diferite sarcini și să creați modele cu durabilitate îmbunătățită, putere specifică sau intensitate energetică specifică. De exemplu, versiunea 18650 cu puteri îmbunătățite are o capacitate de doar 1100 mAh, în timp ce cea optimizată pentru capacitate are 1500 mAh.

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

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

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

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

Tabel de caracteristici

Spinel de litiu mangan: catod LiMn2O4, anod de grafit Abreviere: LNO sau Li-mangan (structură spinelului) Dezvoltat în 1996
Voltaj	3,70V (3,80V) nominal; interval de funcționare standard - 3,0-4,2 V
Intensitatea energetică specifică	100-150 W*h/kg
Încărcare cu rating C	Standard 0,7-1C; 3C maxim; Încărcați până la 4,20 V (majoritatea bateriilor)
Categoria C-ranking	Standard 1C; sunt modele cu 10C; modul de funcționare cu puls (până la 5 secunde) - 50C; la 2,50 V întrerupătorul este activat
Numărul de cicluri de încărcare/descărcare	300-700 (în funcție de adâncimea de descărcare și temperatură)
Defalcare termică	De obicei la 250°C. Încărcarea completă promovează evadarea termică
Domenii de utilizare	Scule electrice, echipamente medicale, unități electrice
Un comentariu	Putere mare, dar capacitate moderată; mai sigur decât litiu-cobaltul; folosit de obicei împreună cu NMC

Tabelul 6: Specificațiile bateriei cu litiu mangan.

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

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

Secretul tehnologiei NMC este combinația dintre nichel și mangan. O analogie poate fi sarea de masă obișnuită, în care componentele sale, sodiu și clor, sunt în mod individual foarte toxice, dar combinația lor formează o substanță nutritivă utilă. Nichelul este cunoscut pentru densitatea sa ridicată de energie, dar stabilitatea scăzută; manganul are avantajul unei structuri spinel, care oferă rezistență internă scăzută, dar duce și la un dezavantaj - intensitate energetică specifică scăzută. Combinația acestor metale vă permite să compensați neajunsurile celuilalt și să folosiți pe deplin punctele forte ale celuilalt.

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

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

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

Tabel de caracteristici

Litiu Nichel Mangan Cobalt Oxid: catod LiNiMnCoO2, anod grafit Abreviere: NMC (NCM, CMN, CNM, MNC, MCN similar cu combinația de metal) Dezvoltat în 2008
Voltaj	3,60-3,70 V nominal; interval de funcționare standard - 3,0-4,2 V per celulă sau mai mare
Intensitatea energetică specifică	150-220 W*h/kg
Încărcare cu rating C	0,7-1C, încărcare până la 4,20 V, la unele modele până la 4,30 V; Procesul de încărcare durează de obicei 3 ore; Încărcarea cu un curent mai mare de 1C reduce durata de viață a bateriei
Categoria C-ranking	1C; unele modele suportă 2C; la 2,50 V întrerupătorul este activat
Numărul de cicluri de încărcare/descărcare
Defalcare termică	De obicei la 210°C. Încărcarea completă promovează evadarea termică
Domenii de utilizare	Biciclete electrice, echipamente medicale, vehicule electrice, industrie
Un comentariu	Oferă capacitate și putere mare. Gamă largă de aplicații practice, cota de piață crește rapid

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

4. Baterie cu litiu fosfat de fier (LiFePO4)

În 1996, au fost efectuate cercetări la Universitatea din Texas, în urma cărora a fost descoperit un nou material pentru catod. baterie litiu-ion- fosfat de fier. Sistemul cu fosfat de litiu are proprietăți electrochimice bune și rezistență internă scăzută. Principalele avantaje ale unor astfel de baterii sunt nivelurile ridicate de curent și durata de viață lungă, în plus, au stabilitate termică bună, siguranță sporită și rezistență la utilizare greșită.

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

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

Figura 9: Evaluarea performanței bateriei cu fosfat de litiu. Sistemul electrochimic cu fosfat de litiu oferă o siguranță excelentă și o durată lungă de viață, dar intensitatea energetică specifică este moderată și este de remarcat și auto-descărcare mare.

Tabel de caracteristici

Ferofosfat de litiu: catod LiFePO4, anod de grafit Abreviere: LFP sau Li-fosfat
Voltaj	3,20, 3,30 V nominal; interval de funcționare standard - 2,5-3,65 V per celulă
Intensitatea energetică specifică	90-120 W*h/kg
Încărcare cu rating C	1C standard, încărcare până la 3,65 V; Procesul de încărcare durează de obicei 3 ore
Categoria C-ranking	1C; în unele versiuni până la 25C; 40 A curenți de impuls (până la 2 secunde); la 2,50 V întreruperea este declanșată (tensiunea sub 2 V este dăunătoare)
Numărul de cicluri de încărcare/descărcare	1000-2000 (în funcție de adâncimea de descărcare și temperatură)
Defalcare termică	270°C. În siguranță chiar și atunci când este complet încărcat
Domenii de utilizare	Aplicații portabile și staționare unde sunt necesari curenți mari de sarcină și rezistență

Procesele de încărcare și descărcare ale oricărei baterii au loc sub forma unei reacții chimice. Cu toate acestea, încărcarea bateriilor litiu-ion este o excepție de la regulă. Cercetările științifice arată energia unor astfel de baterii precum mișcarea haotică a ionilor. Declarațiile experților merită atenție. Dacă știința este să încarce corect bateriile cu litiu-ion, atunci aceste dispozitive ar trebui să dureze pentru totdeauna.

