Литиевые батареи что это такое

Как устроен Li-Ion аккумулятор?

Автономную работу всевозможных устройств,отмобильных гаджетов до персонального электротранспорта, обеспечивают аккумуляторы. С учетом необходимых значений емкости и напряжения, они объединяются в аккумуляторные батареи. Ключевые характеристики АКБ – емкость, напряжение, масса, время восполнения заряда, допустимый температурный режим – зависят от типа используемой химии.

Для автономного питания современной техники успешно используются литий-ионные аккумуляторы. Они имеют большой циклический ресурс, малый саморазряд, широкий температурный диапазон и солидную удельную емкость. Катод у таких элементов выполнен из производных лития, а заряд переносят ионы Li. Далее мы подробнее рассмотрим устройство Li-ion аккумуляторов и принцип их работы.

Как устроена литий-ионная батарея?

В основе конструкции литий-ионного аккумулятора– 2 составляющие: анод, выполненный из пористого углерода на фольге из меди, и катод – из оксида лития на фольге из алюминия. Их разделяет пористый сепаратор из полипропилена, обильно пропитанный электролитом, который выполняет функции проводника. Система находится в герметичном корпусе. Электроды подключены к токосъемникам. Некоторые аккумуляторы дополнительно имеют клапан-предохранитель для сброса внутреннего давления.

Пластины из меди и алюминия, смазанные электролитом и разделенные пористой прослойкой, обычно сворачиваются в рулон. В итоге получается элемент цилиндрической формы. При другом способе укладки пластин получаются изделия в форме призм и пакетов. Состав катода бывает разным: LiMn2O4, LiFePO4, LiCoO2,LiMnO2, LiMnRON, LiC6, LiNiO2и т.д.

Типы Li-ionаккумуляторов

В зависимости от используемого материала катода литиевые элементы бывают:

Как работает литиевый аккумулятор?

Принцип работы Li-ion аккумуляторов идентичен для элементов всех типов, независимо от материала катода.Когда на электроды подается напряжение – «плюс» на оксид лития и «минус» на графит – положительно заряженные ионы лития отцепляются от молекул оксида и переходят на углеродную пластинку. В результате протекает окислительная реакция, и аккумулятор заряжается.

При работе литиевого аккумулятора под нагрузкой протекает обратный процесс. Ионы Li + возвращаются на пластинку из оксида лития, в свое стандартное состояние. Графитовая пластинка на фольге из меди становится «минусом», а оксид лития на фольге из алюминия – «плюсом».

Особенности зарядкиLi-ionэлементов

Литий-ионные элементы питания чувствительны к перезаряду. На поверхности анода при чрезмерном заряде осаждается металлический литий. Он выглядит как мелкий мшистый осадок и способен вступать в реакцию с электролитом. На катоде при перезаряде активно выделяется кислород. Внешне это может проявляться в виде интенсивного нагрева, роста давления и разгерметизации элемента.

Заряжаются Li-ionаккумуляторы в 2 этапа:

Быстрее происходит зарядка в импульсном режиме.Но для продления срока службы литиевых элементов их рекомендуется заряжать током, номинал которого составляет 50% от значения емкости, т.е. 0,5С.

Защита литиевых аккумуляторов

Элементы питания на основе лития защищены от коротких замыканийвнутри системы, например, с помощью 2-слойного сепаратора. Один из его слоев выполняется не из полипропилена, а из аналога полиэтилена. При риске короткого замыкания, к примеру, если дендриты лития прорастают к катоду, защитный слой локально нагревается, частично плавится, становится непроницаемым и блокирует последующее прорастание дендритов.

Для защиты от избыточного заряда и глубокого разряда накопители энергии снабжаются специальными ограничителями – платами защиты по току и напряжению. Они не допускают выхода напряжения за границы рекомендованного диапазона и в критических ситуациях автоматически отключают элемент от питания или нагрузки.

