Li ion polymer аккумулятор что это

Li ion polymer аккумулятор что это

Литий- полимерная батарея – это аккумуляторная батарея, которая впервые приобрела популярность благодаря их внедрению в начале 1990-х годов крупными электронными компаниями. По сути, они представляют собой группу очень жестких отсеков для выработки электроэнергии, состоящих из трех частей: положительного электрода; отрицательный электрод; и электролит, или жидкое химическое соединение между ними. Большинство литий-ионных батарей, в отличие от более традиционных, также имеют электронный контроллер , который регулирует мощность и потоки разряда, чтобы ваша батарея не перегревалась и не взрывалась.

Литий-полимерный аккумулятор — описание, происхождение технологии

Те, кто изучал полимеры, задавались вопросом: “Li-Pol аккумулятор – что это”. Наиболее существенным различием между литий-ионными и литий-полимерными батареями является химический электролит между их положительными и отрицательными электродами. В Li-Po аккумулятор не заливают жидкость. Вместо этого, технология Li-Po использует одну из трех форм: сухое твердое вещество, которое было в значительной степени выведено из эксплуатации в течение прототипных лет литий-полимерных батарей; пористое химическое соединение; или гелеобразный электролит. Наиболее популярным среди них является последний тип аккумулятора, который вы найдете в новых ноутбуках и электромобилях. Загвоздка в том, что многие компании на самом деле не продают вам настоящий Li-Poly аккумулятор, вместо этого это литий-ионная полимерная батарея или Li-ion в более гибком корпусе.

Характеристики Li-pol аккумуляторов

Разберем такие параметры как зарядка, правильные критерии выбора, плюсы и минусы, срок службы литий-полимерного акумулятора.

Емкость

Высокая плотность энергии. Как говорится в свойстве, высокая плотность энергии означает высокую мощность без больших и громоздких. Это причина, почему она все еще существует в мире прогресса, поскольку это требуется ноутбукам и смартфонам. Поскольку в настоящее время разрабатываются устройства, которые могут быть меньше, но требуют и работают с большой мощностью и обеспечивают более высокое качество, литий-ионный аккумулятор идеально подходит для этого. Это дает аккумулятору высокую мощность при сохранении относительно небольшого размера. Компактный размер делает Li-Polymer аккумулятор хорошим выбором в мобильной индустрии.

Рабочее напряжение

Первый и главный фактор – низкий саморазряд. Производительность аккумуляторных батарей определяется скоростью их саморазряда. После отключения от источника питания литий-ионные аккумуляторы имеют очень низкую скорость саморазряда по сравнению с другими перезаряжаемыми элементами, такими как Ni-Cad и NiMH. Это в основном 5% в первые 4 часа, затем падает до 1 или 2% в месяц. Литий-ионные аккумуляторы имеют более высокий цикл зарядки-разрядки, где некоторые средние классы имеют 1000 циклов, которые имеют 5000 циклов, прежде чем потерять от 20 до 30% своей максимальной зарядной емкости.

Рабочая температура

Важно отличать температуру эксплуатации от той, при которой аккумулятор можно просто заряжать. Разница достигает 30-40 градусов. Оптимальная температура эксплуатации – 60 градусов, зарядки – до 90.

Источник



Литий-полимерный аккумулятор: как правильно заряжать

Современная техника и электроника беспрерывно совершенствуется – устройства становятся все легче, компактнее, долговечнее, безопаснее и при этом мощнее. Соответственно растут требования к перезаряжаемым источникам тока. На смену батареям на основе никеля и кадмия пришли литий-полимерные аккумуляторы. Источники питания нового типа быстро завоевывают рынок – ими комплектуют портативную цифровую технику, аккумуляторный строительный инструмент, радиоуправляемые игрушки и модели летательных аппаратов, электровелосипеды и электроскутеры.

Li-polymer аккумулятор: что это

Легчайший металл литий обладает наибольшей способностью отдавать электроны и характеризуется значительной плотностью энергии. Эти свойства натолкнули на создание АКБ с электродами из металлического лития. Но такие батареи быстро выходили из строя и были небезопасны в эксплуатации.

Лучших результатов добились разработчики аккумуляторов, предложившие заменить металлический литий ионами Li. Это позволило повысить плотность электролита и емкость батарей. Модернизированные источники питания рассчитаны на использование при более высоком напряжении, отличаются минимальным саморазрядом. Литий-ионные аккумуляторы просты в обслуживании благодаря отсутствию эффекта памяти. Это означает, что нет необходимости жестко регламентировать режим зарядки с целью избежать обратимой потери емкости источника питания.