Oamenii de știință văd dovezi ale pierderii capacității utile a bateriei, confirmate de practică, în ionii blocați de așa-numitele capcane.

Prin urmare, ca și în cazul altor sisteme similare, dispozitivele cu ioni de litiu nu sunt imune la defecte în timpul utilizării lor în practică.

Încărcătoarele pentru modelele Li-ion au unele asemănări cu dispozitivele concepute pentru sistemele plumb-acid.

Dar principalele diferențe dintre astfel de încărcătoare se văd în furnizarea de tensiuni crescute la celule. În plus, există toleranțe de curent mai strânse, plus eliminarea încărcării intermitente sau plutitoare atunci când bateria este încărcată complet.

Un dispozitiv de alimentare relativ puternic care poate fi folosit ca dispozitiv de stocare a energiei pentru proiecte de surse alternative de energie

Dacă există o oarecare flexibilitate în ceea ce privește tensiunea de conectare/deconectare, producătorii de sisteme litiu-ion resping categoric această abordare.

Bateriile Li-ion și regulile de funcționare pentru aceste dispozitive nu permit posibilitatea supraîncărcării nelimitate.

Prin urmare, nu există un așa-numit încărcător „miracol” pentru bateriile litiu-ion care să le prelungească durata de viață pentru o lungă perioadă de timp.

Este imposibil să obțineți capacitate suplimentară Li-ion prin încărcare cu impulsuri sau alte trucuri cunoscute. Energia litiu-ion este un fel de sistem „curat” care acceptă o cantitate strict limitată de energie.

Încărcarea bateriilor în amestec cu cobalt

Modelele clasice de baterii litiu-ion sunt echipate cu catozi a căror structură este alcătuită din materiale:

cobalt,
nichel,
mangan,
aluminiu.

Toate sunt de obicei încărcate la o tensiune de până la 4,20 V/I. Abaterea admisă nu este mai mare de +/- 50 mV/I. Dar există și anumite tipuri de baterii litiu-ion pe bază de nichel care permit o tensiune de încărcare de până la 4,10 V/I.

Bateriile litiu-ion amestecate cu cobalt sunt echipate cu circuite de protecție interne, dar acest lucru rareori împiedică explozia bateriei atunci când este supraîncărcată.

Există și dezvoltări ale bateriilor litiu-ion, unde procentul de litiu a fost crescut. Pentru ei, tensiunea de încărcare poate ajunge la 4,30 V/I și mai mult.

Ei bine, creșterea tensiunii crește capacitatea, dar dacă tensiunea depășește specificațiile, poate duce la distrugerea structurii bateriei.

Prin urmare, în cea mai mare parte, bateriile litiu-ion sunt echipate cu circuite de protecție, al căror scop este menținerea standardului stabilit.

Încărcare totală sau parțială

Cu toate acestea, practica arată că cele mai puternice baterii litiu-ion pot accepta un nivel de tensiune mai mare, cu condiția ca acesta să fie alimentat pentru o perioadă scurtă de timp.

Cu această opțiune, eficiența de încărcare este de aproximativ 99%, iar celula rămâne rece pe toată durata de încărcare. Adevărat, unele baterii litiu-ion încă se încălzesc cu 4-5C când ajung la încărcare completă.

Acest lucru se poate datora protecției sau datorită rezistenței interne ridicate. Pentru astfel de baterii, încărcarea trebuie oprită atunci când temperatura crește peste 10ºC la o rată de încărcare moderată.

Bateriile litiu-ion din încărcător sunt în curs de încărcare. Indicatorul arată că bateriile sunt complet încărcate. Procesul suplimentar amenință să deterioreze bateriile

Încărcarea completă a sistemelor amestecate cu cobalt are loc la o tensiune de prag. În acest caz, curentul scade cu până la 3-5% din valoarea nominală.

Bateria va afișa o încărcare completă chiar și atunci când atinge un anumit nivel de capacitate care rămâne neschimbat pentru o lungă perioadă de timp. Motivul pentru aceasta poate fi autodescărcarea crescută a bateriei.

Creșterea curentului de încărcare și a saturației de încărcare

Trebuie remarcat faptul că creșterea curentului de încărcare nu accelerează atingerea unei stări de încărcare completă. Litiul va atinge tensiunea de vârf mai repede, dar încărcarea până când capacitatea este complet saturată durează mai mult. Cu toate acestea, încărcarea bateriei cu un curent mare crește rapid capacitatea bateriei la aproximativ 70%.