Поэтому для безопасной работы элементов и аккумуляторных батарей важно использовать BMSплаты. В противном случае высок риск повреждения аккумуляторов и их преждевременного выхода из строя. Такой контроллер зарядно-разрядного процесса может устанавливаться и на отдельные аккумуляторы, и на собранную из них батарею.

Производство литиевых элементов питания

Сырье для основных элементов в схеме Li-ion аккумуляторов – катода и анода – имеет вид мелкофракционного черного порошка. Чем мельче частицы, тем больше получается эффективная площадь электродов. Оптимальная форма частиц – сферическая, с гладкими краями, т.к. неровности чувствительны к токовым нагрузкам.

Производственный процесс состоит из следующих этапов:

Готовые изделия проходят тестирование – контролируемый цикл заряда-разряда. Подзарядку начинают с минимального напряжения и с постепенным его повышением.Протестированные изделия заряжаются до оптимального уровня, чтобы исключить риск значительного падения напряжения из-за саморазряда, и поставляются в продажу.

Предыдущая статья нашего блога посвящена сигнализации для электровелосипедов.

Источник

Литиевые батарейки

Мир наполнен приборами, игрушками, которые мертвы, если отсутствует источник энергии – батарейка. Гальванический элемент, преобразующий химическую энергию в электрическую, знают все. Одноразовое устройство – батарейка, с возможностью цикличной зарядки – аккумуляторная батарейка. Литиевые источники энергии имеют высокую плотность заряда, работают дольше, выполняют те же задачи, что солевые, алкалиновые.

Устройство и состав литиевой батарейки

Здесь описываются гальванические элементы, работающие на необратимой реакции окисления. Отданный заряд не восстанавливается, батарейка называется одноразовой. Элемент состоит из анода, выполненного из металлического лития, катода из твердых MnO₂, Fes₂, Cuo, CF_x, жидких SO₂, SOCl₂. Продолжается поиск других солей с высоким сродством к восстановлению. Окислителем выступает активный литий, отдающий электроны. Корпус аккумулятора герметичный, с выводами клемм и их маркировкой. Надпись «do not recharge»- повторно не заряжать, предупредит, что литиевая батарейка одноразовая.

Существует 2 типа батареек по конструкции:

Бобинные литиевые батарейки служат до 20 лет, применяются потребителями, не превышающими запрос в 150 мА. Срок службы элементов до 20 лет.

Спиральные конструкции имеют большую поверхность лития, импульсно дают до 4 А, при постоянном токе – 0,1-1,8 А. Но саморазряд этих устройств достигает 10 % в год от первоначальной емкости. Элементы с любым составом катода выпускают в двух типах. Литиевые батарейки могут быть круглыми, призматическими или в форме таблеток.

Крупными и признанными производителями литиевых батареек считают EVE, Minamoto, SAFT, Robiton, Varta, Tekcell. Небольшие производства есть в Китае.

Свойства литиевых батареек с разными анодными парами

В зависимости от химического состава катода в связке с металлическим литием, меняется емкость и напряжение на клеммах элемента, их саморазряд и способность работать в диапазоне температур.

Размеры литиевых батареек

Чтобы правильно подобрать нужный источник энергии, необходимо знать его геометрические размеры и форму. Показатели стандартизированы, разберемся в типоразмерах литиевых одноразовых батареек. Используется классификация США.

Отдельные типы литиевых батареек можно посмотреть на фото.

При выборе литиевой батарейки важна маркировка, по ней можно определить тип элемента. Для литиевой батарейки на корпусе большими буквами будет напечатано CR, на щелочной LR, на солевой R.

Всегда ли литиевые батарейки предпочтительнее щелочных? Изделия отлично работают в любых условиях. Но всегда ли экономически выгодно покупать батарейку литиевую в 5 раз дороже, если на малом токе они превосходит алкалиновые в 1,5-2 раза? Какие лучше, решается в каждом случае, применительно к решаемым задачам.

Необходимо учесть, что запас энергии на всех типах литиевых батареек больше в несколько раз. Чтобы не перепутать устройства, производители делают Li АКБ с особыми выводами.