Однако литий-ионные батареи имеют ряд недостатков, главный из которых – низкий уровень безопасности. При разработке АКБ нового типа на основе лития обычный жидкий электролит заменили полимерной пленкой толщиной 1 мм, пропитанной гелеобразным литий-проводящим электролитом. Пленочный элемент не мешает обмену заряженными частицами, и при этом не проводит электрический ток. Это позволило избавиться от сепаратора (пористой перегородки между электродами), за счет чего значительно уменьшились габариты и вес аккумулятора.

За счет использования гелеобразного электролита повышена безопасность – Li-pol аккумуляторы не воспламеняются. Применение пленочных элементов также дало возможность создавать легкие и компактные АКБ разнообразных форм и размеров. Это в первую очередь оценили производители портативной техники и электроники.

Однако литий-полимерные батареи обладают невысокой электропроводностью. Увеличить ее можно путем нагрева, но перегрев АКБ опасен, поэтому в таких случаях должна присутствовать система охлаждения. Еще один недостаток li-pol аккумуляторов – высокий уровень сопротивления. Это усложняет получение тока требуемой величины.

Li-polymer или li-ion: что лучше

При выборе между литий-ионной и литий-полимерной АКБ принимают во внимание специфику использования (назначение устройства, требующего электропитания), соотношение емкости и веса, уровень безопасности, температурный режим эксплуатации. Также учитывается стоимость источника тока.

Литий-ионная батарея состоит из следующих элементов:

• медный анод с графитовым покрытием;
• катодная основа из алюминиевой фольги с покрытием из оксида лития;
• пористый сепаратор, разделяющий электроды (пропитан электролитом);
• жидкий электролит (органическая соль лития).

При зарядке аккумулятора положительные электроны из оксида лития перемещаются через источник питания и накапливаются в слоях графита. Одновременно происходит перемещение положительно заряженных ионов лития, которые проходят через электролит и также накапливаются в графите. Батарея оказывается заряженной. Если к ней подключить нагрузку, начнется обратный процесс. Ионы вернутся на место через электролит, а электроны – через подключенное устройство, обеспечивая электропитание.

Литий-ионная батарея нередко оснащается электронным контроллером для регулировки мощности и потока разряда. Это значительно снижает риск перегрева и взрыва батареи, но удорожает изделие.

Усовершенствованный литий-полимерный аккумулятор работает по тому же принципу, что и литий-ионная батарея. Разница заключается в замене сепаратора с жидким электролитом на тонкие полимерные пластинки с электролитом в виде геля. В результате батарея стала гибкой. Вместо жесткого внешнего корпуса обычно используется полимерно-алюминиевая оболочка. За счет этого удалось снизить вес батареи на 20% и производить источники питания практически любой формы.

Li-Pol аккумуляторы нуждаются в защите от перегрева и перезаряда. По этой причине в конструкцию батареи включены механизм ограничения тока и стабилизирующая система. Из-за защитных элементов повышается стоимость устройств.

Оба вида АКБ на основе лития имеют свои достоинства и недостатки. Сравнение основных параметров поможет выбрать оптимальный вариант под конкретные потребности.

В список достоинств Li-ion АКБ входит:

1. Небольшой саморазряд – до 6% в первый месяц, затем ниже. В течение месяца защитный контур расходует около 3% заряда.
2. Высокие показатели плотности энергии и разрядных токов.
3. Более высокое напряжении ячеек (3,6 В) в сравнении с элементами на основе NiMH и NiCd.
4. Отсутствие «эффекта памяти».
5. Значительный эксплуатационный ресурс.
6. Компактность и небольшой вес.
7. Отсутствие особых требований по обслуживания (исключая правила подзарядки).

Перечень недостатков литий-ионных аккумуляторов включает:

• необходимость интеграции защитной платы для безопасной эксплуатации АКБ;
• значительное падение емкости при низких температурах – на морозе батарея не может полноценно функционировать;
• относительно высокая цена, если сравнивать с классическими АКБ на основе никеля.

К плюсам Li-polymer аккумуляторов относят:

1. Сочетание небольшого веса и компактности с высокой емкостью.
2. Возможность создавать АКБ произвольных размеров и форм, включая ультратонкие.
3. Высокую скорость подзарядки.
4. Отсутствие «эффекта памяти».
5. Безопасность в эксплуатации и высокую надежность.
6. Невысокие показатели саморазряда – до 5% в месяц.

