Как правильно эксплуатировать литий ионный аккумулятор: Эксплуатация Li-ion баратей / Хабр

---

Эксплуатация Li-ion баратей / Хабр

Введение

Все мы так или иначе знакомы с литий-ионными аккумуляторами. Они на столько распространены, что их можно найти в любом доме. Производители их встраивают практически везде: фонарики, мобильные телефоны, ноутбуки, планшеты… Но очень мало людей знают, как их правильно эксплуатировать. Итак, поехали.

Начало использования или калибровка

При покупке любого оборудования с аккумуляторной батареей внутри всегда лучше ее проверить на работоспособность в магазине. Если ваше устройство не включается, то лучше воздержаться от покупки. Есть вероятность, что данное устройство полежало на складе очень долгое время, прежде чем попасть к вам в руки и, возможно, после покупки аккумулятор не будет держать заряд так хорошо.

Обычно любое устройства с аккумулятором в начале своей жизни должно включиться и проработать некоторое количество времени. Если вам попался в руки именно такой аппарат, то покупаем и радуемся покупке.

Но придя домой не следует сразу же заряжать аккумулятор до 100%. Следует произвести так называемую раскачку аккумуляторной батареи аппарата, т.е. дать возможность аккумулятору набрать максимальную ёмкость для дальнейшей надлежащей эксплуатации.

Первоначально аккумулятор нужно полностью разрядить (0%). После разрядки аккумулятора его следует полностью зарядить (100%) для увеличения рабочей ёмкости и правильной калибровки системы управления аккумулятором. Для достижения максимальной рабочей ёмкости аккумулятора требуется произвести 3-4 полных цикла зарядки-разрядки батареи. И заряжать следует именно тем зарядным устройством, которое было рекомендовано производителем.

Эксплуатация откалиброванного аккумулятора

После того, как аккумулятор был откалиброван, вы можете использовать аккумулятор как угодно, но придерживаясь некоторых правил:

1. Не стоит устройства литий-ионным аккумулятором (например, сотовый телефон) оставлять близко с источником тепла или под палящим солнцем. Максимально допустимые температуры, при которых возможно использование литий-ионных аккумуляторов: от –20°C до +50°C.

2. При отрицательных температурах аккумуляторы могут «проседают», из-за чего показывают уровень заряда меньше. Также нужно помнить, что при отрицательных температурах аккумуляторы не заряжаются.

3. Если ваше устройство с литий-ионным аккумулятором говорит, что заряд на исходе и следует подключить его к источнику тока, то так и стоит сделать. Рекомендуемые значения для зарядки является от 7% до 20%. (За исключением случаев калибровки.)

4. Калибровку аккумулятора стоит производить один раз в 3-4 месяца или 40 циклов зарядки. Процесс калибровки аккумулятора очень прост, но требует много времени. Нужно полностью разрядить аккумулятор до 0%, а потом зарядить до 100% и оставить его включенным к зарядке еще на пару часов.

5. Заряжать аккумуляторные батареи лучше всего зарядным устройством, которое было рекомендовано производителем.

6. Аккумуляторные батарей нельзя паять! Рекомендуется использовать только контактной сварку.

Ввод в эксплуатацию новых литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы в виду свойств щелочных металлов, окисляющихся от взаимодействия с кислородом, и особенностей производства уже имеют в себе определённый заряд. Однако следует помнить, что первоначальной ёмкости аккумулятора не достаточно для нормальной эксплуатации. 

Новый аккумулятор нежелательно сразу же эксплуатировать в обычном режиме.  Следует произвести так называемую раскачку аккумуляторной батареи аппарата, т.е. дать возможность аккумулятору набрать максимальную ёмкость для дальнейшей надлежащей эксплуатации. Первоначально литий-ионный аккумулятор требуется полностью разрядить. После полной разрядки аккумулятора его следует полностью зарядить для увеличения рабочей ёмкости и правильной калибровки системы управления аккумулятором. Сразу после разрядки надо обязательно подзарядить аккумуляторную батарею. Для достижения максимальной рабочей ёмкости аккумулятора требуется произвести 3-4 полных цикла зарядки-разрядки батареи.

 

Циклы калибровки литий-ионных аккумуляторов можно производить и в последующем при  его эксплуатации. Достаточно одного цикла полного заряда-разряда в 3-4 месяца. Циклы калибровки нужны для корректного отображения рабочей емкости аккумулятора. 

В связи с тем, что эффект «старения» литий-ионных аккумуляторов резко усиливается при высокой температуре, сотовый телефон желательно держать подальше от источников тепла (тело человека, прямые солнечные лучи, радиатор отопления).

Не стоит без особой нужды подзаряжать аккумулятор, т.к. в литий-ионных батареях хоть и в небольшой степени, но всё-таки присутствует так называемый «эффект памяти». Так что если Вы будете реже заряжать аккумулятор, тем самым продлите его срок эксплуатации. Также не надо забывать, что эксплуатация при слишком низкой или слишком высокой температуре также негативно влияет на рабочие свойства и срок службы аккумуляторной батареи. 

Не стоит заряжать аккумулятор, сразу после использования при отрицательной температуре.

При температуре ниже 0 градусов по Цельсию, свойства аккумулятора резко ухудшаются. Поэтому зарядку аккумуляторной батареи стоит осуществлять только после того, как она сама достигнет положительной температуры.

Хранение аккумуляторных литий-ионных батарей осуществляется при температуре 15-25 градусов Цельсия.

Литий─ионный аккумулятор

В современных мобильных телефонах, ноутбуках, планшетах используются литий─ионные аккумуляторы. Постепенно они вытеснили щелочные аккумуляторы с рынка портативной электроники. Раньше во всех этих устройствах использовались никель─кадмиевые и никель─металлгидридные аккумуляторные батареи. Но их времена прошли, поскольку Li─Ion батареи имеют лучшие характеристики. Правда, они могут заменить щелочные не по всем параметрам. Например, для них недостижимы токи, которые могут отдавать никель─кадмиевые АКБ. Для питания смартфонов и планшетов это некритично. Однако в области портативного электроинструмента, который потребляет большой ток, щелочные аккумуляторы по-прежнему в ходу.

Тем менее, работы по разработке аккумуляторов с высокими токами разряда без кадмия продолжаются. Сегодня мы поговорим о литий─ионных аккумуляторных батареях, их устройстве, эксплуатации и перспективах развития.

 

Содержание статьи

Как появились литий─ионные батареи?

Самые первые аккумуляторные элементы с анодом из лития были выпущены в семидесятых годах прошлого столетия. У них была высокая удельная энергоёмкость, что сразу сделало их востребованными. Специалисты давно стремились разработать источник на основе щелочного металла, который имеет высокую активность. Благодаря этому было достигнуто высокое напряжение этого типа батарей и удельная энергия. При этом сама разработка конструкции таких элементов была выполнена довольно быстро, а вот их практическое использование вызвало сложности. С ними удалось справиться только в 90-е годы прошлого века.

На протяжении этих 20 лет исследователи пришли к выводу, что основной проблемой является литиевый электрод. Этот металл очень активный и при эксплуатации протекал ряд процессов, приводивших в итоге к воспламенению. Это стали называть вентиляцией с образованием пламени. Из-за этого в начале 90-х годов производители были вынуждены отозвать батареи, выпущенные для мобильных телефонов.

Это случилось после ряда несчастных случаев. В момент разговора ток, потребляемый от аккумулятора, выходил на максимум и началась вентиляция с выбросом пламени. В результате произошло много случаев получения пользователями ожогов лица. Поэтому учёным пришлось дорабатывать конструкцию литий─ионных аккумуляторов.

Металлический литий крайне нестабилен, особенно проявляется при зарядке и разрядке. Поэтому исследователи стали создавать аккумуляторную батарею литиевого типа без использования лития. Стали использоваться ионы этого щелочного металла. Отсюда и пошло их название.

Литий─ионные батареи имеют меньшую удельную энергию, чем литиевые аккумуляторы. Но они безопасны при соблюдении норм заряда и разряда.

Вернуться к содержанию
 

Реакции, происходящие в Li─Ion аккумуляторе

Рывком в направлении внедрения литий─ионных аккумуляторных батарей в бытовую электронику стала разработка АКБ, у которых минусовой электрод был выполнен из углеродного материала. Кристаллическая решётка углерода очень хорошо подошла в качестве матрицы для интеркаляции ионов лития. Чтобы увеличить напряжение аккумулятора, положительный электрод был выполнен из оксида кобальта. Потенциал литерованного оксида кобальта составляет примерно 4 вольта.

Величина рабочего напряжения большинства литий─ионных аккумуляторов составляет 3 вольта и более. В процессе разряда на минусовом электроде происходит деинтеркаляция лития из углерода и его интеркаляция в оксид кобальта плюсового электрода. В процесс зарядки процессы происходят наоборот.

Получается, что металлического лития в системе нет, а работают его ионы, которые перемещаются с одного электрода на другой, создавая электрический ток.
Вернуться к содержанию
 

Реакции на отрицательном электроде

Все современные коммерческие модели литий─ионных аккумуляторов имеют минусовой электрод из углеродосодержащего материала. От природы этого материала, а также вещества электролита во многом зависит сложный процесс интеркаляции лития в углерод. Матрица углерод на аноде имеет слоистую структуру. Структура может быть упорядоченной (натуральный или синтетический графит) или частично упорядоченной (кокс, сажа и т. п.).

При интеркаляции ионы лития раздвигают слои углерода, внедряясь между них. Получаются различные интеркалаты. При интеркаляции и деинтеркаляции удельный объем матрицы углерода меняется несущественно. В отрицательный электрод, помимо углеродного материала, могут использоваться серебро, олово и их сплавы. Также пробуют использовать композитные материалы с кремнием, сульфидами олова, соединениями кобальта и т. п.

Вернуться к содержанию
 

Реакции на положительном электроде

В первичных литиевых элементах (батарейках) для изготовления плюсового электрода часто используются самые разные материалы. В аккумуляторах этого сделать не получается и выбор материала ограничен. Поэтому плюсовой электрод Li─Ion аккумулятора выполняется из литированного оксида никеля или кобальта. Также могут применяться литий─марганцевые шпинели.

Сегодня ведутся исследования материалов из смешанных фосфатов или оксидов для катода. Как удалось доказать специалистам, такие материалы улучшают электрические характеристики литий─ионных АКБ. Также разрабатываются способы нанесения оксидов на поверхность катода.

Реакции, протекающие в литий─ионном аккумуляторе при заряде, можно описать следующими уравнениями:

положительный электрод

LiCoO₂ → Li_1-xCoO₂ + xLi⁺ + xe^—

отрицательный электрод

С + xLi⁺ + xe^— → CLi_x

В процессе разряда реакции идут в обратном направлении.

На рисунке ниже схематично показаны процессы, протекающие в литий─ионном аккумуляторе при заряде и разряде.

Реакции, протекающие в Li-Ion аккумуляторе

Вернуться к содержанию
 

Устройство литий─ионных аккумуляторов

По своему исполнению Li─Ion аккумуляторы выполняются в цилиндрическом и призматическом исполнении. Цилиндрическая конструкция представляет рулон электродов с сепараторным материалом для разделения электродов. Этот рулон помещён в корпус из алюминия или стали. С ним соединён минусовой электрод.

Положительный контакт выводится в виде контактной площадки на торец аккумулятора.