Литиевые батарейки ААА

Мы рассмотрим одноразовую батарейку с литиевым анодом типа ААА. Компактное устройство имеет пассивный слой на аноде, предупреждающий реакцию. Даже кратковременная подача тока разрушит слой и приведет в негодность батарейку. В отличие от солевых мизинчиковых батареек, литиевые разогреются настолько, что могут взорваться. Зарядка литиевых одноразовых батареек запрещена!

Если замкнуть плюс и минус у литиевой батарейки, она тоже может загореться. Поэтому, необходимо соблюдать следующие правила:

Стоит ли покупать литиевую батарейку ААА, которая стоит дороже алкалиновой в 5 раз. Учитывая, что работает она в 7 раз дольше, и легче на 35 %, стоит.

Срок годности литиевых батареек

При правильном хранении, литиевые батарейки АА будут безотказно работать, если их подключить в течение 10 лет. Зачастую, тог саморазряда составляет 2 % в год при хранении в комнатных условиях, t = 20 0 С.

Дату выпуска и срок годности можно найти на корпусе в виде буквенно-цифрового кода. Зашифровано по разному, только в цифрах, 5 знаков означает число, месяц и год (40615), а код 9А14 следует читать 9 января 2014 года. Срок годности вынесен отдельно. Срок годности действителен, если батарейка находится в упаковке и ею никогда не пользовались.

Литиевые или алкалиновые батарейки, какие лучше

Алкалиновые и щелочные батарейки одно и то же. Воспользуемся тестированием специалистами Росконтроля, пальчиковых ААА батареек и сравним их с литиевыми. Так как идеальных элементов на случаи импульсной и постоянной умеренной и слабой нагрузки нет, предлагается определить, где предпочтительнее использовать щелочные, а где литиевые батарейки и какие лучше.

Результаты исследований показали, что для импульсных токовых нагрузок с высокой мощностью лучше купить литиевую батарейку – прослужит столько же, что 3 щелочных, но весит она намного меньше, чем аварийный запас из нескольких другого вида.

В пультах и часах, в детских игрушках оптимально использовать алкалиновые аккумуляторы, по стоимости выгоднее. Малые токи быстро истощают заряд литиевой батарейки, и проработает она почти столько же, что и щелочная.

Можно ли заряжать литиевые батарейки

Одноразовые литиевые батарейки заряжать нельзя! аккумуляторные батарейки используют со специальным зарядным устройством. Они могут выдержать до 1000 перезарядов, существенно сэкономив бюджет на покупку одноразовых элементов.

Как определить, что перед вами, аккумулятор или одноразовая батарейка? Сведения перед глазами. На аккумуляторе указывается емкость в mAh, на литиевой батарейке такой информации нет. Намекнет на аккумулятор цена, она высокая. На изделии обязательно найдется маркировка «rechargeable» – перезаряжаемая.

Если вы профессионально работаете с фотовспышкой и другой мощной аппаратурой, купите плоскую полимерную или цилиндрическую заряжаемую литиевую батарейку. Это выгоднее, чем приобретать в большом количестве одноразовые элементы.

Зарядное устройство для литиевых батареек

Не всяким устройством можно заряжать литиевые батарейки. Лучше купить специальное, которое само ведет 2 этапа зарядки, выводит на дисплей текущие показатели и во время отключит аккумулятор от питания. Как заряжать литиевую батарейку, если она полимерная? Различий нет, принцип действия у них один. Стоит такой зарядник недорого, около 20$, хорошо, если функция измерения емкости в наличии.

Видео

Все разнообразие литиевых современных источников энергии и о том, как заряжать литиевую батарейку представлено на видео.

Источник

Литиевые батарейки — что это такое

Ежедневно человек использует десятки портативных электронных устройств, которым для работы нужны автономные элементы питания в виде одноразовых батареек, перезаряжаемых аккумуляторов. Производители предлагают десятки вариантов, наиболее эффективный – литиевая батарея. Она сочетает несколько положительных свойств, недоступных конкурентам.

Литиевые батарейки имеют длительный срок эксплуатации и низкий саморазряд.