Литий-полимерные АКБ не лишены и недостатков:

• нуждаются в соблюдении особого режима подзарядки;
• требуют балансировки ячеек;
• чувствительны к низким температурам, перезаряду, глубокому разряду;
• имеют высокую стоимость.

У аккумуляторов на основе лития конечное число полных циклов зарядки – далее они становятся непригодными к использованию. Важно знать, что Li-ion и Li-Pol склонны постепенно стареть – рабочий ресурс батареи плавно снижается, даже если она лежит без использования. Через 2-3 года АКБ может из строя, даже если ей пользовались от случая к случаю.

💡 При покупке гаджета или литиевой батареи к нему обязательно проверяйте дату изготовления АКБ, чтобы не нарваться на устройство, долго лежавшее на складе и потерявшее заметную часть рабочего ресурса.

Li-ion и Li-Pol аккумуляторы также схожи по основным рабочим параметрам, в том числе по температурному диапазону эксплуатации. Использовать оба вида АКБ можно при температуре от -20°С до +60°С. Однако литий-ионный элемент стареет ускоренными темпами, когда работает при пограничных значениях.

• эксплуатируют устройство до тех пор, пока батарея не разрядится;
• заряжают до 100%;
• повторяют цикл 2-3 раза.

💡 Если расконсервацию не выполнить, с каждой последующей зарядкой у батареи будет снижаться емкость и сокращаться срок службы.

Раскачка деактивирует химические вещества, введенные для консервации электролита. При дальнейшей эксплуатации не рекомендуется постоянно разряжать и заряжать АКБ до предела, это сокращает ее рабочий ресурс. Пограничные состояния, когда ионы лития максимально внедрены в кристаллическую решетку анода или катода, вредны батарее. Срок службы сокращается, даже если она непродолжительное время находится в 100% заряженном или разряженном состоянии.

Правила эксплуатации литий-полимерных аккумуляторов

Li-Pol АКБ прослужит долго, если соблюдать ряд простых правил. Важно понимать, что несоблюдение рекомендаций может причинить непоправимый вред батарее.

• Защищайте литий-полимерный элемент питания от перегрева, переохлаждения, перепадов температур. При сильном нагреве батарея может воспламениться, при низких температурах замедляются химические реакции и АКБ перестает работать. Чтобы пользоваться телефоном зимой на улице, держите его во внутреннем кармане одежды. При совершении звонка он не успеет остыть даже в мороз.

• Сохраняйте баланс энергии — поддерживайте заряд литий-полимерного аккумулятора в диапазоне 10-90%. Емкость АКБ при этом немного теряется (емкостью называют количество запасенной энергии), но зато вы получает выигрыш в виде максимально продленного срока службы батареи.

💡 Новые модели планшетов и смартфонов оснащены контроллером, который помогает поддерживать баланс энергии в батарее. Он не допускает разрядку до нуля и прерывает зарядку до достижения 100%.

• Раз в 3-6 месяцев полезно проводить калибровку – разрядите батарею до самоотключения устройства, а затем зарядите до 100%. В отличие от никелевых батарей, литий-полимерные не имеют эффекта памяти и не нуждаются в тренировке зарядом-разрядом.

• В обычном режиме эксплуатации гаджета не допускайте его отключения – ставьте на подзарядку, увидев предупреждающий сигнал. Самоотключение в полностью разряженном состоянии сокращает емкость и работоспособность батареи.

• Проводите подзарядку при каждом удобном случае, даже если АКБ заряжена до 60-70%. Но внимательно следите за уровнем заряда при коротких подпитках, он не должен дойти до 100%.

• Идеальный диапазон заряда Li-Pol батареи составляет 30-80%. Если его постоянно поддерживать, аккумулятор будет максимально защищен от износа и прослужит предельно долго.

• Не оставляйте заряженный АКБ включенным в розетку. Встроенный контроллер защищает батарею от перезарядки, но не спасает от перегрева – при контакте с током химические реакции в электролите продолжаются. Это оборачивается резким сокращением срока службы элемента питания и даже может привести к взрыву.

💡 Если литий-полимерную батарею оставить включенной в розетку, даже исправный контроллер может не спасти от перезарядки. Аккумулятор нагревается, и вместе с ростом температуры повышается уровень заряда. Это сокращает рабочий ресурс батареи.

• Используйте только оригинальное зарядное устройство, которое входит в комплект поставки гаджета. Такой блок питания откалиброван под особенности АКБ данной модели и обеспечивает оптимальный режим зарядки. Если «родное» ЗУ вышло из строя, его следует заменить зарядным устройством, сертифицированным производителем.