Цилиндрический литий─ионный аккумулятор

Li─Ion аккумуляторы призматической конструкции делаются с помощью укладывания пластин прямоугольной формы друг на друга. Такие батареи дают возможность сделать упаковку более плотной. Сложность заключается в поддержке сжимающего усилия на электродах. Есть призматические АКБ с рулонной сборкой электродов, скручиваемых в спираль.

Призматический литий─ионный аккумулятор

В конструкции любых литий─ионных аккумулятор предусмотрены меры для обеспечения их безопасной работы. В первую очередь это касается предотвращения разогрева и воспламенения. Под крышкой батареи устанавливается механизм, который увеличивает сопротивление аккумулятора при увеличении температурного коэффициента. При возрастании давления внутри АКБ выше допустимого предела, механизм разрывает положительный вывод и катод.

Кроме того, для увеличения безопасности эксплуатации в Li-Ion аккумуляторах в обязательном порядке используется электронная плата. Её назначение – это контроль за процессами заряда и разряда, исключение перегрева и короткого замыкания.

Сейчас выпускается много призматических литий─ионных аккумуляторов. Они находят применение в смартфонах и планшетах. Конструкция призматических батарей часто может отличаться у различных производителей, поскольку не имеет единой унификации. Электроды противоположной полярности разделяются сепаратором. Для его производства используется пористый полипропилен.

Конструкция Li-Ion и прочих разновидностей литиевых АКБ всегда выполняется герметичной. Это обязательное требование, поскольку вытекания электролита не допустимо. Если он вытечет, то электроника будет повреждена. Кроме того, герметичное исполнение не допускает попадания внутрь АКБ воды и кислорода. Если они попадут внутрь, то в результате реакции с электролитом и электродами разрушат аккумулятор. Производство комплектующих для литиевых аккумуляторов и их сборка находится в специальных сухих боксах в атмосфере аргона. При этом используются сложные приёмы сваривания, герметизации и т. п.

Что касается количества активной массы Li-Ion аккумулятора, то здесь производители всегда ищут компромисс. Им нужно добиться максимальной ёмкости и обеспечить безопасность функционирования. За основу принимается отношение:

А_о / А_п = 1,1, где

А_о – активная масса отрицательного электрода;

А_п — активная масса положительного электрода.

Такой баланс не допускает образование лития (чистого металла) и исключает возгорание.

Вернуться к содержанию
 

Параметры Li-Ion аккумуляторов

Выпускаемые сегодня литий─ионные аккумуляторы имеют высокую удельную энергоёмкость и рабочее напряжение. Последнее в большинстве случаев составляет от 3,5 до 3,7 вольта. Энергоёмкость составляет от 100 до 180 ватт-час на килограмм или от 250 до 400 на литр. Некоторое время назад производители не могли выпустить АКБ с ёмкостью выше нескольких ампер-час. Сейчас проблемы, сдерживающие развитие в этом направлении, устранены. Так, что в продаже стали встречаться аккумуляторы литиевого типа с ёмкостью в несколько сотен ампер-час.

Литий-ионный аккумулятор

Ток разряда современных Li─Ion аккумуляторов составляет от 2С до 20С. Они работают в интервале температур окружающей среды от -20 до +60 Цельсия. Есть модели работоспособные при -40 Цельсия. Но сразу стоит сказать, что при отрицательных температурах работают специальные серии АКБ. Обычные литий─ионные батарейки для мобильных телефонов при отрицательных температурах становятся неработоспособными.

Саморазряд этого типа батарей равен 4─6 процента в течение первого месяца. Далее он уменьшается и в год составляет до процентов. Это значительно меньше, чем у никель─кадмиевых и никель─металлогидридных батарей. Срок службы примерно 400─500 циклов заряд-разряд.

Теперь поговорим об особенностях эксплуатации литий─ионных аккумуляторов.

Вернуться к содержанию
 

Эксплуатация литий─ионных батарей

Зарядка Li─Ion аккумуляторов

Заряд литий─ионных АКБ обычно комбинированный. Сначала они заряжаются при постоянном токе величиной 0,2─1С пока не наберут напряжение 4,1─4,2 вольта. А затем зарядка ведётся при постоянном напряжении. Первая ступень продолжается примерно около часа, а вторая около двух. Чтобы зарядить аккумулятор быстрее, используется импульсный режим. Первоначально выпускались Li─Ion аккумуляторы с графитом и для них устанавливалось ограничение напряжения 4,1 вольта на одну банку. Дело в том, что при более высоком напряжении в элементе начинались побочные реакции, сокращающие срок эксплуатации этих аккумуляторов.

Постепенно эти минусы удалось устранить за счёт легирования графита различными добавками. Современные литий─ионные элементы без проблем заряжают до 4,2 вольта. Погрешность составляет 0,05 вольта на элемент. Существуют группы Li─Ion аккумуляторных батарей для военной и промышленной сферы, где требуется повышенная надёжность и длительный срок службы. Для таких АКБ выдерживают максимальное напряжение на элемент 3,90 вольта. У них несколько ниже энергетическая плотность, но увеличенный срок службы.

Если заряжать литий─ионную батарею током величиной 1С, то время полного набора ёмкости составит 2─3 часа. Аккумулятор считается полностью заряженным, когда напряжение возрастает до максимального, а ток снижается до 3 процентов от величины в начале процесса зарядки. Это можно видеть на графике ниже.

Зависимость тока заряда и напряжения Li─Ion аккумулятора при заряде

На графике ниже представлены этапы зарядки Li─Ion батареи.

Этапы зарядки литий─ионного аккумулятора

Процесс зарядки состоит из следующих этапов:

• Этап 1. На этой стадии через аккумуляторную батарею течёт максимальный ток заряда. Он продолжается до момента достижения порогового напряжения;
• Этап 2. При постоянном напряжении на АКБ ток зарядки постепенно уменьшается. Этот этап прекращается, когда величина тока уменьшается до 3 процентов от начального значения;
• Этап 3. Если аккумулятор ставится на хранение, то на этом этапе идёт периодический заряд для компенсации саморазряда. Делается ориентировочно через каждые 500 часов.
  Из практики известно, что увеличение тока заряда не сокращает время зарядки батареи. При повышении тока напряжение растёт быстрее до порогового значения. Но тогда потом второй этап зарядки длится дольше. Некоторые зарядные устройства (ЗУ) могут зарядить Li─Ion аккумулятор за час. В таких ЗУ отсутствует второй этап, но реально аккумулятор в этой точке заряжается где-то на 70 процентов.

Что касается струйной подзарядки, то для литий─ионных батарей она неприменима. Это объясняется тем, что этот тип АКБ не может при перезарядке поглощать избыточную энергию. Струйная подзарядка может привести к переходу части ионов лития в металлическое состояние (валентность 0).

А непродолжительный заряд хорошо компенсирует саморазряд и потери электрической энергии. Зарядка на третьем этапе может делаться каждые 500 часов. Как правило, выполняется при снижении напряжения АКБ до 4,05 вольта на одном элементе. Заряд ведётся до поднятия напряжения до 4,2 вольта.

Стоит отметить слабую стойкость литий─ионных аккумуляторов к перезаряду. В результате подачи лишнего заряда на углеродной матрице (минусовой электрод) может начаться осаждение металлического лития. Он имеет очень высокую химическую активность и взаимодействует с электролитом. В результате на катоде начинается выделение кислорода, что грозит ростом давления в корпусе и разгерметизацией. Поэтому если вы заряжаете Li─Ion элемент в обход контроллера, не допускайте подъёма напряжения при заряде выше, чем рекомендует производитель батареи. Если постоянно перезаряжать аккумулятор, срок его службы сокращается.

Безопасности Li-Ion АКБ производители уделяют серьёзное внимание. Заряд прекращается при увеличении напряжения выше допустимого уровня. Также установлен механизм выключения заряда при увеличении температуры батареи выше 90 Цельсия. Некоторые современные модели батарей имеют в своей конструкции выключатель механического типа. Он срабатывает при росте давления внутри корпуса АКБ. Механизм контроля напряжения электронной платы отключает банку от внешнего мира по минимальному и максимальному напряжению.

Существуют литий─ионные батареи без защиты. Это модели, содержащие в своём составе марганец. Этот элемент при перезаряде способствует торможению металлизации лития и выделению кислорода. Поэтому в таких аккумуляторах защита становится не нужна.

Рекомендуем дополнительно прочитать материал о том, как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы.
Вернуться к содержанию
 

Хранение и разрядные характеристики литий─ионных АКБ

Аккумуляторы литиевого типа хранятся достаточно хорошо и саморазряд в год составляет всего 10─20% в зависимости от условий хранения. Но при этом деградация элементов батареи продолжается даже, если она не используется. Вообще, все электрические параметры литий─ионного аккумулятора могут отличаться для каждого конкретного экземпляра.

К примеру, напряжение при разряде меняется в зависимости от степени зарядки, тока, температуры окружающей среды и т. п. На срок эксплуатации АКБ оказывают влияние токи и режимы цикла разряд-заряд, температура. Один из главных недостатков Li-Ion батарей ─ это чувствительность к режиму заряд-разряд, из-за чего в них и предусматривается много разных видов защит.

На графиках ниже представлены разрядные характеристики литий─ионных аккумуляторов. На них рассмотрена зависимость напряжения от тока разряда и температуры окружающей среды.

Разрядные характеристики литий-ионного аккумулятора при разных разрядных токах

Разрядные характеристики литий-ионного аккумулятора при различных температурах

Как можно видеть, при увеличении разрядного тока падение ёмкости незначительно. Но при этом рабочее напряжение заметно уменьшается. Аналогичная картина наблюдается при температуре меньше 10 градусов Цельсия. Стоит также отметить начальную просадку напряжения аккумулятора.
Вернуться к содержанию
 

Безопасность

В целом к настоящему времени проблема защиты литий─ионных аккумуляторов уже решена. Электронная защита держит под контролем процесс заряда и разряда. К тому же постоянно дорабатывается материал катода, в том числе, в направлении термической стабильности.

Li-Ion аккумуляторы имеют встроенную защиту от внутреннего короткого замыкания. Некоторые категории АКБ также оснащают защитой от внешнего короткого замыкания. Внутренняя защита реализована в виде двухслойного сепаратора. Один слой выполнен из полипропилена, а второй из аналога полиэтилена. Если в результате появления литиевых дендритов происходит короткое замыкание, то этот второй слой из-за разогрева оплавляется. В результате он становится непроницаемым, что предотвращает дальнейший рост дендритов лития к положительному электроду.

Вернуться к содержанию
 

Защита литий─ионных батарей

Выше мы несколько раз упоминали о защите Li─Ion аккумуляторов. Давайте, суммируем всю информацию.

В аккумуляторных батареях литиевого типа применяется полевой транзистор для размыкания цепи, когда напряжение банки возрастает до 4,3 вольта. Термическая защита разъединяет цепь при нагреве АКБ выше 90 градусов Цельсия. Ещё в литий─ионных батареях можно встретить предохранитель, срабатывающий при увеличении давления в корпусе до 1034 кПа. Также устанавливаются схемы, предохраняющие элемент от глубокого разряда. Их назначение – разорвать цепь при снижении напряжения элемента до 2,5 вольта.

Вернуться к содержанию
 

Как функционирует защита АКБ?

Схема защиты литий─ионной аккумуляторной батареи при включённом телефоне имеет сопротивление 0,05─0,1 Ом. Это два ключа, которые соединены последовательно. Первый предназначен для срабатывания на верхнем, а второй ─ на нижнем значении напряжения АКБ. Сопротивление увеличивает в 2 раза внутреннее сопротивление АКБ. Аккумулятор отдаёт максимальный ток при низком внутреннем сопротивлении. Схема защиты сделана, как препятствие для бесконтрольного роста тока (как зарядки, так и разрядки) аккумулятора.