Разновидности литиевых батареек

Существует несколько категорий литиевых батареек. Одно из различий – активное вещество, определяющее особенности. В оригинальной литий-ионной батарее Sony в качестве стержня использовался кокс. В дальнейшем производители перешли на графит, что обеспечило плавную кривую разряда. Сейчас производители активно внедряют графен. На материал возлагаются большие надежды, планируется, что он существенно увеличит производительность одноразовых батареек и АКБ.

Литиевые батареи бывают разных форм:

Внешние размеры корпуса, в зависимости от маркировки, совместимы с большинством видов электроники:

Существуют и нестандартные размеры, предлагаемые для уникальных приборов. В пальчиковых, кронах, других стандартных форм-факторах отличаются показатели рабочего напряжения, ёмкость, что стоит учитывать при выборе.

Устройство

Литиевые батарейки по конструкции не отличаются от других видов элементов питания. Устройство включает несколько элементов:

Принцип работы

Накопление, передача энергии к устройству осуществляется по принципу, характерному для всех видов батареек. При подключении зарядного устройства на электроды начинает поступать напряжение, в результате ионы лития отслаиваются от катода, через сепаратор попадают на анод, интегрируются в его структуру на молекулярном уровне. В результате химической реакции аккумулятор набирает ёмкость. При подаче нагрузки от потребителя ионы лития перемещается в обратном направлении к катоду, что вызывает разряд элемента питания.

Принцип работы литиевых батареек.

Lithium-батарейки обладают следующими преимуществами:

Правила эксплуатации и утилизации

Чтобы элемент питания работал в течение заявленного производителем срока, его эксплуатация была безопасной, рекомендуется придерживаться правил:

Не допускается утилизация отработанных батареек бытовым способом – это может стать причиной пожара, негативно сказывается на экологии. Использованные батарейки необходимо отнести на пункт приёма вторичного сырья, бросить в специальный контейнер, расположенный в крупных супермаркетах, точках продажи элементов питания.

Как выбрать литиевую батарейку

Массивный ассортимент создаёт сложность выбора. Для покупки хорошей литиевой батареи рекомендуется:

Популярные производители

Известные бренды обладают собственными научно-техническими центрами, поэтому им доступны последние инновации, способные увеличить эксплуатационные характеристики ЭП. Не рекомендуется выбирать дешевые ноунеймы, особенно, если у товара визуально хлипкий корпус. Среди топовых брендов, выпускающих бытовые литиевые батарейки: Duracell, Varta, Energizer, GP. К недорогим, но хорошим отечественным элементам питания, относятся «Энергия», «Космос». Как бюджетный, но проверенный вариант, можно рассматривать сетевые монобренды: Ikea, Auchan, других.

Литиевые батарейки существенно упрощают использование портативной электроники. Такие элементы питания легче, обладают повышенной ёмкостью. Если соблюдать правила эксплуатации, зарядки, Lithium-батарейка надолго сохранит работоспособность.

Источник

Литиевые батарейки или долговечные источники питания

Литиевые источники питания требуются для многих электронных приборов. В статье будут рассмотрены распространенные ионно-литиевые батареи li-ion.

Состав литиумного источника питания

Литиевая батарейка основана на работе необратимо-окислительной реакции. Анодом выступает металлический литий, твердым катодом могут использоваться оксид марганца, дисульфид железа, оксид меди, из жидких стоит отметить оксид серы, тионилхлорид. При этом из окислителей применяется активный литий, эффективно отделяющий электроны.

Типы литиевых батареек

Одним из признаков классификации накопителей выступает вид основного активного вещества:

Одним из важных показателей выбора аккумулятора является рабочее напряжение.

Рассмотрим лишь некоторые из них.

Литиевые батарейки 3В используют только в специально предназначенных гаджетах, их нельзя использовать в дистанционных пультах управления или обычных домашних часах.

Литиевая батарея 6В может применяться в источниках бесперебойного питания, детских машинках аккумуляторного типа и многих других.