• Перед длительным хранением гаджета зарядите батарею до 50-60%. Устройство следует отключить. При включении заряд окажется ниже – в неактивном состоянии Li-Pol аккумулятор продолжает работать и стареть.

• Не заряжайте гаджет, если АКБ нагрелся при активной работе устройства. Контакт с током повысит температуру батареи, что легко может привести к взрыву или возгоранию.

• Старайтесь снизить нагрузку на устройство, если эксплуатируете его во время зарядки. К примеру, можно отключить Bluetooth, GPS, соединение с интернетом, ограничить прием смс и звонков. В идеале на зарядку надо ставить выключенный гаджет.

• АКБ следует беречь от механических повреждений, ударов, контактов с металлическими предметами.

Зарядное устройство для литий полимерных аккумуляторов

Для зарядки LiPo аккумуляторов используются специальные зарядные устройства, универсальные ЗУ для этой задачи не подходят. Это связано с тем, что процесс зарядки имеет две фазы:

1. На первой стадии растет напряжение на всех банках батареи, пока не достигнет 4,2 В. К этому моменту АКБ успевает зарядиться на 95%.
2. На второй стадии ток снижается, чтобы избежать перезарядки. Кроме того, при напряжении свыше 4,25 В появляется риск самовозгорания батареи.

Важно, чтобы банки разряжались и разряжались равномерно. Напряжение на каждой из банок не должно падать ниже 3 В (это случается при полной разрядке батареи). В противном случае АКБ может вздуться, необратимо потеряв около 50% емкости.

Для щадящей подпитки АКБ с контролем уровня напряжения каждой банки подходит зарядное устройство со встроенным балансиром. Альтернативой служит использование отдельного балансира при подключении ЗУ к сети.

Хранение и утилизация

Соблюдение правил хранения расконсервированного («раскачанного») литий-полимерного аккумулятора снизит темпы его старения. Рекомендуется:

• хранить батарею отдельно от устройства в сухом помещении, при комнатной температуре, вне досягаемости прямых солнечных лучей, вдали от источников тепла;
• зарядить батарею перед хранением до 40-60%;
• после длительного хранения осмотреть батарею – вздутые и поврежденные элементы использовать нельзя.

Полимерные АКБ не содержат вещества, способные нанести вред окружающей среде. Но компоненты батареи устойчивы к биологическому разложению, поэтому вышедшие из строя аккумуляторы положено сдавать на утилизацию в соответствующие организации.

Заключение

Достоинства Li-Pol АКБ вполне компенсируют некоторые недостатки. Если соблюдать рекомендации, использовать «родное» ЗУ и всегда иметь под рукой розетку, пауэр-банк, автомобиль с прикуривателем или другой источник тока для кратковременных подзарядок, батарея прослужит верой и правдой весь эксплуатационный срок, обозначенный производителем.

Источник

Литий-полимерный аккумулятор – плюсы и минусы

Статья обновлена: 2020-12-17

Статья обновлена: 26.11.2020

Литий-полимерные аккумуляторы – это современные элементы питания с отличными эксплуатационными характеристиками. Они стали новой ступенью развития литий-ионной технологии. Аккумуляторы типа Li-Polymer применяются в смартфонах, планшетах, электронных книгах, квадрокоптерах, моделях на радиоуправлении, портативных электроинструментах и другой технике.

Использование полимерного электролита повышает безопасность использования аккумуляторов, предоставляет свободу форм и размеров, в т. ч. позволяет получать сверхтонкие модели.

Изначально Li-Pol элементы питания уступали Li-ion аналогам по ионной проводимости и диапазону допустимых температур. Но модели обоих типов, используемые в современной технике и электронике, по рабочим характеристикам практически идентичны.

Особенности Li-Pol технологии

Главное отличие Li-Pol моделей от Li-ion аналогов состоит в типе применяемого электролита. При производстве накопителей энергии категории Li-ion катод и анод разделяют пористым сепаратором. В его порах содержится жидкий электролит. У элементов питания категории Li-Pol роль электролита выполняет полимер с токопроводящими добавками.

Основой для производства Li-Polymer аккумуляторов стали полимеры, которые при внедрении в их структуру ионов электролита переходят в полупроводниковое состояние с многократным возрастанием проводимости.

Ученым удалось создать несколько групп Li-Po аккумуляторов с разным составом электролита:

1. С сухим полимером – такие модели производятся с применением полиэтиленоксида и солей лития.
2. С мелкопористой полимерной матрицей – в нее внедряются неводные растворы солей лития.
3. С гомогенным электролитом в форме геля – создаются путем встраивания в полимерную структуру солей лития.