Также схема защиты может быть реализована с помощью химических добавок. Для этого используется марганец. В таких АКБ вместо схемы защиты ставится только предохранитель. И всё это не сказывается на безопасности. Марганец не даёт аккумулятору перегреться и воспламениться. В результате отказа от электронной схемы снижается цена литий─ионных батарей, но это порождает другую проблему. Такую АКБ пользователь может заряжать «неродной» зарядкой. И в этом случае может случиться так, что ЗУ не остановит процесс при полной зарядке. Тогда без схемы пойдёт перезаряд и выход аккумулятора из строя. Такие вещи заканчиваются вздутием корпуса.

Вернуться к содержанию
 

Деградация Li─Ion аккумуляторов

Из-за чего происходит деградация Li-Ion аккумуляторов и какие факторы приводят к снижению ёмкости? Это:

• расслоение графитовой матрицы;
• разрушение структуры катода;
• образование частиц металлического лития;
• появление пассивирующей плёнки на электродах. Она снижает поверхностную активность;
• разрушение механической структуры электрода из-за изменений объёма электродов при заряде-разряде.

Специалисты до сих пор не пришли к единому мнению насчёт того, какой электрод (катод или анод) больше изменяется при эксплуатации. На конечный результат влияет материал электрода, а также его чистота. Заявленный ресурс современных литий─ионных аккумуляторов составляет от 500 до 1 тысячи циклов разряд-заряд до снижения ёмкости на 20 процентов. Но результат сильно зависит от значения напряжения при заряде. Результаты исследований специалистов показали следующие результаты.

Зависимость ёмкости литий-ионного аккумулятора при различном пороговом напряжении заряда

Стоит отметить, что при уменьшении «амплитуды циклирования» увеличивается срок эксплуатации. Что это значит? То есть, не нужно разряжать телефон до выключения и заряжать его до 100%. Благодаря этому уменьшается механическая нагрузка на электроды, которая вызвана изменением объёма из-за внедрения ионов лития. Чем глубже разряд и полнее заряд, тем большие механические напряжения испытывают электроды.

Вернуться к содержанию
 

Перспективы развития литий─ионных аккумуляторных батарей

Литий─ионные аккумуляторы уже превратились в полноценное семейство батарей, как щелочные или автомобильные. От остальных групп АКБ они выделяются своей высокой энергоёмкостью, режимами заряд-разряд и рядом других характеристик. Их эксплуатация требует использования электронных схем контроля заряда-разряда и некоторых других средств защиты.

В случае с литиевыми аккумуляторами задача их безопасного использования усложняется требованиями к габаритам. Они должны быть максимально компактными, поскольку используются в портативной электронике. Из-за близкого расположения электродов и стремления добиться максимальной удельной ёмкости литий─ионные аккумуляторы долго не могли вывести на рынок для коммерческого использования.

Сейчас активно ведутся разработки новых материалов для электродов. Причём при использовании нового материала проходит долгое время до того момента, как его удаётся внедрить в серийное производство.

На рынке наблюдается довольно большой разброс литиевых батарей по электрическим характеристикам, габаритам и т. п. Отчасти это происходит из-за того, что пока нет единых стандартов в этом направлении. Кроме того, рынок наводнила продукция из Китая и других стран азиатского региона. Эти производители зачастую не придерживаются никаких норм, стараясь выпустить максимально доступные аккумуляторы.

Куда будет двигаться разработка литий─ионных аккумуляторов? Специалисты в этой сфере считают, что основное направление развития для них – это «умные аккумуляторы». Этот тренд сейчас явно прослеживания в различных электронных устройствах. То есть, идентификация батареи, степень заряженности, допустимое напряжение, температура – всем этим АКБ должна обмениваться с мобильным устройством.

Кроме того, усовершенствование литий─ионных аккумуляторов будет вестись в направлении уменьшения размеров, увеличения энергоёмкости, более гибкие решения в плане формы и т. п. Также работы ведутся в направлении разработки материалов для катода на базе соединений лития. Их цель – создание моделей литиевых АКБ, способных заменить никель─кадмиевые аккумуляторы в устройствах, потребляющих большой ток (портативный электроинструмент).

Надеемся, что эта статья помогла вам разобраться в особенностях литий─ионных аккумуляторов. Если материал был полезен, то делайте репост в социальных сетях. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте статью! Если остались вопросы и дополнения, пишите их в комментариях.
Вернуться к содержанию

Как правильно использовать литий-ионные аккумуляторы в технике и инструменте?

Во всей нашей аккумуляторной технике мы используем литий-ионные аккумуляторы. По сравнению с никель-металл-гидридными аккумуляторами, они проще в использовании и более надежны. В литий-ионных аккумуляторах отсутствует «эффект памяти», они просты в уходе и при использовании, легко переносят большие нагрузки, при этом не теряя свою работоспособность. Также литий-ионные аккумуляторы не выводятся из строя при долгом хранении, если соблюдены правильные условия.

Несмотря на эти преимущества, все равно стоит придерживаться нескольких простых правил использования, чтобы продлить жизнь вашему аккумулятору, а также увеличить время работы инструмента без подзарядки.

Избегайте полного разряда аккумулятора

Если вы видите, что в аккумуляторе осталось слишком мало заряда, рекомендуем не дожидаться его полного разряда и ставить аккумулятор на зарядку. Вы можете не ждать, пока аккумулятор будет заряжен, а использовать запасной. Для всей аккумуляторной техники WORX используется универсальный аккумулятор PowerShare мощностью 20 V. У литий-ионных аккумуляторов нет «эффекта памяти», и вам не надо беспокоиться за то, что он «привыкнет» работать только на 60%. А вот как раз частая полная разрядка аккумулятора уменьшит срок его службы. Чтобы не допустить этого, чаще ставьте аккумулятор на зарядку. В наших аккумуляторах WORX PowerShare встроена плата-контроллер, защищающая аккумулятор от перезаряда. Она автоматически отключает питание при достижении нужного количества заряда.

Полностью разряжайте аккумулятор раз в 3 месяца

Как и полная разрядка аккумулятора, так и постоянное поддержание полного заряда батареи сказывается на сроке ее службы. Как правило, при частом использовании инструмента процесс зарядки аккумулятора становится непостоянным, что также снижает его работоспособность. Это случается из-за использования разных источников питания или ненормированной нагрузки на аккумулятор. Для профилактики, рекомендуется примерно раз в три месяца разряжать аккумулятор до его полного выключения, а затем заряжать до 100% и после продержать на зарядке 8-12 часов. Это помогает привести аккумулятор в «тонус» и не позволяет уменьшаться уровню емкости батареи.

Не храните аккумулятор полностью разряженным или заряженным долгое время

Если вы редко пользуетесь аккумуляторным инструментом или в течении долгого времени сам аккумулятор не востребован, рекомендуется не оставлять батарею полностью разряженной или заряженной на 100%. Оптимальный уровень зарядки батареи для долгого хранения без использования – примерно 30-50%. Полностью заряженный аккумулятор со временем потеряет уровень ёмкости. А полностью разряженный и подавно придется отправить на свалку – он может вовсе выйти из строя.

Оберегайте ваш аккумулятор от высоких температур и влаги

Литий-ионные аккумуляторы крайне чувствительны к высоким температурам – это быстро выводит их из строя. Из-за высоких температур аккумулятор теряет свою мощность и его уровень емкости становится гораздо ниже. Во время зарядки аккумулятора не оставляйте его на солнце, вблизи раскаленных или отопительных приборов. Максимальные температуры, при которых возможно безопасное использование литий-ионных аккумуляторов – от –20°C до +50°C. Также аккумуляторы портятся из-за хранения их во влажных местах: влага негативно воздействует на батарею и её внутренние составляющие, что может вывести аккумулятор из строя. Поэтому рекомендуется оберегать батареи от чрезмерной влаги.

Если вы будете следовать этим простым советам, то не только продлите жизнь вашему аккумулятору, но и увеличите время работы инструмента без подзарядки. Необходимо помнить о главных особенностях литий ионных аккумуляторов и не допускать отсновных ошибок использования:

• Использование инструмента до полного разряда аккумулятора
• Высокие температуры и влажность
• Неправильное хранение аккумулятора

преимущества, правила использования АКБ и сфера применения литиево-ионных устройств

Особое применение в различных областях, особенно в мобильной электронной технике (сотовые телефоны, ноутбуки, планшеты и прочие гаджеты), нашли аккумуляторы li ion.

По сравнению с аналогами наподобие li pol или Ni-Cd, литий-ионные батарейки имеют больше преимуществ за счёт своих качественных характеристик и продолжительного срока эксплуатации.

Однако чтобы аккумулятор прослужил дольше, следует разобраться в принципах его работы и правилах использования.

Устройство аккумулятора

Практически любой современный li lon аккумулятор имеет особую конструкцию, которая отличается абсолютной непроницаемостью и герметичностью. Причём подобное требование к производству батареек продиктовано недопустимостью вытекания электролита, который находится внутри, ведь именно он обеспечивает стабильную работу устройства.

Помимо этого, в литий-ионных батарейках в роли отрицательного электрода выступает алюминий, в то время как в качестве положительного электрода работает медь. При этом аноды и катоды могут быть изготовлены практически в любой форме, хотя на практике чаще всего они встречаются в форме цилиндра или продолговатого прямоугольника, обёрнутого в фольгу. Аккумулятор имеет простое устройство:

• Конструкция таких аккумуляторов может изготавливаться в двух основных вариантах: цилиндрическом и призматическом. В цилиндрическом исполнении сепараторный пакет и электроды устройства сворачиваются в рулон, а затем помещаются в специальный корпус, который может делаться из стали или алюминия. Корпус соединяется с отрицательным электродом, а через изолятор выводится положительный полюс батарейки прямо на крышку устройства. Что касается призматического варианта аккумулятора, то он производится путём складывания друг на друга плоских прямоугольных пластинок.
• На медной фольге находится анодный материал, а на алюминиевой — катодный материал. Они разделяются при помощи пористого сепаратора, пропитанного электролитом.
• Электроды, помещённые в аккумуляторный пакет, устанавливаются в прочный и герметичный корпус, в то время как катоды и аноды плотно присоединяются к специальным клеммам, предназначенным для снятия тока и обеспечения надёжного контакта с частями электроцепи (токосъёмник).
• Сразу же под крышкой аппарата размещаются дополнительные устройства. Например, одно — для регулирования увеличения сопротивления, а второе — для разрыва электросвязи между катодом и клеммой. Помимо этого, в аккумулятор может быть встроен специальный предохранитель, который позволяет сбрасывать сильное давление в случае нарушения условий эксплуатации прибора.
• Чтобы увеличить уровень безопасности в процессе использования устройства, батарейка li ion может быть оснащена внешней электронной системой защиты. Благодаря этому элементу исключается вероятность перегрева устройства, замыкания или чрезмерной перезарядки батарейки.

Чаще всего АКБ производятся в призматическом исполнении, поскольку такие устройства больше всего подходят для современных гаджетов наподобие мобильных телефонов, планшетов или ноутбуков.