Литиевая батарея 12 вольт применяется помимо установки в ИБП в автономных инструментах, например в шуруповерте.

Маркировка

Какая же должна быть маркировка у ионно-литиевых батарей? Согласно требованиям организации IEC на корпусе АКБ должны обозначаться следующие показатели:

Обозначение литиевых батареек – сочетание букв «CR». Следующая цифра указывает типоразмер. Таблица ниже показывает их калибровку.

Зарядка накопителей энергии

У многих возникает вопрос, можно ли заряжать батарейки li-ion? Однозначно, перезаряжать можно только специально предназначенные элементы, так называемые аккумуляторные батареи.

Типовые разновидности аккумуляторных источников и какие аккумуляторы лучше?

Среди разновидностей аккумуляторов выделяют ионные (li-ion) и полимерные (li-pol) накопители. Подробнее сделать анализ поможет таблица сравнительной характеристики литиевых батареек.

Сегодня полным ходом идет разработка новых литий-металлических элементов (li-metal) повышенной безопасности и с увеличенным сроком службы.

Литий-металлические батареи достаточно перспективны для замены li-ion и li-pol источников.

Особенности зарядки литий полимерного аккумулятора

Для поддержания постоянно полного объема источника питания необходимо проводить зарядку по графику, а именно, после разрядки через 500 часов эксплуатации оборудования.

Полимерная батарея чувствительна к механическим повреждениям, переохлаждению, а также к перепадам напряжения и перегрузкам, поэтому подключать аккумулятор стоит только к стабильной электросети.

Как восстановить литиевой накопитель

Срок службы литиевой батареи достаточно длителен, но рано или поздно она теряет первоначальную емкость. Поэтому многие озадачились вопросом восстановления аккумулятора.

Рассмотрим два способа восстановления накопителя.

Первый способ кажется сомнительным, но является самым простым и, со слов умельцев, часто срабатывает. Необходимо:

Контроллер часто прекращает блокировать работу элемента.

Второй способ стоит попробовать если стандартная зарядка и мероприятия с морозильной камерой не помогли. Суть метода заключается в отсоединении защитной платы согласно следующему порядку действий:

Сколько времени заряжать литиевые батарейки

Сейчас широко используются зарядные устройства с индикаторами уровня заряда, но если вы не располагаете подобным гаджетом, можете рассчитать необходимое время по следующей формуле:

T (время) = 1.4*Y(мА*ч)/X (мА), где 1,4 – коэффициент теплоотдачи.

Как проверить источник питания?

Проще и быстрее всего проверить заряд источника питания мультиметром.

Существует два способа проверки:

Как заменить АКБ?

Замена слабых одноразовых источников питания сильно бьет по финансам. Поэтому многие задумываются о приобретении перезаряжаемых батареек. Наиболее подходящими для этих целей, несомненно, являются литиумные АКБ.

Особенной популярностью в поисковиках сети Интернет пользуются запросы о переходе старых модификаций шуруповертов на литиумные аккумуляторы. Для этих целей необходимо только подобрать подходящие для шуруповерта литиумные аналоги того же размера и напряжения.

Сколько стоит литиевая батарейка?

Одними из самых дешевых элементов являются дисковые батарейки литиевые. В простонародье называемые литиевые батарейки таблетки применяются для энергоснабжения часов, весов, процессоров и других гаджетов с небольшим энергопотреблением. Стоимость «таблеток» начинается от 10 рублей и ограничивается лишь аппетитами производителей и дистрибьюторов.

Высшую же планку сложно определить из-за огромного разнообразия. Но можно сказать однозначно, что, как и на все технологические новинки стоимость снижается благодаря повышению эффективности производства и увеличения количества производителей.

Производство батарей

Литиевые батареи большой емкости используются при производстве электромобилей. Благодаря повышенной популярности последних прогнозируется открытие большого количества фабрик по производству этих накопителей. По оценкам различных консалтинговых компаний скоро будет действовать около 26 подобных крупных заводов. Часть из них уже функционируют, запуск остальных планируется до 2021 года.