Характерным отличием Li-Polymer батарей является гибкая форма и мягкая оболочка вместо жесткого корпуса. Эта особенность обеспечивает элементам питания более легкий вес – на 20% по сравнению с Li-ion аналогами.

Принцип работы

По принципу работы Li-Po и Li-ion аккумуляторы идентичны. Заряд переносят ионы лития, которые перемещаются от катода к аноду и обратно, внедряясь в молекулярную структуру материалов. При зарядке элементов питания ионы Li + переходят от катода к аноду, а при разрядке – в обратном направлении. Проводящей средой для ионов Li+ служит полимер с включенными в его состав добавками из солей лития. Напряжение Li-Po ячеек в разряженном состоянии составляет от 2,7 до 3 В, а в заряженном – достигает 4,2 В.

Плюсы и минусы литий-полимерных батарей

Экспериментируя с используемыми материалами катода, анода и электролита, ученые добились повышения плотности тока и увеличения температурного диапазона Li-Po ячеек. У разных брендов технологии изготовления Li-Pol аккумуляторов. Поэтому и характеристики элементов питания отличаются. Но в целом плюсами литий-полимерных аккумуляторов являются:

• стойкость к токовым перегрузкам, сжатию, вибрациям и другим воздействиям;
• компактность;
• легкий удельный вес;
• низкое внутреннее сопротивление;
• разнообразие форм и толщин – вплоть до 1 мм;
• высокая удельная энергоемкость;
• малый саморазряд;
• невыраженный эффект памяти;
• стабильность напряжения в процессе разряда;
• напряжение 3,7 В на ячейку;
• высокий уровень безопасности;
• диапазон рабочих температур от -20 до +40 °С;
• ресурс от 500 циклов и выше.

Минусами литиево-полимерных аккумуляторов считается их относительно высокая цена, временное снижение емкости на морозе и подверженность естественной деградации – старению. Как и все элементы питания на основе лития, Li-Polymer модели постепенно теряют свою емкость – около 20% за 2 года активной работы.

Типы Li-Po батарей

В зависимости от допустимых разрядных токов Li-Po батареи делятся на 2 группы:

1. Обычные – с разрядными токами до 3–5С. Такие устройства применяются в смартфонах, планшетах, других видах электроники и бытовой технике.
2. Быстроразрядные или силовые (обозначение Hi discharge, HC или HD в маркировке) – устройства с допустимым током разряда до 8–10С. Они применяются в радиоуправляемых моделях, портативном электроинструменте, электромобилях и других устройствах, которым нужны большие разрядные токи.

Правила эксплуатации

Чтобы продлить срок службы Li-Poly батареи, нужно четко соблюдать рекомендации по ее эксплуатации. Прежде всего, необходимо использовать надежное зарядное устройство с подходящими параметрами. На универсальном ЗУ важно корректно выставлять настройки – напряжение 4,2 В на элемент и ток до 1С. Для силовых моделей допустим зарядный ток до 5С. Также для сохранения работоспособности Li-Po батареи важно:

• не допускать перезаряда – выше 4,2 В на элемент;
• избегать короткого замыкания;
• не допускать перегрева выше 60 °С, в т. ч. при заряде или разряде высокими токами;
• не оставлять элементы питания под воздействием прямых солнечных лучей, возле отопительных приборов или открытых источников огня;
• не нарушать герметичность оболочки;
• не разряжать ниже 3 В на элемент;
• не подвергать ударам, прокалыванию и другим механическим воздействиям;
• не хранить в разряженном состоянии;
• заряжать, не дожидаясь полной разрядки;
• после использования на морозе – выдерживать пару часов при комнатной температуре, а затем заряжать;
• хранить в полузаряженном состоянии в прохладном сухом месте, в стороне от тепловых приборов.

При нарушении правил эксплуатации элементы питания быстро теряют емкость. При перегреве до 70 °С происходит самопроизвольная реакция, преобразующая энергию в тепло. В результате аккумулятор может воспламениться. Но при соблюдении правил использования Lo-Po элементы они абсолютно безопасны, эффективно справляются со своими задачами и радуют долгим сроком службы.

Какую батарею выбрать: Li-Pol или Li-ion?

Из-за отсутствия жидкого электролита Li-Po батареи считаются более безопасными в использовании. В отличие от Li-ion элементов, они не привязаны к стандартным типоразмерам, бывают очень тонкими – от 1–2 мм, выполняются в мягкой оболочке и имеют более легкий вес. В остальном Li-Pol и Li-ion батареи практически идентичны.