Основные виды

Существует две разновидности аккумуляторов. Они отличаются между собой системой безопасности в процессе эксплуатации:

• Защищённые батарейки отличаются тем, что они имеют встроенную плату — контроллер заряда устройства, который оснащён важными функциями: предохраняет от замыкания, не даёт устройству превысить допустимые нормы силы тока в процессе зарядки, и защищает его от глубокого заряда (перезарядки).
• Что касается незащищённых литий-ионных батареек, то они менее безопасные и менее практичные, чем защищённые. С такими аккумуляторами всегда нужно бережно обращаться и вести себя крайне осторожно, чтобы избежать его взрывания или поломки. Малейший перепад напряжения или неправильная эксплуатация может быстро вывести батарейку из строя.

Узнать о том, имеет ли аккумулятор защиту, можно просто: достаточно прочитать надписи на корпусе батарейки. Если там написано слово «Protection», значит, приобретаемый аккумулятор имеет встроенную защиту.

Сферы применения

В настоящее время существует несколько основных типов li аккумуляторов, которые отличаются между собой сферой применения и техническими показателями. К ним относятся:

• Титановые литиевые АКБ. Отличаются быстрой подзарядкой, продолжительным сроком эксплуатации, высокими показателями надёжности и производительности, а также большим температурным диапазоном. Такие батареи считаются самыми безопасными и надёжными. Единственные недостатки — это высокая цена и небольшая энергоёмкость. Сфера использования литий-титановых батарей: электронно-силовые агрегаты авто, ИПБ, освещение на солнечных элементах.
• Кобальтовая li ion батарея на сегодняшний день является самым распространённым вариантом, так как используется во многих мобильных гаджетах и электронных приборах, например, видеокамеры, телефоны и т. д. Такие аккумуляторы имеют высокие показатели энергоёмкости. К недостаткам можно отнести небольшой период службы, низкую термическую стабильность и ограниченные возможности.
• Марганцевый вариант батареи представляет собой катод, состоящий из литий-марганцевой кристаллической шпинели с трёхмерной структурой. Благодаря присутствию в аккумуляторе шпинели, обеспечивается очень низкий уровень сопротивления. Однако этот тип АКБ имеет более умеренную энергоёмкость, чем кобальт. Чаще всего такие устройства используют в медицинской технике, электрических инструментах или в силовых агрегатах.
• Оксидные литиево-ионные аккумуляторы, в катоде которых содержится сразу несколько элементов: никель, кобальт, марганец, имеют много положительных сторон. Например, такие устройства отличаются высокой энергоёмкостью и продолжительным периодом службы. Однако у таких батарей очень слабые показатели стабильности. Область использования: телекоммуникации, электромобили, в качестве источника бесперебойного питания или аварийного освещения и т. д.
• Железо-фосфатные li ion батарейки обладают большим периодом эксплуатации, устойчивостью при неправильном использовании, высокой безопасностью и превосходной термической стабильностью. Единственный существенный недостаток состоит в том, что в таких АКБ очень низкая энергоёмкость. Сфера использования: портативные и стационарные приборы, требующие постоянных высоких нагрузок.
• Оксидные АКБ, в составе которых есть такие компоненты, как никель, кобальт, алюминий, обладают стабильно высокими показателями энергоёмкости и плотности энергии, а также продолжительными сроками эксплуатации. Из недостатков: низкая степень безопасности и высокая цена. Чаще всего такие АКБ используются в промышленности и медицине, в электрических силовых устройствах и т. д.

Разнообразные подвиды аккумуляторов, независимо от электрохимического состава, объединяет всегда одно: крепкий и полностью герметичный корпус устройства.

Стандартные параметры

Все разновидности литиево-ионных АКБ имеют типичные характеристики, независящие от их состава и сферы использования. Они состоят в следующем:

• Общее время подзарядки устройства составляет от 2 до 4 часов.
• Количество циклов: разрядка/зарядка при достижении 20 процентов ёмкости батарейки колеблется от 500 до 1000.
• Напряжение минимальное варьируется от 2,2 до 2,5 В.
• Напряжение максимальное составляет от 4,25 до 4,35 В.
• При обычной комнатной температуре самостоятельный заряд устройства составляет около 7% в год.
• Температурный режим, в диапазоне которого батарея может исправно функционировать, колеблется в пределах от 20 до + 60 градусов.

Лучше всего заранее ознакомиться с техническими параметрами АКБ. Это поможет избежать ошибок в процессе использования литиево-ионной батареи и увеличит срок её эксплуатации.

Правила эксплуатации

Для того чтобы li lon аккумулятор прослужил дольше и не подвергался ремонту или полной замене, необходимо учитывать основные правила эксплуатации устройства. Они заключаются в следующем:

• Всегда нужно помнить о том, что любой аккумулятор литиевый li ion является очень чувствительным к высоким температурам. Проще говоря, батареи очень плохо переносят сильный перегрев. Поэтому всегда нужно стараться не допускать, чтобы устройство с батарейкой li ion лежало вблизи открытого огня или на него попадали солнечные лучи. Иначе прибор очень быстро выйдет из строя, а батарейка вздуется или взорвётся.
• Поскольку литиево-ионные АКБ не имеют эффекта памяти, не стоит дожидаться полной разрядки батарейки. Заряжать устройства следует ещё до того, как уровень зарядки спадёт до нуля. В идеале заряжать прибор лучше всего в то момент, когда уровень зарядки АКБ показывает от 10 до 20 процентов, не позднее.
• Важное правило: чем чаще будет заряжаться li ion, тем дольше прослужит батарейка. Хотя регулярная подзарядка не является панацеей от всех неполадок.
• Для правильного ухода за АКБ требуется хотя бы один раз в три месяца производить полную разрядку батареи. Такой подход объясняется очень просто: полный уровень заряда негативно сказывается на состоянии батареи, как и постоянный разряд до полного нуля.
• Не следует сразу же подзаряжать аккумулятор, если он долгое время провёл при отрицательных температурах. Перед тем как поставить устройство на подзарядку, ему нужно дать прогреться до комнатной температуры хотя бы на протяжении нескольких часов.
• Всегда следует использовать зарядное устройство, которое предлагает производитель — это поможет избежать использования некачественной продукции. Более того, зачастую технические параметры АКБ не совпадают с параметрами зарядного устройства от стороннего производителя.
• Если не планируется долгое время использовать ионную батарею, то хранить её нужно частично заряженной, а не разряженной до нуля. Самым подходящим вариантом является хранение АКБ с уровнем заряда около 50 процентов, но чтобы он не был менее 30 процентов. Оптимальной температурой хранения устройства является 15 градусов.
• Чтобы уберечь ионный аккумулятор от повреждений и порчи, лучше всего постараться отказаться от использования в качестве зарядного устройства «лягушки». Если постоянно использовать для подзарядки некачественную «лягушку», это может привести к воспламенению устройства в процессе зарядки.
• Производить зарядку устройства лучше всего на открытом воздухе. То есть, не следует заряжать гаджеты, если они находятся в чехлах, сперва устройство нужно вынуть, а только после этого ставить на подзарядку. Обусловлено это тем, что аккумулятор может перегреться и быстрей выйти из строя. В исключительных ситуациях сильный перегрев батарейки в процессе зарядки приводит к её взрыву.

Если всегда соблюдать алгоритм подзарядки литий-ионного АКБ, то устройство бесперебойно прослужит долгие годы.

Главные преимущества

Автономное питание, которым может обеспечить ионный АКБ, чаще всего используется для современных гаджетов. На сегодняшний день li ion аккумуляторы широко применяются в различных сферах, благородя ряду преимуществ, которые состоят в следующем:

• По сравнению с другими типами аккумуляторов обладают относительной экологической безопасностью.
• Имеют высокую степень энергетической плотности.
• Один аккумуляторный элемент обладает достаточным уровнем напряжения.
• Аккумуляторы могут использоваться в довольно широком температурном режиме, что обеспечивает устройству неизменные качественные характеристики.
• При правильном использовании АКБ имеет продолжительные эксплуатационные сроки.
• Ионный АКБ имеет большое количество циклов для зарядки/разрядки.
• Простая эксплуатация достигается благодаря тому, что батареи не имеют эффекта памяти.
• Невысокая стоимость по сравнению с другими типами АКБ.
• Аккумуляторы имеют простую конструкцию по сравнению с другими АКБ. Это достигается за счёт наличия единичного элемента.
• Небольшой самозаряд — от 2 до 7 процентов.

Что касается недостатков, то их гораздо меньше, чем достоинств. Это касается быстрого старения устройства, небольшого тока разряда и вероятности самовозгорания при несоблюдении правил эксплуатации аккумулятора.

Как заряжать литий-ионные аккумуляторы

Li-ion аккумуляторы в последнее время широко используются в самых различных устройствах – от электрических автомобилей до смартфонов и игрушек. Учитывая, что такие элементы питания чрезвычайно требовательны к уровню напряжения при зарядке, важно использовать штатные зарядные устройства. Если вы хотите, чтобы любой аккумулятор служил вам максимально долго, требуется придерживаться при его зарядке нескольких простых правил. Каковы эти правила для литий-ионных аккумуляторов, мы и расскажем в этой статье.

В первую очередь важно понимать, что современные литий-ионные аккумуляторы существенно отличаются от более распространенных ранее кадмиевых или литий-металлогидридных элементов питания – как нюансами самого процесса подзарядки, так и особенностями эксплуатации и хранения. А значит следует забыть те рекомендации, которые были усвоены Вами ранее относительно предшественников Li-ion аккумуляторов, и усвоить новые. 

Правильная зарядка литий-ионных аккумуляторов.

Если речь идет о новом аккумуляторе, перед использованием в любом устройстве его нужно зарядить. Что касается аккумуляторов данного типа для электровелосипедов и других средств электротранспорта, то самой распространенной ошибкой при первой эксплуатации аккумуляторов является их использование непосредственно после покупки. Начинающие драйверы часто считают, что АКБ продаются в заряженном виде. Это действительно так – производители заряжают аккумуляторы, однако только наполовину, и без первой полноценной зарядки емкость и срок службы АКБ снижается.

Другой важный момент – не рекомендуется доводить аккумулятор до полного разряда. После каждой даже самой непродолжительной поездки на электросамокате или на электровелосипеде аккумулятор следует подзарядить. Если Вы усвоите данное правило, то сможете значительно увеличить срок жизни АКБ. Таким образом, сразу же после разрядки литий-ионного аккумулятора его необходимо поставить на подзарядку.

К сожалению, часто неквалифицированные продавцы рекомендуют покупателям довести аккумулятор до полного разряда после первого заряда. Категорически не рекомендуем делать это – так вы рискуете столкнуться с внезапным выходом новой АКБ из строя. Возможно, нерадивые продавцы дают такую рекомендацию из корыстных побуждений -ведь когда аккумулятор выйдет из строя вам потребуется купить новый.

Литий-ионные АКБ очень чувствительны к высоким температурам, поэтому старайтесь не допускать их чрезмерного нагрева. При эксплуатации аккумулятора при температуре в пределах +25 градусов достигается максимальный ресурс и наибольшая отдача тока. Поэтому следите за тем, чтобы аккумулятор не оставался долго под солнцем и избегайте хранить АКБ в помещении, где температура выше указанного максимума.

В том случае, если литий-ионный аккумулятор продолжительное время находился на холоде, перед зарядкой его необходимо прогреть до комнатной температуры. Заряжать АКБ сразу после нахождения на морозе нельзя. Такие резкие температурные колебания могут нанести аккумулятору непоправимый вред.