Bateriile litiu-ion nu necesită o încărcare completă, așa cum este cazul dispozitivelor cu plumb-acid. Mai mult, această opțiune de încărcare este nedorită pentru Li-ion. De fapt, este mai bine să nu încărcați complet bateria, deoarece tensiunea înaltă „stresează” bateria.

Selectarea unui prag de tensiune mai mic sau eliminarea completă a încărcării de saturație ajută la prelungirea duratei de viață a bateriei litiu-ion. Este adevărat, această abordare este însoțită de o scădere a timpului de eliberare a energiei bateriei.

Trebuie remarcat aici: încărcătoarele de uz casnic, de regulă, funcționează la putere maximă și nu acceptă reglarea curentului de încărcare (tensiunii).

Producătorii de încărcătoare de baterii litiu-ion pentru consumatori consideră că durata lungă de viață a bateriei este mai puțin importantă decât costul complexității circuitului.

Încărcătoare de baterii Li-ion

Unele încărcătoare de uz casnic ieftine funcționează adesea folosind o metodă simplificată. Încărcați o baterie litiu-ion într-o oră sau mai puțin, fără a trece la încărcare de saturație.

Indicatorul de pregătire de pe astfel de dispozitive se aprinde atunci când bateria atinge pragul de tensiune în prima etapă. Starea de încărcare este de aproximativ 85%, ceea ce de multe ori satisface mulți utilizatori.

Acest încărcător produs intern este oferit să funcționeze cu diferite baterii, inclusiv cu baterii litiu-ion. Aparatul are un sistem de reglare a tensiunii și curentului, ceea ce este deja bun

Încărcătoarele profesionale (costisitoare) se disting prin faptul că stabilesc pragul de tensiune de încărcare mai scăzut, prelungind astfel durata de viață a bateriei litiu-ion.

Tabelul arată puterea calculată la încărcarea cu astfel de dispozitive la diferite praguri de tensiune, cu și fără sarcină de saturație:

Tensiune de încărcare, V/per celulă	Capacitate la întrerupere de înaltă tensiune, %	Timp de încărcare, min	Capacitate la saturație maximă, %
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

De îndată ce bateria litiu-ion începe să se încarce, are loc o creștere rapidă a tensiunii. Acest comportament este comparabil cu ridicarea unei sarcini cu o bandă de cauciuc atunci când există un efect de întârziere.

Capacitatea va fi câștigată în cele din urmă când bateria este complet încărcată. Această caracteristică de încărcare este tipică pentru toate bateriile.

Cu cât curentul de încărcare este mai mare, cu atât efectul de bandă de cauciuc este mai luminos. Temperatura scăzută sau prezența unei celule cu rezistență internă ridicată nu face decât să sporească efectul.

Structura unei baterii litiu-ion în cea mai simplă formă: 1- bară negativă din cupru; 2 — anvelopă pozitivă din aluminiu; 3 - anod de oxid de cobalt; 4- catod de grafit; 5 - electrolit

Evaluarea stării de încărcare prin citirea tensiunii unei baterii încărcate este nepractică. Măsurarea tensiunii în circuit deschis (reactiv) după ce bateria a stat câteva ore este cel mai bun indicator de evaluare.

Ca și în cazul altor baterii, temperatura afectează viteza de mers în gol în același mod în care afectează materialul activ al unei baterii litiu-ion. , laptop-uri și alte dispozitive este estimată prin numărarea coulombilor.

Baterie litiu-ion: prag de saturație

O baterie litiu-ion nu poate absorbi încărcarea în exces. Prin urmare, atunci când bateria este complet saturată, curentul de încărcare trebuie eliminat imediat.

O încărcare constantă a curentului poate duce la metalizarea elementelor cu litiu, ceea ce încalcă principiul asigurării funcționării în siguranță a unor astfel de baterii.

Pentru a minimiza formarea de defecte, ar trebui să deconectați bateria cu litiu-ion cât mai repede posibil când atinge nivelul maxim de încărcare.

Această baterie nu va mai lua exact atâta încărcare pe cât ar trebui. Din cauza încărcării necorespunzătoare, acesta și-a pierdut proprietățile principale ca dispozitiv de stocare a energiei.

De îndată ce încărcarea se oprește, tensiunea bateriei litiu-ion începe să scadă. Apare efectul reducerii stresului fizic.

De ceva timp, tensiunea de circuit deschis va fi distribuită între celulele încărcate neuniform cu o tensiune de 3,70 V și 3,90 V.

Aici, procesul atrage atenția și atunci când o baterie litiu-ion, care a primit o încărcare complet saturată, începe să o încarce pe cea vecină (dacă este inclusă în circuit), care nu a primit o încărcare de saturație.

Când bateriile cu litiu-ion trebuie păstrate în mod constant pe încărcător pentru a asigura pregătirea lor, ar trebui să vă bazați pe încărcătoare care au o funcție de încărcare de compensare pe termen scurt.

Încărcătorul blitz-ului pornește când tensiunea în circuit deschis scade la 4,05 V/I și se oprește când tensiunea ajunge la 4,20 V/I.