Дополнительная информация о литиевых батарейках

Данные элементы питания являются наиболее эффективными и способны выдерживать большие нагрузки. Пользователи выделяют ряд плюсов: повышенный энергетический объем, стабильно держит напряжение, высокая емкость. Как и другие элементы питания литиевые батарейки имеют в своем строении анод, катод, сепаратор и диафрагму. Два последних элемента служат диэлектриком. В данном источнике энергии использована специальная пропитка для диафрагмы.

Основное отличие от солевых и щелочных элементов питания заключается в долгом сроке службы. Этого удалось достичь за счет применения особой технологии которая позволяет избавить Li-ion накопители энергии от зависимости нагрузочного тока. У них этого нет. В связи с этим хранить их можно до 12 лет. Не смотря на всю сложность процесса изготовления, производители научились выпускать разные типы литиевых батареек. Такие элементы питания спокойно переносят перепады температуры и способны долгое время работать при долгих и постоянных нагрузках.

Электролит используемый в литиевых батарейках

Номинальное напряжение такой батареи равно 3.7 вольт. Из лития получаются элементы малой массы и очень тонкие. По сути это мягкий и пластичный металл.

Изготавливать данные источники тока стали в начале 70-х годов. Изначально опыты с этими батареями не удавались и все оканчивалось взрывом. Но через некоторое время все недочеты удалось устранить. Несмотря на это пользоваться литиевыми батарейками нужно соблюдая инструкцию по эксплуатации.

Чтобы создать из лития безопасный источник питания пришлось совместить его с твердо органическими электролитами. В результате этого вышел более мощный и миниатюрный аккумуляторный элемент. 2 батареи из лития на 3 вольта могут запросто стать заменой 4-5 щелочным.

Защита

Чтобы литиевые батарейки работали стабильно и надежно было принято решение внедрить в их конструкцию специальную защитную плату. Вот от чего она защищает:

Она припаяна к клеймам полюсов. В нее встроен контроллер, который следит за состоянием заряда. В случае перезаряда более 4,25 V он отключит ее от ЗУ.

Как зарядить литиевые батарейки?

По сути батарейки зарядить нельзя особенно если на них есть надпись do not recharge. Если ваш элемент аккумуляторного типа, то подзаряд идет по следующей схеме.

Заряд происходит в 2 этапа.

Желательно использовать зарядник с показателями напряжения.

Литиевые батарейки плохо переносят перезаряд поэтому их нужно вовремя отключить.

Где используются литиевые батарейки?

Область применения таких источников тока многообразна. Например, их можно поставить в будильник, пульт, электронные весы. Но лучше всего они проявят себя в устройствах с высоким энергопотреблением. Например, это фотоаппараты, вспышки, игрушки, медицинское оборудование, военной промышленности, компьютерной технике.

Плюсы и минусы литиевых батареек

Основное их преимущество заключается в том, что они могут иметь большую емкость при малых размерах.

Список плюсов

Основным недостатком данного накопителя тока является его стоимость. Зато длительное время не придется его менять.

Виды и типоразмеры литиевых элементов питания

В продаже можно встретить такие варианты:

Между собой они отличаются формой и могут быть цилиндрическими, квадратными или дискообразными.

Классификация Соединенных Штатов Америки

Некоторые параметры можно обнаружить на корпусе устройства. Например, это может быть напряжение, емкость, класс, год производства.

Отличие литиевых батареек от солевых и щелочных

В основном выше перечисленные батарейки между собой отличаются сроком службы и емкостью.

Правила безопасности

Устройство литиевой батарейки

По конструкции выделяют 2 варианта:

Спиральные элементы обладают масштабной поверхностью лития. При импульсном токе они отдают до 4 А, а при постоянном до 0,1-1,8. За год данные элементы питания теряют 10% своей емкости от исходной. В торговых точках можно встретить призматические, в форме таблеток или круглые батареи подобного типа.

Основные крупные производители:

Бобинные источники тока могут проработать целых 20 лет. Используются в устройствах с током потребления не более 150 mA.

Источник