И последняя важная рекомендация: при длительном перерыве в эксплуатации аккумулятор лучше хранить в холодном месте – зимой, к примеру, на неотапливаемом балконе или в гараже. Это продлит срок его жизни.

Сам процесс зарядки Li-ion аккумулятора не представляет сложности – необходимо сначала присоединить его к штатному устройству для зарядки, а потом соединить устройство с электрической сетью. После того, как полный заряд будет получен, просто отключите аккумулятор от ЗУ.

Перейти в раздел Li-ion аккумуляторов

Как разбудить спящего Li-ion

Узнайте, что можно сделать, чтобы литий-ионный аккумулятор не заснул.

Литий-ионные батареи содержат схему защиты, которая защищает батарею от неправильного обращения. Эта важная мера безопасности также отключает аккумулятор и делает его непригодным для использования в случае чрезмерной разрядки. Скольжение в спящий режим может произойти при хранении литий-ионной батареи в разряженном состоянии в течение любого периода времени, поскольку саморазряд постепенно истощит оставшийся заряд.В зависимости от производителя, схема защиты литий-ионного аккумулятора отключает от 2,2 до 2,9 В на элемент. (См. BU-802b: Повышенный саморазряд)

Некоторые зарядные устройства и анализаторы аккумуляторов (включая Cadex) имеют функцию пробуждения или «ускорение» для повторной активации и перезарядки заснувших аккумуляторов. Без этого условия зарядное устройство выводит эти батареи из строя, и батареи выбрасываются. Boost применяет небольшой ток заряда для активации схемы защиты, и, если может быть достигнуто правильное напряжение элемента, зарядное устройство начинает нормальную зарядку.Рисунок 1 графически иллюстрирует функцию «наддува».

Рисунок 1: Спящий режим литий-ионной батареи. Некоторые переразряженные батареи можно снова «оживить». Утилизируйте аккумулятор, если напряжение не поднимается до нормального уровня в течение минуты во время разгона.

Не возвращайте к жизни литиевые батареи, уровень заряда которых ниже 1.5 В / элемент в течение недели или дольше. Внутри ячеек могут образоваться медные шунты, которые могут привести к частичному или полному короткому замыканию. При перезарядке такой элемент может стать нестабильным, что приведет к чрезмерному нагреву или появлению других аномалий. Функция «Boost» Cadex останавливает заряд, если напряжение не поднимается нормально.

При подзарядке аккумулятора соблюдайте полярность. Усовершенствованные зарядные устройства и анализаторы аккумуляторов не будут обслуживать аккумулятор, если их установить с обратной полярностью. Спящий литий-ионный аккумулятор не показывает напряжения, и повышение напряжения должно производиться осознанно.Литий-ионные системы более хрупкие, чем другие системы, и обратное напряжение может вызвать необратимые повреждения.

Хранение литий-ионных батарей представляет некоторую неопределенность. С одной стороны, производители рекомендуют держать их заряженными на 40–50 процентов, а с другой стороны, существует опасность их потери из-за чрезмерной разрядки. (См. BU-702: Хранение батарей). Между этими критериями существует широкая полоса пропускания, и в случае сомнений храните батарею с более высоким зарядом в прохладном месте.

Компания Cadex проверила 294 аккумулятора мобильных телефонов, которые были возвращены по гарантии.Анализатор Cadex восстановил 91 процент до 80 процентов и выше; 30 процентов были i

литий-ионных (литий-ионных) аккумуляторов для газонных и садовых инструментов: часто задаваемые вопросы

Обновлено 25 мая 2019 г.

По мере того, как садовые и садовые инструменты с батарейным питанием становятся все более распространенными, всегда возникают вопросы о батареях. Итак, мы ответили на наиболее часто задаваемые вопросы наших читателей. Дайте нам знать, если вы хотите, чтобы мы еще что-нибудь осветили в этих часто задаваемых вопросах.

Если вы ищете, где можно купить определенные батареи для обычных производителей уличного силового оборудования, прокрутите статью до конца этой статьи.

В чем разница между литиевыми батареями и литиево-ионными батареями?

Есть несколько важных отличий. Практическое различие между литиевыми батареями и литиево-ионными (Li-ion) батареями заключается в том, что большинство литиевых батарей не перезаряжаются, а литий-ионные батареи — это аккумулятор. С химической точки зрения в литиевых батареях используется литий в его чистой металлической форме.В литий-ионных батареях используются соединения лития, которые намного более стабильны, чем элементарный литий, используемый в литиевых батареях.

Никогда не перезаряжайте литиевые батареи, в то время как литиево-ионные батареи рассчитаны на сотни перезарядок.

Что означает напряжение в батареях (например, 40 В, 120 В)? Больше вольт лучше?

Вольт — это мера напряжения, относящаяся к величине силы, которая посылает электроны через цепи батареи. Это вроде как лошадиные силы, за исключением беспроводных инструментов.Чем больше вольт, тем больше мощности, доступной для использования инструментом.

Аккумуляторные инструменты, в которых используется батарея более высокого напряжения, будут иметь большую мощность, чем инструменты с батареями более низкого напряжения. Вопрос, который нужно задать себе, заключается в том, нужно ли вам такое количество энергии для того, что вы будете делать с инструментом. Например, если вы будете использовать аккумуляторный триммер только для стрижки травы вокруг клумб, вам не потребуется 120 В (вы можете практически срубить дерево с помощью некоторых из новых триммеров на 120 В!).

С другой стороны, батареи более низкого напряжения легче и меньше, а также их дешевле покупать.

Батареи более высокого напряжения идеально подходят для пользователей, которые используют инструмент часто, в течение длительного времени и в тяжелых условиях. Они также часто необходимы в инструментах, требующих большего крутящего момента или мощности, таких как аккумуляторные бензопилы и самоходные газонокосилки.

Более дешевые батареи с низким напряжением — лучшее вложение, если инструмент с батарейным питанием используется только сезонно или редко, для легких задач или если вес является важным фактором.

Некоторые батареи, такие как батарея FlexVolt от DeWalt, предназначены для автоматического изменения напряжения в соответствии с потребляемой мощностью инструмента.

Литий-ионные аккумуляторы

бывают самых разных форм и размеров в зависимости от производителя, напряжения и ампер-часов.

Что значит А? Как это влияет на мощность и / или время работы?

Ач — это сокращение от ампер-час или ампер-час. Это общий объем заряда, который аккумулятор может обеспечить за один час. Электроинструмент, который постоянно потребляет ток 1,0 А, полностью разрядит аккумуляторную батарею 1,0 Ач за один час (в идеальных условиях).

Это означает, что аккумулятор на 2,0 Ач может питать один и тот же инструмент дольше, чем 1.Аккумулятор 0 Ач может, при условии, что ток остается на уровне 1,0 А и других отличий нет. Многие люди упрощают это, говоря, что «более высокое значение Ah означает более длительное время работы», хотя это еще не вся история .

Значит, аккумулятор на 4,0 Ач проработает ваше внешнее силовое оборудование в два раза дольше, чем аккумулятор на 2,0 Ач, верно? Иногда да. В других случаях нет. А иногда время работы может увеличиваться более чем вдвое. Это зависит от того, как сконструированы батареи (например, элементы батареи работают параллельно или последовательно, от встроенных функций безопасности, вентиляции), а также от конструкции инструмента (например.g. триммер с высокими и низкими настройками будет потреблять больше или меньше ампер в зависимости от того, какая настройка используется) и факторов окружающей среды (например, использование батареи при сильном нагреве снизит эффективность и время работы).

Не имея дополнительной информации об аккумуляторе, все, что вы можете сказать наверняка, — это то, что аккумулятор с более высоким номиналом Ач будет вырабатывать мощность дольше, чем аккумулятор с меньшим значением Ач того же напряжения при использовании с тем же инструментом и в тех же условиях.

Если вы подумываете о батарее для инструмента, который требует большой мощности или крутящего момента для эффективной работы, то батарея с большей емкостью в Ач будет плюсом, поскольку вы получите больше времени работы от батареи.Если это легкий инструмент, тогда вполне подойдет аккумулятор с меньшим объемом Ач, так как ему не нужно потреблять столько ампер для хорошей работы (с дополнительным плюсом в том, что он значительно дешевле).

Литий-ионные аккумуляторы развивают память? Нужно ли заряжать после каждого использования?

Нет. В то время как старые типы аккумуляторов действительно обладали «памятью», современные литий-ионные аккумуляторы нет.

Рекомендуется ставить аккумулятор в зарядное устройство после каждого использования. Таким образом, у вас всегда будет полностью заряженный аккумулятор для работы.Многие производители рекомендуют не полностью заряжать аккумулятор, чтобы продлить срок его службы.

Нет. Инструментальные компании любят создавать наркоманов. Хорошая новость в том, что стать наркоманом стоит того. Производители вызывают лояльность к бренду, продавая инструменты как с батареями, так и без них. Таким образом, купив свой первый инструмент и прилагаемые к нему батареи, вы сможете использовать их со всеми остальными инструментами этого производителя. Но только на инструментах этого производителя.

В таком случае неплохо принимать решение о покупке, основываясь на всем, что продает компания, даже на инструментах, которые могут вам еще не понадобиться.

Каковы преимущества литий-ионных батарей по сравнению с другими аккумуляторными батареями?

Литий-ионные аккумуляторы

имеют ряд преимуществ:

У них более высокая плотность энергии, чем у большинства других типов аккумуляторных батарей. Это означает, что для своего размера или веса они могут хранить больше энергии, чем другие аккумуляторные батареи.

Они также работают при более высоком напряжении, чем другие аккумуляторные батареи.

Литий-ионные батареи

также имеют более низкую скорость саморазряда, чем другие типы аккумуляторных батарей.Это означает, что после зарядки они сохраняют свой заряд дольше, чем другие типы аккумуляторных батарей. Например, NiMH и NiCd батареи могут терять от 1 до 5% своего заряда в день (в зависимости от температуры хранения), даже если они не установлены в устройстве. Литий-ионные батареи сохраняют большую часть своего заряда даже после нескольких месяцев хранения.

У каждого производителя свой размер и форма зарядного устройства, и даже в пределах одного производителя вы найдете разные зарядные устройства для разных батарей (обратите внимание на две зеленые батареи / зарядные устройства Greenworks на изображении выше).

Можно ли оставить литий-ионные аккумуляторы в зарядном устройстве?

Если в инструкциях к инструменту не указано, что аккумулятор следует хранить в зарядном устройстве, обязательно извлеките его после завершения зарядки. Чрезмерная зарядка может повредить аккумулятор и сократить срок его службы, и не все зарядные устройства отключаются автоматически.

Сколько времени займет зарядка?

Литий-ионные аккумуляторы

заряжаются быстро, обычно за 60-120 минут в зависимости от напряжения. Перед использованием проверьте инструкции производителя.

Каковы недостатки литий-ионных батарей по сравнению с другими аккумуляторными батареями?

Литий-ионные батареи

дороже, чем NiMH или NiCd батареи аналогичной емкости.Это потому, что они намного сложнее в изготовлении. Литий-ионные аккумуляторы фактически включают в себя специальную схему для защиты аккумулятора от повреждений из-за перезарядки или недозарядки. Они также более дорогие, потому что их выпускают в меньшем количестве, чем NiMH или NiCd батареи. Литий-ионные батареи становятся все дешевле, и со временем мы увидим, что их цена значительно снизится.