Încărcătoarele concepute pentru funcționarea gata la cald sau în așteptare permit adesea ca tensiunea bateriei să scadă la 4,00 V/I și vor încărca bateriile Li-Ion doar la 4,05 V/I, în loc să atingă nivelul complet de 4,20 V/I.

Această tehnică reduce tensiunea fizică, care este asociată în mod inerent cu tensiunea tehnică, și ajută la prelungirea duratei de viață a bateriei.

Încărcarea bateriilor fără cobalt

Bateriile tradiționale au o tensiune nominală a celulei de 3,60 volți. Cu toate acestea, pentru dispozitivele care nu conțin cobalt, evaluarea este diferită.

Astfel, bateriile cu fosfat de litiu au o valoare nominală de 3,20 volți (tensiune de încărcare 3,65V). Și bateriile noi cu titanat de litiu (fabricate în Rusia) au o tensiune nominală a celulei de 2,40 V (tensiune încărcător 2,85).

Bateriile cu fosfat de litiu sunt dispozitive de stocare a energiei care nu conțin cobalt în structura lor. Acest fapt modifică oarecum condițiile de încărcare pentru astfel de baterii.

Încărcătoarele tradiționale nu sunt potrivite pentru astfel de baterii, deoarece supraîncarcă bateria cu risc de explozie. În schimb, un sistem de încărcare pentru bateriile fără cobalt nu va oferi o încărcare suficientă unei baterii tradiționale cu litiu-ion de 3,60 V.

Încărcare depășită a bateriei litiu-ion

Bateria litiu-ion funcționează în siguranță în limitele tensiunilor de funcționare specificate. Cu toate acestea, performanța bateriei devine instabilă dacă este încărcată peste limitele de funcționare.

Încărcarea pe termen lung a unei baterii litiu-ion cu o tensiune de peste 4,30 V, proiectată pentru o capacitate de funcționare de 4,20 V, este plină de metalizarea anodului cu litiu.

Materialul catodic, la rândul său, capătă proprietățile unui agent oxidant, își pierde stabilitatea și eliberează dioxid de carbon.

Presiunea celulei bateriei crește și dacă încărcarea continuă, dispozitivul de protecție intern va funcționa la o presiune între 1000 kPa și 3180 kPa.

Dacă creșterea presiunii continuă după aceasta, membrana de protecție se deschide la un nivel de presiune de 3,450 kPa. În această stare, celula bateriei cu litiu-ion este pe punctul de a exploda și în cele din urmă face exact asta.

Structura: 1 - capac superior; 2 - izolator superior; 3 - cutie de oțel; 4 - izolator inferior; 5 — tablă anod; 6 - catod; 7 - separator; 8 - anod; 9 — tablă catod; 10 - aerisire; 11 - PTC; 12 — garnitură

Declanșarea protecției în interiorul unei baterii litiu-ion este asociată cu o creștere a temperaturii conținutului intern. O baterie complet încărcată are o temperatură internă mai mare decât o baterie parțial încărcată.

Prin urmare, bateriile litiu-ion par a fi mai sigure atunci când sunt încărcate la un nivel scăzut. De aceea, autoritățile din unele țări impun utilizarea bateriilor Li-ion în aeronave care sunt saturate cu energie nu mai mult de 30% din capacitatea lor completă.

Pragul de temperatură internă a bateriei la încărcare maximă este:

130-150°C (pentru litiu-cobalt);
170-180°C (pentru nichel-mangan-cobalt);
230-250°C (pentru litiu mangan).

Trebuie remarcat: bateriile cu fosfat de litiu au o stabilitate mai bună la temperatură decât bateriile cu litiu mangan. Bateriile litiu-ion nu sunt singurele care prezintă un pericol în condiții de suprasarcină energetică.

De exemplu, bateriile plumb-nichel sunt, de asemenea, predispuse să se topească cu focul ulterior, dacă saturarea energiei este efectuată cu încălcarea regimului de pașapoarte.

Prin urmare, utilizarea încărcătoarelor care se potrivesc perfect cu bateria este de o importanță capitală pentru toate bateriile litiu-ion.

Câteva concluzii din analiză

Încărcarea bateriilor litiu-ion are o procedură simplificată în comparație cu sistemele cu nichel. Circuitul de încărcare este simplu, cu limite de tensiune și curent.

Acest circuit este mult mai simplu decât un circuit care analizează semnăturile complexe de tensiune care se modifică pe măsură ce bateria este utilizată.

Procesul de saturare a energiei bateriilor litiu-ion permite întreruperile acestor baterii nu trebuie să fie complet saturate, așa cum este cazul bateriilor cu plumb.

Circuit de control pentru baterii litiu-ion de putere redusă. O soluție simplă și un minim de detalii. Dar circuitul nu oferă condiții de ciclu care să mențină o durată lungă de viață

Proprietățile bateriilor litiu-ion promit avantaje în funcționarea surselor de energie regenerabilă (panouri solare și turbine eoliene). De regulă, un generator eolian oferă rareori o încărcare completă a bateriei.