Поэтому выбор зависит преимущественно от требований к весу и толщине аккумулятора. Если нужен сверхтонкий и легкий источник питания, преимущество отдается полимерным моделям. В остальных случаях обычно используются Li-ion батареи.

Источник

Плюсы и минусы литий-полимерных аккумуляторов

В современном мире постоянно разрабатываются и внедряются новые технологии во все сферы жизнедеятельности. На замену старым видам аккумуляторных батарей приходят новые. Одним из нововведений является литий-полимерные аккумуляторы. Они имеют большую ёмкость, и для эффективной работы достаточно 2-3 элемента (один выдаёт 3.6-3.7 V). Как их правильно эксплуатировать? В чём отличие литий-полимерного от ионного? Какие минусы и плюсы таких АКБ?

Отличие от ионного

Различают несколько типов аккумуляторов литиевого типа, но чем они различаются? Литий-полимерный отличается от литий-ионного аккумулятора только полимерным материалом, служащим в качестве электролита. Li-Pol — улучшенная версия ионного.

В современном мире батареи такого типа применяются в ноутбуках, смартфонах, пусковых автомобильных устройствах (12 Вольт), и в другой технике. Замена элемента на полимерный позволило повысить безопасность АКБ, при использовании в коммерческих целях, а также позволило разнообразить формы самой батареи, что позволяет подобрать аккумулятор для любых целей.

Эксплуатация, заряд и особенности у этих двух видов схожи, но т.к. полимерные обеспечивают более высокие разрядные токи – они занимают лидирующее место на рынке.

Как устроены

В основу батарей Li-Pol лег процесс перехода части полимеров в состояние полупроводников. Благодаря этому, проводимость становится намного лучше.

Раньше была проблема с эксплуатацией литий-полимерных АКБ в низких температурах – поэтому они проигрывали Li-Ion. Но на сегодняшний день проблема решена, и можно с уверенностью заявить — за Li-Pol будущее.

Важную роль играют и материалы, из которых собраны батареи – они влияют на качества и стабильность работы.

Нельзя не отметить, что литий-полимерные аккумуляторы выпускаются иногда очень тонкими (1-2мм). Это позволяет производителям техники делать свою продукцию компактной, и удобной для пользователей.

Применение и характеристики

В первую очередь нужно отметить ёмкость Li-Pol батарей – она в несколько раз выше, чем у щёлочных, а количество рабочих циклов составляет около 600. Это значение постоянно увеличивается, и аккумуляторы совершенствуются.

Как и все АКБ, литий-полимерные подвержены старению – спустя два года активного использования они теряют около 20% своей ёмкости.

Среди основных видов можно выделить 2:

• Быстроразрядный – применяются в устройствах, где нужен быстрый разряд с максимальной отдачей (радиоуправляемые модели один из примеров).
• Обычные – предназначены для смартфонов, планшетов и других видов электротехники.

Использование

При эксплуатации следует выделить 2 главных момента, которые необходимо соблюдать.

Нужно правильно заряжать Li-Pol аккумулятор, чтобы он прослужил долгое время, не потеряв ёмкости. Происходить зарядка должна при постоянном напряжении около 4.2V. Можно выделить 2 основных типа зарядок: универсальная и предназначенная для одного вида аккумуляторов. Какой лучше заряжать?

Отвечая на этот вопрос нужно сказать, что универсальная стоит дороже, но она выводит всю информацию на дисплей, и позволяет максимально упростить процесс зарядки. Более дешёвые аналоги с возможностью заряжать только один тип, можно отнести, к более практичным – но все действия приходится делать вручную. А самой главной проблемой является то, что отслеживать заряд придётся самостоятельно, что не всегда удобно.

Правильно заряжать литий-полимерный аккумулятор — ещё не все требования, которые необходимо соблюдать. Существует целый ряд особенностей, которые нужно соблюдать при использовании Li-Pol аккумулятора:

Важно: при несоблюдении вышеуказанных правил, возможен не только выход батареи из строя, но и пожар, или потеря ёмкости батареи.

Не нужно сажать батарею «в ноль». Если для новой батареи это безвредно, то на батарее, которая уже служит некоторое время, это может привести к падению напряжения менее 3 V, и выходу аккумулятора из строя.

Если ёмкости различаются между собой более, чем на 15-20% — заряжать их нужно, используя специальные рекомендации.