Литий-ионные батареи

также требуют сложных зарядных устройств, которые могут тщательно контролировать процесс зарядки.А из-за их разных форм и размеров для каждого типа литий-ионных аккумуляторов требуется зарядное устройство, разработанное с учетом его конкретного размера и конкретного производителя. Это означает, что зарядные устройства для литий-ионных аккумуляторов дороже и их труднее найти, чем зарядные устройства для аккумуляторов NiMH и NiCd.

Доступны ли литий-ионные батареи стандартных размеров, таких как размер ячейки AA, C или D?

Нет, литий-ионные аккумуляторы стандартных размеров недоступны.

Это могло произойти из-за того, что пользователям было бы слишком легко случайно поместить их в зарядное устройство, не предназначенное для литий-ионных батарей, что создаст потенциально опасную ситуацию.Если щелочную батарею вставить в неправильное зарядное устройство, она может протечь или даже взорваться, но литий-ионная батарея, вставленная в зарядное устройство NiCd или NiMH, не предназначенное для литий-ионного питания, может воспламениться.

Кроме того, поскольку литий-ионные батареи работают при гораздо более высоком напряжении (обычно 3,7 В на элемент), чем 1,2–1,5 В большинства аккумуляторных батарей, проектирование литий-ионного элемента 1,5 В было бы дорогостоящим.

Как лучше всего хранить литий-ионные батареи?

Литий-ионные аккумуляторы

могут сохранять заряд в течение многих месяцев.Лучше всего хранить литий-ионный аккумулятор с частичным или полным зарядом.

Иногда, если литий-ионный аккумулятор с очень низким зарядом хранится в течение длительного периода времени (много месяцев), вы можете обнаружить, что его напряжение медленно падает до уровня ниже уровня, при котором встроенный механизм безопасности позволяет ему храниться. снова заряжен. Другими словами, он мертв.

Если аккумулятор будет храниться несколько месяцев, рекомендуется вынуть его и зарядить через несколько месяцев. Еще лучше было бы фактически использовать аккумулятор каждые несколько месяцев, а затем оставлять его частично или полностью заряженным.

Нужно ли заряжать аккумулятор при покупке?

Большинство литий-ионных аккумуляторов частично заряжены. Большинство производителей указывают в своих инструкциях, как долго заряжать новую батарею перед ее первым использованием. Обычно это означает доливку перед первым использованием.

Как следует утилизировать литий-ионные батареи?

Литий-ионные батареи

, как и все аккумуляторные батареи, подлежат вторичной переработке, и их следует утилизировать, а не выбрасывать в мусор.Их нельзя сжигать, так как они могут взорваться. Большинство мест, где продаются аккумуляторные батареи, также принимают их на переработку.

Батарея «умирает» через некоторое время?

Да. Срок службы литий-ионной батареи составляет от двух до трех лет.

Срок службы литий-ионного аккумулятора рассчитывается по циклам зарядки и разрядки. Типичный литий-ионный аккумулятор имеет срок службы до 2000 циклов зарядки и разрядки.

Проверьте вашу индивидуальную гарантию — батареи должно хватить как минимум на этот срок.

Иногда, хотя и не намного более высокое напряжение (например, не пытайтесь использовать батарею 120 В в инструменте, который стандартно поставляется с батареей 20 В!). Как указывалось ранее, аккумуляторы принадлежат их производителям, и многие теперь предлагают варианты со сменным напряжением. Помните, что более высокое напряжение означает больший вес и большую стоимость. Обратитесь к руководству по вашему инструменту для получения конкретных рекомендаций.

Размеры литий-ионных аккумуляторов

различаются, поэтому даже в случаях, когда аккумулятор имеет одинаковое напряжение (40 В на изображении выше), если Ач отличается, размер аккумулятора, вероятно, также будет другим, и поэтому он может не соответствовать одному и тому же инструменту.

Где купить Li-Ion аккумуляторы

Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных аккумуляторов для газонных и садовых инструментов.

Мастер

GreenWorks

Красный

Сан Джо / Сноу Джо

WORX

Yard Force

Литий-ионный аккумулятор

Литий-ионный »Электроника

Литий-ионные, литий-ионные аккумуляторы в настоящее время широко используются во многих сферах применения в электронном оборудовании, а также в электромобилях, электроинструментах и ​​т. Д.

---

Литий-ионная батарея Включает:
Литий-ионная технология Типы литий-ионных аккумуляторов Литий-полимерный аккумулятор Литий-ионная зарядка Литий-ионные преимущества и недостатки

Аккумуляторная технология включает: Обзор аккумуляторной технологии Определения и термины батареи NiCad NiMH Литий-ионный Свинцово-кислотный

---

Литий-ионные батареи обеспечивают повышенный уровень емкости в сочетании с надежной работой по сравнению с другими формами элементов и аккумуляторных технологий, включая никель-кадмиевые, Ni-Cd и никель-металлогидридные, NiMH.

Благодаря своим характеристикам литий-ионные или литий-ионные аккумуляторы стали предпочтительной технологией для производства аккумуляторов во многих областях. Литий-ионные аккумуляторы используются почти исключительно в мобильных телефонах, ноутбуках, электронных книгах и многих других электронных устройствах. В дополнение к этому, литий-ионная технология также используется для приложений питания — от мельчайших электронных гаджетов до мобильных телефонов, ноутбуков и т. Д. До электроинструментов, и есть даже литий-ионные автомобильные аккумуляторы для питания электромобилей.

С ростом зависимости от мобильных и портативных источников энергии использование литий-ионных технологий будет расти еще больше.

Следует отметить, что литий-ионные элементы и батареи перезаряжаемые, и они отличаются от литиевых батарей или элементов, которые являются первичными, а не перезаряжаемыми.

Рост и развитие литий-ионных аккумуляторов

Понимание того, как была разработана литий-ионная батарея, дает общее представление о ее работе, а также полезно увидеть, как она развивалась и как она может развиваться в будущем.

На разработку технологии литиевых батарей

ушло много лет. Он предлагает явные преимущества перед другими более старыми технологиями перезаряжаемых аккумуляторов, такими как никель-кадмиевые и никель-металлогидридные. Несмотря на преимущества иона лития, потребовались годы, чтобы его усовершенствовать и позволить ему достичь уровня зрелости, при котором его можно было бы широко использовать. Теперь он используется во многих областях, и его использование позволило многим технологиям, таким как мобильные телефоны, ноутбуки и другие предметы повседневного использования, двигаться вперед.

Идея технологии литий-ионных аккумуляторов была впервые предложена в 1970-х годах М. Уиттингемом, который использовал сульфид титана в качестве катода и металлический литий в качестве анода.Хотя элемент вырабатывал энергию, она могла быть нестабильной, поскольку нитевидные кристаллы лития из анода врастали в электролит и в конечном итоге касались катода.

В Пенсильванском университете были проведены работы по использованию графитового электрода с ионами лития в электроде. Это было большим достижением, хотя другие достижения в области ионно-литиевой технологии не сразу начали его использовать.

Однако, прежде чем можно было создать жизнеспособный элемент, необходимо было решить другие методы, связанные с зарядкой.В 1979 году Дж. Гуденаф продемонстрировал перезаряжаемый литий-ионный элемент, в котором в качестве положительного электрода использовался оксид лития-кобальта, а в качестве отрицательного — литий.

Следующими этапами создания работоспособной производственной ячейки была возможность перезарядки литием в графите. Этого добился Рашид Язами в 1979 году. Затем потребовалось время до 1985 года, прежде чем был разработан перезаряжаемый литий-ионный элемент, который можно было производить в больших количествах. Акира Йошино использовал углеродистый материал, в который в качестве одного электрода входили ионы лития, а в качестве другого — оксид лития-кобальта LiCoO2.Использование оксида лития-кобальта было важно, потому что он стабилен на воздухе, в отличие от самого лития, и это сделало эту структуру ячейки более стабильной химически и гораздо менее опасной.

Литий-ионные, литий-ионные аккумуляторы, основы технологии

Несмотря на то, что существует множество различных форм литий-ионных аккумуляторов, есть несколько общих элементов.

Литий-ионный аккумулятор или элемент любой формы состоит из четырех основных компонентов:

• Катод: Это положительный электрод, который обычно изготавливается из оксида металла на основе лития той или иной формы.Существует несколько различных технологий литий-ионных аккумуляторов, поэтому точный формат будет меняться от одного типа к другому.

• Анод: Это отрицательный электрод литий-ионной батареи, и он обычно изготавливается из углерода, обычно в форме графита.

• Электролит: Электролит расположен между двумя электродами внутри ячейки. Часто это смесь органических карбонатов, таких как этиленкарбонат, диэтилкарбонат и т. Д.

• Разделитель: Чтобы два электрода не касались друг друга, между анодом и катодом помещен разделитель. Это поглощает электролит и обеспечивает прохождение ионов, но предотвращает прямой контакт двух электродов внутри литиевой ячейки.

Базовая структура литиево-ионного аккумуляторного элемента

В течение всего цикла происходят два процесса, связанных с перемещением ионов лития:

• Интеркаляция: Процесс, при котором ионы лития в литий-ионной батарее вставляются в электрод, называется интеркаляцией.
• Деинтеркаляция: Это обратный процесс, который происходит, когда ионы лития извлекаются из электрода, т.е. они возвращаются обратно.

Чтобы дать более подробное объяснение, во время разряда литий-ионного элемента, когда он подает ток во внешнюю цепь, на аноде происходит реакция окисления. Это производит ионы лития и свободные электроны, а ионы лития проходят через электролит к катоду — электроны проходят через внешнюю цепь.Затем они рекомбинируют на катоде в противоположность реакции окисления, то есть реакции восстановления.

Таким образом, химическая энергия, накопленная в литий-ионном элементе, преобразуется в электрическую энергию, которая может использоваться в электрических и электронных схемах.

Во время цикла зарядки реакции происходят в обратном направлении, когда ионы лития проходят от катода через электролит к аноду. Электроны, поступающие из внешней цепи, затем объединяются с ионами лития, чтобы обеспечить накопленную электрическую энергию.

Следует помнить, что процесс зарядки не совсем эффективен — некоторая энергия теряется в виде тепла, хотя обычно уровень эффективности составляет около 95% или немного меньше.

Управление литий-ионной батареей

Литий-ионные батареи

должны эксплуатироваться в относительно строгих пределах. Они не любят перезарядку, полную разрядку, короткое замыкание и т.п.

Литиевые батареи

неизменно сопряжены с системой управления батареями.Он отслеживает уровень заряда, температуру, напряжение и ряд других факторов.

Система управления литиевой батареей управляет зарядкой и разрядкой, отмечает уровень заряда, отключает аккумулятор от подачи большего количества заряда, когда он почти разряжен (им не нравится, когда он полностью разряжен), управляет циклом зарядки и применяет требуемый формат для заряжать во время зарядки, так как обычно используются два или более режима. Он также прекращает заряд, когда батарея или элемент полностью заряжены.Функция управления также обеспечивает защиту от короткого замыкания и перегрева.

Соответственно, система управления батареями является неотъемлемой частью любой системы литий-ионных батарей.

Литий-ионный аккумулятор Варианты

Хотя литий-ионные аккумуляторы обычно называют их общим названием, на самом деле существует несколько различных типов литий-ионных аккумуляторов.

Типичный ионно-литиевый аккумулятор, используемый для питания электроинструмента

Различные типы ионно-литиевых аккумуляторов имеют очень похожие характеристики, но каждый со своими уникальными характеристиками.Соответственно, разные типы используются в разных приложениях.