Pentru litiu-ion, lipsa cerințelor de încărcare la starea de echilibru simplifică designul controlerului de încărcare. O baterie litiu-ion nu necesită un controler pentru a egaliza tensiunea și curentul, așa cum este cerut de bateriile cu plumb-acid.

Toate încărcătoarele de uz casnic și cele mai industriale cu litiu-ion încarcă complet bateria. Cu toate acestea, dispozitivele existente de încărcare a bateriilor cu litiu-ion, în general, nu asigură reglarea tensiunii la sfârșitul ciclului.

Când vorbesc despre baterii sau acumulatori cu litiu, de cele mai multe ori nici nu realizează că aproape o duzină dintre ele au apărut în ultimii doi ani, fiecare dintre ele fiind litiu cu diverși aditivi ai altor elemente chimice, care în cele din urmă diferă semnificativ de reciproc.

Să ne uităm la tipurile lor și să începem cu clasicii:

Bateriile litiu-ion sunt baterii reîncărcabile clasice în care ionii de litiu se deplasează de la electrodul negativ la electrodul pozitiv în timpul descărcării și înapoi la încărcare. Bateriile litiu-ion sunt utilizate pe scară largă în electronicele de larg consum. Sunt unul dintre cele mai populare tipuri de baterii reîncărcabile pentru electronice portabile, cu una dintre cele mai bune densități de energie, fără efect de memorie și pierdere lentă de încărcare atunci când nu sunt utilizate (autodescărcare scăzută).

Această serie acoperă dimensiunile bateriilor cilindrice și prismatice. Li-ion are cea mai mare densitate de putere dintre orice baterie de tip mai vechi. Greutatea foarte ușoară și ciclul de viață lung îl fac un produs ideal pentru multe soluții.

Titanatul de litiu (titanat de litiu) este o clasă relativ nouă de baterii litiu-ion - (mai multe detalii). Se caracterizează printr-un ciclu de viață foarte lung, măsurat în mii de cicluri. Titanatul de plumb de litiu este, de asemenea, foarte sigur și comparabil în această privință cu fosfatul de fier. Densitatea de energie este mai mică decât alte surse de alimentare cu litiu-ion și tensiunea nominală este de 2,4 V.

Această tehnologie are încărcare foarte rapidă, rezistență internă scăzută, ciclu de viață foarte ridicat și rezistență excelentă (și siguranță). LTO și-a găsit aplicația în principal în vehiculele electrice și ceasurile de mână. Recent, a început să găsească aplicații în dispozitivele medicale mobile datorită securității sale ridicate. Una dintre caracteristicile tehnologiei este că folosește nanocristale pe anod în loc de carbon, ceea ce oferă o suprafață mult mai eficientă. Din păcate, această baterie are tensiuni mai mici decât alte tipuri de baterii cu litiu.

Particularitati:

Energie specifica: aproximativ 30-110Wh/kg
Densitate de energie: 177 W * h/l
Putere specifica: 3.000-5.100 W/kg
Eficiență de descărcare: aproximativ 85%; eficiență de încărcare mai mare de 95%
Pret energie: 0,5 W/dolar
Perioada de valabilitate: >10 ani
Autodescărcare: 2-5%/lună
Durabilitate: 6000 de cicluri la 90% capacitate
Tensiune nominală: 1,9 până la 2,4 V
Temperatura: de la -40 la +55°C
Metoda de încărcare: folosește curent constant stabil, apoi tensiune constantă până când atinge pragul.

Formula chimica: Li4Ti5O12 + 6LiCoO2< >Li7Ti5O12 + 6Li0.5CoO2(E=2,1 V)

Polimerul de litiu are o densitate energetică mai mare în ceea ce privește greutatea decât bateriile litiu-ion. În celulele foarte subțiri (până la 5 mm), polimerul de litiu oferă o densitate de energie volumetrică ridicată. Stabilitate excelentă la supratensiune și temperaturi ridicate.

Această serie de baterii poate fi produsă în intervalul de la 30 la 23000 mAh, tipuri de carcasă prismatică și cilindrică. Bateriile cu polimer de litiu oferă o serie de avantaje: densitate mai mare de energie în volum, flexibilitate în dimensiunile celulelor și o marjă mai largă de siguranță, cu stabilitate excelentă a tensiunii chiar și la temperaturi ridicate. Domenii principale de aplicare: playere portabile, Bluetooth, dispozitive wireless, PDA-uri și camere digitale, biciclete electrice, navigatoare GPS, laptopuri, e-readere.

Particularitati:

Tensiune nominală: 3,7 V
Tensiune de încărcare: 4,2±0,05V
Curent de încărcare, viteză: 0,2-10C
Limita tensiunii de descărcare: 2,5 V
Viteza de descărcare: până la 50C
Rezistență la ciclu: 400 de cicluri

Fosfatul de fier de litiu are caracteristici bune de siguranță, durată lungă de viață (până la 2000 de cicluri) și costuri de producție scăzute. Bateriile LiFePO4 sunt potrivite pentru aplicații cu curent de descărcare ridicat, cum ar fi echipamente militare, scule electrice, biciclete electrice, computere mobile, UPS și sisteme de energie solară.