Если не следить за перегревом батареи – она может вздуться, и прийти в негодность.

При использовании в условиях мороза батарею лучше всего держать в тепле, до момента, пока она будет вставлена в устройство. Это поможет повысить эффективность и продолжительность работы.

Положительные стороны

Среди плюсов литий-полимерных батарей можно отметить:

Отрицательные стороны

К минусам относят:

• При эксплуатации на морозе эффективность может снизиться;
• Дорогая стоимость на рынке.

Производители

Лучшие литий-полимерные аккумуляторы определить тяжело – многие производители делают качественные аккумуляторные батареи. Среди популярных и лучших производителей можно выделить фирмы Kokam, Thunder Power, Tanic, Platinum Polimer и многие другие.

На Американском рынке аккумуляторов, Li-Pol батареи стоят дешевле – обусловлено это большим количеством выбора. Но скорость технического прогресса быстрее, чем снижение цен на Li-Pol. Но снижение цен есть, и возможно в скором будущем, стоимость АКБ такого типа будут намного дешевле, чем сейчас.

Итог можно подвести следующий: литий-ионные аккумуляторы заслужили право использования во многих отраслях современной жизни. А дальнейшее развитие электрохимии принесёт ещё множество разновидностей и улучшений, которые позволят сделать жизнь человека ещё проще и удобнее.

Источник

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы

Инженерная мысль непрерывно развивается: ее стимулируют постоянно возникающие проблемы, требующие для своего решения разработки новых технологий. В свое время на смену никель-кадмиевым (NiCd) аккумуляторам пришли никель-металлгидридные (NiMH), а сейчас место литий-ионных (Li-ion) пытаются занять литий-полимерные (Li-pol) аккумуляторы. NiMH аккумуляторы в какой-то степени потеснили NiCd, но в силу таких неоспоримых достоинств последних, как способность отдавать большой ток, низкая стоимость и длительный срок службы, не смогли обеспечить их полноценной замены. А вот как обстоит дело с литиевыми аккумуляторами? Каковы их особенности и чем отличаются Li-pol аккумуляторы от Li-ion? Попробуем разобраться в этом вопросе.

Как правило, все мы при покупке мобильника или портативного компьютера не задумываемся о том, какой аккумулятор у них внутри и чем вообще различаются эти устройства. И только потом, столкнувшись на практике с потребительскими качествами тех или иных аккумуляторов, начинаем анализировать и выбирать. Тем, кто спешит и желает сразу получить ответ на вопрос, какой аккумулятор является оптимальным для сотового телефона, я отвечу коротко — Li-ion. Дальнейшая информация предназначена для любознательных.

Для начала небольшой экскурс в историю.

Первые эксперименты по созданию литиевых батарей начались в 1912 году, но только спустя шесть десятилетий, в начале 70-х годов, они впервые были внедрены в бытовые устройства. Причем, подчеркну, это были именно батареи. Последовавшие вслед за этим попытки разработать литиевые аккумуляторы (перезаряжающиеся батареи) оказались неудачными из-за проблем, связанных с обеспечением безопасности их эксплуатации. Литий, самый легкий из всех металлов, имеет наибольший электрохимический потенциал и обеспечивает самую большую плотность энергии. Аккумуляторы, использующие литиевые металлические электроды, характеризуются и высоким напряжением, и превосходной емкостью. Но в результате многочисленных исследований в 80-х годах было выяснено, что циклическая работа (заряд — разряд) литиевых аккумуляторов приводит к изменениям на литиевом электроде, в результате которых уменьшается тепловая стабильность и появляется угроза выхода теплового состояния из-под контроля. Когда это происходит, температура элемента быстро приближается к точке плавления лития — и начинается бурная реакция с воспламенением выделяющихся газов. Так, например, большое количество литиевых аккумуляторов для мобильных телефонов, поставленных в Японию в 1991 году, было отозвано после нескольких случаев их воспламенения.

Из-за свойственной литию неустойчивости исследователи обратили свой взор в сторону неметаллических литиевых аккумуляторов на основе ионов лития. Немного проиграв при этом в плотности энергии и приняв некоторые меры предосторожности при заряде и разряде, они получили более безопасные так называемые Li-ion аккумуляторы.

Плотность энергии Li-ion аккумуляторов обычно вдвое превышает плотность стандартных NiCd [1], а в перспективе, благодаря применению новых активных материалов, предполагается еще больше увеличить ее и достигнуть трехкратного превосходства над NiCd. В дополнение к большой емкости Li-ion аккумулятор при разряде ведет себя аналогично NiCd (форма их разрядных характеристик подобна и отличается лишь напряжением).