Обзор технологий литий-ионных батарей
Имя	Составляющие	Сокращение	Основные характеристики	Приложения
Литий Кобальт	LiCoO2	LCO	Высокая производительность	Мобильные телефоны, ноутбуки, фотоаппараты
Литий оксид марганца	LiMn2O4	LMO	Меньшая емкость	Электроинструменты медицинские, для любителей
Литий-фосфат железа	LiFePO4	LFP	Меньшая емкость	Электроинструменты медицинские, для любителей
Литий, никель, марганец, кобальт, оксид	LiNiMnCoO2	NMC	Меньшая емкость	Электроинструменты медицинские, для любителей
Литий Никель Кобальт Оксид алюминия	LiNiCoAlO2	NCA		Электромобили и сетевое хранилище
Титанат лития	Li4Ti5O12	LTO		Электромобили и сетевое хранилище

Литий-полимерные батареи

Новая и интересная разработка литиевых батарей — это литий-полимерный вариант.Хотя это не другая технология аккумуляторов, чем те, которые используют другие материалы анода и катода, в ней действительно используется другая форма электролита.

Используя этот другой электролит, аккумуляторы можно изготавливать в гораздо большем количестве форматов, даже если они гибкие.

В литиево-полимерной батарее могут использоваться те же материалы анода и катода, что и в других батареях, дающих аналогичные характеристики, но ее гораздо легче изготавливать в различных формах. Это делает его идеальным вариантом для производителей оборудования, которым требуются особые формы, соответствующие малым форм-факторам их конструкций электронного оборудования.

Форматы литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные элементы

могут быть изготовлены в различных формах, и, как и следовало ожидать, существует ряд принятых стандартных форматов. Это позволяет настраивать оборудование на большие партии элементов и батарей одинакового размера, тем самым снижая затраты.

Литий-ионные элементы и батареи обычно не соответствуют форматам AAA, AA, C и D, используемым для многих первичных элементов, а также для никель-кадмиевых, Ni-Cd или никель-металлогидридных, NiMH элементов.Вместо этого они используют разные форматы.

Очевидно, что для разных приложений существуют разные форматы, но в основном используются одни и те же принципы.

• Малые цилиндрические элементы: Цилиндрический формат используется во множестве приложений, и часто батареи состоят из серии этих элементов. Типичные размеры 18 × 65 мм, 21 × 50 мм и 26 × 65 мм.

• Цилиндрический с большой мощностью: Во многих отношениях это большая версия меньшего цилиндрического типа, но обычно с большими винтовыми клеммами для обеспечения эффективной передачи тока с низким сопротивлением.

• Формат пакета: Тип аккумулятора, известный как «пакет», представляет собой плоский пакет из фольги, который можно сравнить с упаковками жевательной резинки. Этот формат обычно используется для литий-полимерных элементов и аккумуляторов, так как их легко изготовить для определенных форм, что позволяет производителям электронных устройств и оборудования иметь аккумуляторы определенной формы для заполнения доступного пространства.

• Призматический: Этот формат обычно представляет собой батарею плоской или прямоугольной формы, которая часто используется для питания электронных устройств и т.п.Типичными размерами являются 5 × 34 × 50 мм и 10 × 34 × 50 мм, хотя, как и в других стилях, также доступны размеры, определенные поставщиком, и другие, которые изготавливаются на заказ.

• Большой жесткий пластиковый корпус: Эти большие жесткие корпуса обычно используются для более крупного электрического оборудования и транспортных средств.

Рекомендации по использованию литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные батареи или литий-ионные батареи могут быть относительно дорогими. Поэтому стоит следовать простым рекомендациям, которые помогут обеспечить максимальный срок службы.

• Не разряжать полностью: Литий-ионные батареи необходимо зарядить до того, как батарея полностью разрядится. Это, вероятно, самый важный фактор в общем использовании. Оставление их полностью разряженным значительно сокращает их жизнь. Например, часто рекомендуется заряжать смартфоны (в которых используются литий-ионные аккумуляторы), когда они достигают 10-20% заряда. Кроме того, литий-ионные аккумуляторы никогда не должны разряжаться ниже минимального уровня 2.От 4 В до 3,0 В на элемент.
• Уход при неиспользовании: Если литий-ионный аккумулятор не будет использоваться в течение длительного периода времени, в идеале его следует довести до уровня заряда примерно от 40% до 60% от полного заряда. В идеале его следует периодически заряжать, чтобы преодолеть последствия саморазряда (около 2% в месяц).
• Хранить в прохладном месте: Литий-ионные аккумуляторы следует хранить в прохладном месте. Если держать их в прохладном месте, возможно, в холодильнике, процесс старения замедляется.По этой причине литий-ионные аккумуляторы не следует хранить в автомобилях в солнечные дни, так как температура значительно повышается.
• Не замораживать: Литий-ионные аккумуляторы не должны подвергаться очень низким температурам — большинство электролитов литий-ионных аккумуляторов замерзают примерно при -40 ° C. Это может помешать им работать в некоторых приложениях, где оборудование требует питания при экстремальных температурах.
• Покупайте новые аккумуляторы только при необходимости: Литий-ионные аккумуляторы следует покупать только при необходимости, потому что процесс старения начинается сразу после производства аккумулятора.

Принятие некоторых мер предосторожности при их использовании позволяет продлить срок службы литий-ионной батареи. Несмотря на то, что существует максимальный срок службы, неправильное использование и уход значительно сократят его.

Литий-ионные батареи и элементы

в настоящее время являются одной из доминирующих используемых технологий, которые пришли на смену более старым никель-кадмиевым батареям и никель-металлогидридным батареям NiMH.

Литий-ионные аккумуляторы

используются для питания множества различных устройств, от небольших наушников и наушников до мобильных телефонов, планшетов, ноутбуков и множества других электронных устройств и предметов.В аккумуляторных электроинструментах широко используются литий-ионные батареи, как и другие электрические устройства. Многие автомобили теперь питаются от батарей, а литий-ионная технология обеспечивает гораздо лучшее соотношение мощности и веса, и, соответственно, они также широко используются в этой области.

В связи с тем, что в технологию литий-ионных аккумуляторов вкладывается огромное количество средств, уровни производительности будут расти, а вместе с этим — и их использование.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор FET Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Как работает литий-ионный аккумулятор и почему они так популярны?

Этот сайт может получать партнерские комиссии за ссылки на этой странице. Условия эксплуатации.

На этой неделе появилось новое исследование Массачусетского технологического института, и хотя его основная идея может показаться слабой, сам факт подчеркивает, насколько быстро технологии действительно развиваются в наши дни.Хотя литий-ионные батареи (LIB) есть во всем мире, правда в том, что мы до сих пор не знаем, как они работают. В частности, по мере того, как ученые испытывают все больше и больше новых материалов для электродов, каждый из них имеет небольшие различия в функциях и характеристиках. Одним из наиболее многообещающих электродных материалов является фосфат лития и железа, и теперь исследователи гораздо лучше понимают, как именно он заряжается и разряжается, что, как мы надеемся, должно указать путь к улучшению этих процессов.

Как работает литий-ионный аккумулятор?

Во-первых, нам нужно посмотреть, как в целом работает литий-ионный аккумулятор. Как и любой другой аккумулятор, в его базовой конструкции присутствует электролит («транспортная среда»), переносящий ионы лития туда и обратно между отрицательным и положительным электродами. В полностью разряженных батареях наши мобильные ионы лития будут полностью связаны с положительным электродом — их химические свойства удерживают их связанными с материалом положительного электрода, в то время как в них отсутствуют электроны.Если мы дадим им электроны, закачивая электричество в систему (перезарядка), они естественным образом отделяются от положительного электрода и мигрируют обратно к отрицательному. Когда все они выстраиваются в линию на другой стороне и заряжаются хорошими высокоэнергетическими электронами, мы называем аккумулятор «заряженным».

Это стабильное состояние нарушается, когда мы обеспечиваем путь для электронов, теперь захваченных на отрицательном электроде, чтобы перемещаться вниз по градиенту заряда к положительной стороне батареи — это забирает электроны из лития в отрицательном электроде и снова делает их Li + , заставляя их естественным образом мигрировать обратно.Мы можем использовать этот поток электронов с отрицательного на положительный для питания всего, от кардиостимуляторов до электромобилей, и все в конечном итоге сводится к возвратно-поступательному движению ионов. Между прочим, только недавно ученые выяснили, почему слишком большое количество возвратно-поступательных реакций приводит к медленной разрядке батареи.

Почему литий-ионные батареи популярны

Основная причина, по которой вы раньше слышали термин «литий-ионный аккумулятор», — это плотность энергии; LIB-установка может вместить много энергии в очень маленькое пространство.Более того, «Li-on» аккумуляторы обеспечивают приличное время зарядки и большое количество циклов разрядки, прежде чем они разрядятся. Если вы используете чистый металлический литий для электродов, вы получите намного больше энергии, но не сможете перезаряжаться — в зависимости от вашего выбора электродов вы можете сильно повлиять на производительность батареи. Среди прочего, плотность энергии связана с количеством ионов лития (и, следовательно, электронов), которые электроды могут удерживать на единицу площади поверхности.

На этой диаграмме показано, как зона твердого раствора выстраивается рядом с заряженными и разряженными участками электрода.

В этом исследовании Массачусетского технологического института [doi: 10.1021 / nl501415b — «Наблюдение на месте случайной зоны твердого раствора в электроде LiFePO4»] специально рассматривался материал катода — литий-железо-фосфат. Эти литий-железо-фосфатные батареи многообещающи для всего, от электромобилей (вероятно) до накопителя энергии в сети (что менее вероятно), но когда он был первоначально представлен, LiFePO ₄ малообещал для аккумуляторных технологий. В чистом виде фосфат лития-железа демонстрирует плохие электрические способности, но он раздроблен на наночастицы и покрыт углеродом, и, похоже, история немного изменится.Невероятный скачок в возможностях при превращении в наночастицы описывается как большой сюрприз для исследователей аккумуляторов и большая победа для нанонауки.

Основная причина ажиотажа по поводу нового нанокатода, помимо его впечатляющих, но не удивительных способностей к хранению и разрядке, заключается в том, что он разряжается при абсолютно однородном напряжении. Это означает, что в аккумуляторные батареи не нужно включать устройства для регулирования этого напряжения, что может сделать их дешевле и меньше, а также позволяет им разряжаться при полном напряжении до полной разрядки.Как мы теперь знаем, он делает это, создавая зону, называемую зоной твердого раствора (SSZ), буферную зону с низкой плотностью лития, которая, кажется, смягчает резкую границу между заряженным (LiFePO ₄ ) и разряженным (FePO ₄ ). ) части электрода во время использования. Похоже, это объясняет удивительные способности материала, и усиление этого SSZ за счет конструкции могло бы продлить срок службы литий-ионной технологии еще дольше.

Технология, похоже, действительно подходит для этого устаревшего стандарта аккумуляторов, и, чтобы идти в ногу со временем, потребуются некоторые серьезные обновления.Они получают их благодаря огромным улучшениям дизайна, которые многообещают. Тем не менее, все, от улучшенных конденсаторов до супер-батарей на основе хлопка, могло бы вытеснить литий как короля накопителей энергии — мы можем обнаружить, что улучшения в нашем понимании обычных батарей попросту слишком малы.