Ca un nou material anodic pentru bateriile litiu-ion, lifepo4 a fost introdus pentru prima dată în 1997 și a fost îmbunătățit continuu până în prezent. A atras atenția experților datorită siguranței sale fiabile, durabilității, impactului scăzut asupra mediului în timpul eliminării și caracteristicilor convenabile de încărcare și descărcare. Mulți experți susțin că bateriile lifepo4 sunt de departe cea mai bună opțiune pentru alimentarea autonomă a electronicelor.

Dioxid de sulf de litiu (bateria Li și SO2) - aceste baterii au densitate mare de energie și rezistență bună la descărcarea de putere mare. Astfel de elemente sunt utilizate în principal în știința militară, meteorologie și astronautică.

Bateriile cu dioxid de sulf de litiu cu un anod cu litiu metalic (cel mai ușor dintre toate metalele) și un catod lichid care conține un colector de curent poros de carbon umplut cu dioxid de sulf (SO2) produc o tensiune de 2,9 V și au formă cilindrică.

Particularitati:

Tensiune mare de funcționare, stabilă pe toată durata descărcării
Autodescărcare extrem de scăzută
Performanță în condiții extreme
Gamă largă de temperatură de funcționare (-55°C până la +65°C)

Dioxid de litiu mangan (bateria Li-MnO2) - aceste baterii au un anod metalic de litiu ușor și un catod solid de dioxid de mangan, scufundate într-un electrolit organic non-coroziv, netoxic. Acest tip de baterie este conform RoHS UE și se caracterizează prin capacitate mare, capacitate mare de descărcare și durată lungă de viață.

Li-MnO2 este utilizat pe scară largă în surse de alimentare de rezervă, balize de urgență, alarme de incendiu, sisteme electronice de control al accesului, camere digitale, echipamente medicale.

Particularitati:

Densitate mare de energie
Tensiune de descărcare foarte stabilă
Perioada de valabilitate de peste 10 ani
Temperatura de funcționare: -40 până la +60°C

Bateriile cu clorură de litiu-tionil (litiu-SOCl2) au un anod metalic de litiu ușor și un catod lichid care conține un colector de curent poros de carbon umplut cu clorură de tionil (SOCl2). Bateriile Li-SOCL2 sunt ideale pentru dispozitive auto, dispozitive medicale și aplicații militare și aerospațiale. Au cel mai larg interval de temperatură de funcționare de la -60 la + 150°C.

Particularitati:

Densitate mare de energie
Durată lungă de valabilitate
Gamă largă de temperatură
Etanșare bună
Tensiune de descărcare stabilă

baterii Li-FeS2

Bateriile și bateriile Li-FeS2 reprezintă disulfură de fier litiu. Informațiile despre ele vor fi adăugate ulterior.

Deoarece orice baterie (baterie) este o sursă de curent electric constant, mai devreme sau mai târziu încărcarea sa se va epuiza inevitabil. Cu fiecare reîncărcare, capacitatea sa va deveni din ce în ce mai mică. Acestea sunt legile fizicii.

Îi puteți prelungi activitatea doar pentru o perioadă scurtă de timp. Să ne uităm la cum să recondiționați o baterie litiu-ion pentru a câștiga timpul necesar înlocuirii bateriei.

IMPORTANT. Dacă sunteți nou în tehnologie, atunci, în general, nu merită să citiți mai departe - mergeți să luați o baterie nouă sau invitați un prieten competent. (Nu este nevoie să-l suni pe naș!).

În plus, veți afla despre cauzele incendiului, pericolele de explozie și îmbătrânirea LIB. Aceste informații vor ajuta la determinarea exactă a ceea ce s-a întâmplat cu bateria și, de asemenea, va face posibilă evitarea erorilor operaționale.

Deci, bateriile litiu-ion (LIB) sunt utilizate într-o gamă largă de diverse tehnologii moderne ca sursă de energie electrică. energie de la telefoanele mobile la dispozitivele de stocare în sistemele energetice.

Principalii lor indicatori de performanță pot varia în următoarele limite (acest lucru depinde de compoziția lor chimică):

Tensiune (nominală) - 3,7 V sau 3,8 V;
Tensiune maxima - 4,23 V sau 4,4 V;
Tensiune minimă - 2,5–2,75 V sau 3,0 V;
Numărul de încărcare-descărcări este de 600 (cu o pierdere de 20% din capacitate);
Rezistență internă 5–15 mOhm/Ah;
În condiții normale, valoarea de autodescărcare este de 3% pe lună;
Intervalul de temperatură de funcționare este de la minus 20°C la plus 60°C, temperatura optimă este de plus 20°C.
Dacă tensiunea este depășită la încărcarea LIB-ului, acesta poate lua foc. Pentru a proteja împotriva acestui lucru, în carcasă este introdus un controler. Funcția sa este de a dezactiva LIA. (De asemenea, controlează curentul, supraîncălzirea și adâncimea de descărcare).
Pentru a reduce costurile, nu fiecare baterie cu litiu este echipată cu un controler (sau nu oferă protecție pentru toți parametrii).

INTERESANT: Primul producător de baterii cu litiu a fost Sony Corporation în 1991.

Design și avantajele LIB

Un LIB constă dintr-un catod (pe folie de aluminiu) și un anod (pe folie de cupru), separate printr-un separator electrolitic și plasate într-o „bidon” etanș.

Catodul și anodul sunt conectate la bornele colectoare de curent.

Carcasa este uneori echipată cu o supapă pentru eliberarea presiunii în caz de funcționare de urgență.

Într-o baterie litiu-ion (LIB), încărcarea este transportată de un litiu ion. Capacitatea sa caracteristică este capacitatea de a pătrunde în rețeaua cristalină a altor materiale (în cazul nostru, grafit, oxizi sau săruri ale metalelor), formând astfel legături chimice.

În prezent, sunt utilizate trei tipuri de materiale catodice:

Cobaltații de litiu (mulțumită cobaltului, numărul de cicluri de încărcare-descărcare crește și devine posibil să funcționeze și la temperaturi scăzute);
Litiu mangan;
Ferofosfat de litiu (cost redus).
Avantajele LIB-urilor sunt auto-descărcare scăzută și un număr mare de cicluri.

Dezavantajele LIA

Pericolul de explozie al bateriilor Li-ion din prima generație a fost justificat de apariția unor formațiuni gazoase care au dus la un scurtcircuit între electrozi. Acest lucru a fost acum eliminat prin schimbarea materialului anodului din litiu metalic în grafit.

Pericolele de explozie au apărut și în LIB-urile cu oxid de cobalt din cauza defecțiunilor operaționale.

LIB-urile pe bază de ferofosfat de litiu sunt complet lipsite de acest dezavantaj.

IMPORTANT. Descărcarea LIB-urilor la temperaturi scăzute (în special descărcarea repetată) duce la o reducere a energiei de retur de până la zeci de procente. În plus, LIB-urile reacționează „acut” la temperatură la încărcare: temperatura optimă este de +20 °C și nu mai este recomandată +5 °C.

Efect de memorie

Cercetările au confirmat existența unui efect de memorie în LIB. Dar ideea este prezența sa fundamentală și nu influența ei asupra operei în ansamblu.

Explicația pentru acest proces este următoarea: bateria funcționează prin eliberarea și captarea periodică a ionilor de litiu, iar acest proces, atunci când nu este complet încărcat, se deteriorează din cauza perturbării microstructurii electrodului.

IMPORTANT. Experții au identificat două reguli pentru prelungirea duratei de viață a LIB:

Prevenirea scurgerii complete;
Nu încărcați în apropierea surselor de căldură.

Îmbătrânire

LIB-urile îmbătrânesc chiar și atunci când nu sunt utilizate. Douăzeci la sută din capacitate se pierde după doar doi ani. Nu ar trebui să le cumpărați „pentru masă”. Când cumpărați, uitați-vă la data producției.

Temperaturi și putere scăzute

Până la cincizeci la sută din puterea bateriei se pierde la temperaturi de funcționare sub 0 °C.

Combustie spontana

LIB-urile sunt predispuse la arderea spontană. În timpul accelerației termice a unei baterii defectuoase (deteriorate), se eliberează substanțe care accelerează autoîncălzirea acesteia (oxigen plus gaze inflamabile). Prin urmare, este capabil să ardă chiar și în absența aerului.

Pentru a stinge în astfel de cazuri, asigurați o temperatură mai scăzută și preveniți răspândirea focului.

Să începem restaurarea

Odată ce cunoașteți deja din cele de mai sus „fizica” și „chimia” funcționării LIB și umplerea acestuia, puteți alege independent una dintre metodele de tratare a bateriei și, de asemenea, puteți evalua „rezonabilitatea” metodelor de mai jos.

Scaparea de gaze

Știm deja că, dacă sunt utilizate incorect, substanțele gazoase se pot forma în interiorul „bidon”.

Esența acestei metode este că trebuie să scapi de ele. Pentru a face acest lucru, mai întâi scoateți blocul superior (controller), apoi străpungeți capacul descoperit și apoi apăsați-l pe o suprafață tare cu un fel de presă pentru a elibera gazele.

După aceasta, sigilați gaura cu rășină epoxidică și readuceți controlerul la locul său.

Dar înainte de a reînvia bateria telefonului în acest fel, amintiți-vă pericolele așteptate ale acestei metode:

Deteriorarea dispozitivului din cauza impactului excesiv;
Deteriorări ale componentelor electronice de sub capac;
Posibilitatea de explozie (combustie spontană) când catodul este scurtcircuitat cu anodul.

„Revenirea” capacității pe termen scurt

Puteți reînvia pentru scurt timp bateria dacă o „reanimați” folosind o sursă de alimentare de 5–12 volți, un rezistor de la 330 la 1000 ohmi și o putere de cel puțin 500 mW.