Эффект памяти теперь также присутствует в литий-ионных батареях

Профессор Петр Новак, руководитель отдела электрохимического накопления энергии и соавтор этого исследования.Предоставлено: фотография Скандербега Зауэра. Литий-ионные батареи

— это высокопроизводительные накопители энергии, используемые во многих коммерческих электронных устройствах. Конечно, они могут хранить большое количество энергии в относительно небольшом объеме. Ранее широко считалось, что они не обладают эффектом памяти. Именно так эксперты называют отклонение рабочего напряжения аккумулятора, вызванное неполной зарядкой или разрядкой, которое может привести к тому, что доступна только часть накопленной энергии, и неспособность надежно определить уровень заряда аккумулятора.Однако ученые из Института Пауля Шеррера PSI вместе с коллегами из исследовательских лабораторий Toyota в Японии обнаружили, что широко используемый тип литий-ионной батареи обладает эффектом памяти. Это открытие имеет особенно большое значение для достижений в использовании литий-ионных батарей на рынке электромобилей. Работа опубликована сегодня в научном журнале Nature Materials .

Многие из наших повседневных устройств, которые питаются от батареи, хотя и не всегда такие «умные», как их описывают в рекламе, часто оснащены своего рода памятью.Например, бритва с батарейным питанием или электрическая зубная щетка, которая заряжается до того, как батарея разрядится, позже могут отомстить расчетливому пользователю. Батарея, кажется, запоминает, что вы использовали только часть ее емкости — и в конечном итоге перестает обеспечивать ее полную энергию. Эксперты называют это «эффектом памяти», который возникает из-за того, что рабочее напряжение аккумулятора со временем падает из-за неполных циклов зарядки-разрядки. Это означает, что, несмотря на то, что батарея все еще разряжена, подаваемое ею напряжение иногда бывает слишком низким для работы рассматриваемого устройства.Таким образом, эффект памяти имеет два негативных последствия: во-первых, снижается полезная емкость аккумулятора, а во-вторых, изменяется корреляция между напряжением и состоянием заряда, поэтому последнее не может быть надежно определено на основе напряжения. Давно известно, что эффект памяти существует в никель-кадмиевых и никель-металлогидридных батареях. С тех пор, как литий-ионные аккумуляторы начали успешно продаваться в 1990-х годах, существование эффекта памяти в этом типе аккумуляторов было исключено.Неправильно, как показывает это новое исследование.

Последствия эффекта памяти для электромобилей и гибридных транспортных средств

Эффект памяти и связанное с ним аномальное отклонение рабочего напряжения теперь подтверждены для одного из наиболее распространенных материалов, используемых в качестве положительного электрода в литий-ионных батареях, — литий-железного фосфата (LiFePO4). В случае фосфата лития и железа напряжение практически не изменяется в большом диапазоне состояния заряда. Это означает, что даже небольшая аномалия в рабочем напряжении может быть неверно интерпретирована как серьезное изменение состояния заряда.Или, другими словами: когда состояние заряда определяется по напряжению, большая ошибка может быть вызвана небольшим отклонением напряжения. Наличие эффекта памяти особенно актуально в контексте ожидаемых шагов по использованию литий-ионных батарей в секторе электромобильности. В частности, в гибридных автомобилях эффект может возникать во время многих циклов зарядки / разрядки, которые происходят во время их нормальной работы. В таких транспортных средствах аккумулятор частично перезаряжается во время каждой операции торможения двигателем, работающим в режиме генератора.Он, в свою очередь, разряжается, и обычно только частично, чтобы помочь двигателю во время фаз разгона. Как показывает это новое исследование, многочисленные последовательные циклы частичной зарядки и разрядки приводят к отдельным небольшим эффектам памяти в сумме с большим эффектом памяти. Это приводит к ошибке в оценке текущего состояния заряда аккумулятора в случаях, когда состояние заряда рассчитывается программным обеспечением на основе текущего значения напряжения.

Как возникает эффект памяти: эффект «памяти» батареи «записывается» в цикле с частичной зарядкой (здесь 50 процентов емкости аккумулятора) с последующей полной разрядкой.В последующем цикле эффект памяти проявляется в перенапряжении (небольшая «выпуклость») точно в той же точке, в которой заканчивается цикл частичной зарядки. В крайнем правом углу для сравнения показана нормальная кривая напряжения. Предоставлено: Nature Publishing Group.

Почему возникает эффект памяти

Исследователи идентифицируют микроскопический механизм, лежащий в основе процессов зарядки и разрядки, как основную причину эффекта памяти, который сейчас обнаруживается в литий-ионных батареях.Материал электрода — в данном случае фосфат лития-железа (LiFePO4) — состоит из большого количества мелких частиц микрометрового размера, которые заряжаются и разряжаются по отдельности одна за другой. Исследователи называют эту модель зарядки и разрядки «моделью многих частиц». Зарядка происходит по частям и включает высвобождение ионов лития. Таким образом, полностью заряженная частица не содержит лития и содержит только фосфат железа (FePO4). Разряд, в свою очередь, включает повторное включение атомов лития в частицы электрода, так что фосфат железа (FePO4) снова становится фосфатом лития-железа (LiFePO4).Изменения количества лития, связанные с зарядкой и разрядкой, вызывают изменение химического потенциала отдельных частиц, что, в свою очередь, изменяет напряжение аккумулятора. Однако зарядка и разрядка — нелинейные процессы. Во время зарядки изначально увеличивается химический потенциал с постепенным высвобождением ионов лития. Но затем частицы достигают критического значения содержания лития (и химического потенциала). В этот момент происходит резкий переход: частицы очень быстро отдают свои оставшиеся ионы лития, но не могут изменить свой химический потенциал.Это переход, который объясняет, почему напряжение батареи практически не меняется в широком диапазоне (плато напряжения).

Микроскопический механизм, лежащий в основе эффекта памяти в соответствии с «моделью многих частиц». Химический потенциал частиц сначала неуклонно растет, поскольку частицы выделяют ионы лития (рис. B). Достигнув точки B (химический потенциальный барьер), частицы отдают оставшиеся ионы лития и полностью заряжаются (рис.в). Частицы проходят через барьер одна за другой, но не все одновременно. После частичной зарядки часть частиц возвращается к передней части преграды (рис. D). Эти частицы затем «скользят по склону», так что термодинамическое равновесие восстанавливается. Теперь установлено разделение частиц на богатые литием и бедные литием. Это разделение сохраняется даже после полной разрядки аккумулятора (рис. E и f). Во время следующего цикла зарядки эта группа бедных литием частиц пересечет барьер.Необходима дополнительная работа, чтобы переместить вторую, «задержанную» группу частиц с низким содержанием лития через барьер. Это выражается в перенапряжении, которое является индикатором эффекта памяти. Предоставлено: Nature Publishing Group.

Барьер между «богатыми» и «бедными»

Наличие этого потенциального барьера жизненно важно для проявления эффекта памяти. Как только первые частицы преодолевают потенциальный барьер и становятся свободными от лития, совокупность электродных частиц разделяется на две группы.Другими словами: теперь существует четкое различие между частицами с высоким содержанием лития и частицами с низким содержанием лития (см. Рисунок). Если аккумулятор заряжен не полностью, определенное количество частиц с высоким содержанием лития, которые не прошли через барьер, останется. Эти частицы недолго остаются на краю преграды, поскольку это состояние нестабильно, и они будут «скользить по склону», то есть их химический потенциал будет уменьшаться. Даже когда аккумулятор снова разряжен и все частицы остановятся перед барьером, это разделение на две группы будет сохраняться.И вот решающий момент: во время следующего процесса зарядки первая группа (частицы с низким содержанием лития) преодолеет барьер первой, а вторая группа (богатая литием) «отстанет». Для того, чтобы «задержанная» группа преодолела барьер, их химический потенциал должен быть увеличен, и именно это вызывает перенапряжение («выпуклость» на графике), которое характеризует эффект памяти. Эффект памяти, таким образом, является следствием того, что популяция частиц разделена на две группы с очень разными концентрациями лития, за которыми следуют частицы, «перепрыгивающие» через потенциальный барьер одна за другой.Это перенапряжение, через которое заметен эффект, равно дополнительной работе, которую необходимо совершить, чтобы перенести частицы, отстающие после частичного заряда, через потенциальный барьер.

Ожидание исчезновения памяти

Время, которое проходит между зарядкой и разрядкой аккумулятора, играет важную роль в определении состояния аккумулятора в конце этих процессов. Зарядка и разрядка — это процессы, которые изменяют термодинамическое равновесие батареи, и это равновесие может быть достигнуто через некоторое время.Ученые обнаружили, что достаточно продолжительный период простоя можно использовать для стирания эффекта памяти. Однако в соответствии с моделью многих частиц это происходит только при определенных условиях. Эффект памяти исчезал только в том случае, если достаточно долго ждать после цикла частичной зарядки с последующей полной разрядкой. В таких случаях две группы частиц все еще были разделены после полного разряда, но находились на одной стороне потенциального барьера. Таким образом, разделение исчезло, поскольку частицы достигли состояния равновесия, в котором все они имели одинаковое содержание лития.Однако эффект памяти сохранялся, если вы ждали после частичной зарядки и до неполной разрядки. Здесь частицы находились по разные стороны от потенциального барьера, и это предотвращало обратное их деление на «богатые литием» и «бедные литием».

По словам Петра Новака, руководителя отдела электрохимического накопления энергии PSI и соавтора публикации, исследование опровергает давнее заблуждение: «Наше исследование — первое, в котором специально исследовался эффект памяти в литий-ионных системах. батареи.Просто предполагалось, что такого эффекта не будет «. Получение знаний посредством исследования часто представляет собой плодотворное сочетание спекуляций и усердия:» Наши выводы являются результатом сочетания критического исследования и тщательного наблюдения. На самом деле эффект крошечный: относительное отклонение напряжения составляет всего несколько частей на тысячу. Но ключом была идея вообще его искать. Обычные тесты батареи обычно проводятся глубоко, а не циклы частичной зарядки / разрядки. Таким образом, потребовалась вспышка вдохновения, чтобы спросить, что вообще может произойти во время частичной зарядки.

Однако это недавнее открытие не последнее слово в отношении будущего использования литий-ионных аккумуляторов в транспортных средствах. По словам Новака, действительно вполне возможно, что эффект может быть обнаружен и учтен за счет грамотной адаптации программного обеспечения в системах управления батареями. Если это окажется успешным, эффект памяти не станет препятствием для надежного и безопасного использования литий-ионных батарей в электромобилях. Итак, теперь перед инженерами стоит задача найти правильный способ обращения со специфической памятью батарей.

---

Аккумуляторы Nanoball могут заряжать электромобили за 5 минут

---

Дополнительная информация: Sasaki, T., Ukyo, Y., Novak, P. Nat. Материалы , предварительная онлайн-публикация. DOI: 10.1038 / nmat3623 Предоставлено Институт Пауля Шеррера

Ссылка : Эффект памяти теперь также присутствует в литий-ионных батареях (2013, 15 апреля) получено 16 ноября 2020 с https: // физ.org / news / 2013-04-memory-effect-lithium-ion -atteries.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Лучшая цена литий-ионный аккумулятор 30a — Выгодные предложения на литий-ионный аккумулятор 30a от мировых продавцов литий-ионных аккумуляторов 30a

Отличные новости !!! Вы находитесь в нужном месте, чтобы купить литий-ионный аккумулятор 30a.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот литий-ионный аккумулятор 30a должен стать одним из самых популярных бестселлеров в кратчайшие сроки. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что купили литий-ионный аккумулятор 30a на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в литий-ионной батарее 30a и думаете о выборе аналогичного продукта, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести lithium ion battery 30a по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

.