Pentru a face acest lucru, contactele sursei de alimentare sunt conectate la contactele LIB: minus la minus și plus la plus printr-un rezistor, a cărui polaritate este verificată cu un multimetru. Timpul de consum nu este mai mare de două până la trei minute.

Vă rugăm să rețineți că parametrii curentului furnizat trebuie să corespundă cu cei necesari și să utilizați un voltmetru sau un tester pentru a controla tensiunea.

Folosim frigiderul

Urmând această metodă simplă, restaurarea bateriei se efectuează după cum urmează:

Bateria scoasă de pe smartphone trebuie introdusă în frigider pentru o perioadă de douăzeci până la treizeci de minute, după ce a fost introdusă într-o pungă de plastic. Apoi conectați-l la încărcător timp de un minut, apoi așteptați până când se încălzește la temperatura camerei.

Se presupune că după aceste manipulări poate fi folosit ca de obicei.

Metoda de încărcare-descărcare

Această metodă ar trebui numită o metodă de resuscitare a unei baterii pentru un elev de clasa a cincea.

Potrivit popularizatorilor acestei „glume”, bateria telefonului poate fi „dată la viață” prin încărcarea „de mai multe ori” (numărul de ori nu este specificat) la 100% și apoi descărcarea completă a bateriei. Pentru a descărca, se recomandă să folosiți un joc care necesită mult resurse sau un utilitar AnTuTu, de fiecare dată scoțându-l și introducându-l înapoi în telefonul mobil.

Rămâne neclar cum va fi încărcată bateria de mai multe ori până la 100% dacă este deja inoperabilă?

Metoda de recuperare „sălbatică”.

Această „manevră” constă în faptul că, după îndepărtarea controlerului de protecție, trebuie să scurtcircuitați bornele colectorului de curent de ieșire cu un obiect metalic. După aceasta, controlerul se întoarce la locul său.

În același timp, se adaugă un alt punct semnificativ - la începutul procedurii, din anumite motive, trebuie să dezlipiți autocolantul cu caracteristicile tehnice ale LIB. Acesta este cu adevărat „dans cu o tamburină”!

Balanțarea LIB dezactivată de controler

Pentru a preveni descărcarea profundă, bateriile litiu-ion sunt echipate cu un controler care le pune într-o stare de „închidere”. În acest caz, la măsurarea tensiunii la bornele sale din fața controlerului, puteți detecta o valoare de aproximativ 2,5 volți. Asta înseamnă că bateria este încă vie!

Pentru a face acest lucru, circuitul de protecție este mai întâi oprit (nesudat).

„Cutia” este conectată la un dispozitiv universal de încărcare-descărcare (de exemplu, Turnigy Accucell 6). În acest caz, dispozitivul însuși monitorizează procesul, iar restaurarea are loc sub controlul său.

Butonul „TYPE” selectează programul de încărcare „Li-Po”, deoarece LIB-ul nostru este de 3,7 V.

Prin apăsarea scurtă „START” sunt selectați parametrii de încărcare. Pentru Li-ion - valoarea este de 3,6 V, pentru Li-pol - 3,7 V.

Trebuie să selectați „AUTO” pentru parametru, deoarece în cazul nostru încărcarea nu va începe din cauza încărcării scăzute a bateriei.

Curentul de încărcare trebuie setat la zece procente din capacitatea bateriei (în cazul nostru, 150 mA). Valoarea este setată folosind butoanele „+” și „-”.

Când încărcarea bateriei ajunge la 4,2 V, dispozitivul va fi comutat în modul de stabilizare a tensiunii, iar la finalizarea procesului, se va auzi un semnal sonor și pe afișaj va apărea mesajul „FULL”.

Și, în sfârșit, un videoclip despre cum nu trebuie să reîncărcați bateriile

Note de siguranță

Înainte de a recondiționa o baterie litiu-ion, trebuie să vă amintiți următoarele reguli:

Nu trebuie să lăsați un LIB problematic nesupravegheat în timpul reparațiilor. Arderea spontană nu este o amenințare, ci un fapt real.
Este necesar să monitorizați periodic temperatura bateriei telefonului cu un termocuplu la distanță, un termometru electronic sau cel puțin cu mâna. Dacă suprafața pare mai degrabă fierbinte decât caldă, reparațiile trebuie oprite imediat.
Nu utilizați curenți mari pentru încărcare. Maximul admisibil posibil este de 50 mA. Acest parametru este calculat prin împărțirea tensiunii de alimentare la capacitatea rezistenței. De exemplu, la 12 V și 500 ohmi va fi 24 mA.
În loc de un rezistor, este permisă utilizarea unui ventilator de computer standard de 80 mm.

Amintiți-vă că metodele de mai sus nu dau un rezultat 100% și, în orice caz, responsabilitatea vă revine. Acest lucru este valabil mai ales pentru umaniști.

Nu vă supraestimați cunoștințele și capacitățile. Este mai bine să vă consultați din nou cu oameni cunoscători.

Împărtășiți-vă experiența cu prietenii și scrieți în comentarii.