На сегодняшний момент существует множество разновидностей Li-ion аккумуляторов, причем можно долго говорить о преимуществах и недостатках того или иного типа, но отличить их по внешнему виду невозможно. Поэтому отметим только те достоинства и недостатки, которые свойственны всем типам этих устройств, и рассмотрим причины, вызвавшие появление на свет литий-полимерных аккумуляторов.

• Высокая плотность энергии и как следствие большая емкость при тех же самых габаритах по сравнению с аккумуляторами на основе никеля.
• Низкий саморазряд.
• Высокое напряжение единичного элемента (3.6 В против 1.2 В у NiCd и NiMH), что упрощает конструкцию — зачастую аккумулятор состоит только из одного элемента. Многие производители сегодня применяют в сотовых телефонов именно такой одноэлементный аккумулятор (вспомните Nokia). Однако, чтобы обеспечить ту же самую мощность, необходимо отдать более высокий ток. А это требует обеспечения низкого внутреннего сопротивления элемента.
• Низкая стоимость обслуживания (эксплуатационных расходов) — результат отсутствия эффекта памяти, требующего периодических циклов разряда для восстановления емкости.

• Для аккумулятора требуется встроенная схема защиты (что ведет к дополнительному повышению его стоимости), которая ограничивает максимальное напряжение на каждом элементе аккумулятора во время заряда и предохраняет напряжение элемента от слишком низкого понижения при разряде. Кроме того, она ограничивает максимальные токи заряда, разряда и контролирует температуру элемента. В результате возможность металлизации лития практически исключена.
• Аккумулятор подвержен старению, даже если не используется и просто лежит на полке. Процесс старения характерен для большинства Li-ion аккумуляторов. По вполне очевидным причинам производители об этой проблеме умалчивают. Незначительное уменьшение емкости становится заметным уже через год вне зависимости от того, находился аккумулятор в эксплуатации или нет. Через два или три года он часто становится непригодным к использованию. Впрочем, аккумуляторы других электрохимических систем также имеют возрастные изменения с ухудшением своих параметров (это особенно справедливо для NiMH, подверженных воздействию высокой температуры окружающей среды). Для уменьшения процесса старения храните заряженный примерно до 40% от номинальной емкости аккумулятор в прохладном месте отдельно от телефона.
• Более высокая стоимость по сравнению с NiCd аккумуляторами.
• Затруднено быстрое тестирование [1] аккумуляторов (например, на анализаторе Cadex C7xxx), поскольку технология их изготовления до конца еще не отработана и постоянно меняется.

Технология изготовления Li-ion аккумуляторов постоянно улучшается. Она обновляется приблизительно каждые шесть месяцев, и понять, как «ведут себя» новые аккумуляторы после длительного хранения, трудно.

Словом, всем был бы Li-ion аккумулятор хорош, если бы не проблемы с обеспечением безопасности его эксплуатации и высокая стоимость. Попытки решения этих проблем и привели к появлению литий-полимерных (Li-pol или Li-polymer) аккумуляторов.

Основное их отличие от Li-ion отражено в названии и заключается в типе используемого электролита. Первоначально, в 70-х годах, применялся сухой твердый полимерный электролит, похожий на пластиковую пленку и не проводящий электрический ток, но допускающий обмен ионами (электрически заряженными атомами или группами атомов). Полимерный электролит фактически заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом.

Такая конструкция упрощает процесс производства, характеризуется большей безопасностью и позволяет выпускать тонкие аккумуляторы произвольной формы. К тому же отсутствие жидкого или гелевого электролита исключает возможность воспламенения. Толщина элемента составляет около одного миллиметра, так что разработчики оборудования свободны в выборе формы, очертаний и размеров, вплоть до внедрения его во фрагменты одежды.

Но пока, к сожалению, сухие Li-polymer аккумуляторы обладают недостаточной электропроводностью при комнатной температуре. Внутреннее сопротивление их слишком высоко и не может обеспечить величину тока, необходимую для современных средств связи и электропитания жестких дисков переносных компьютеров. В то же время при нагревании до 60 °C и более электропроводность Li-polymer увеличивается до приемлемого уровня, однако для массового использования это не годится.

Исследователи продолжают разработку Li-polymer аккумуляторов с сухим твердым электролитом, работающим при комнатной температуре. Подобные аккумуляторы, как ожидается, станут коммерчески доступными к 2005 году. Они будут стабильными, допускать 1000 полных циклов заряда-разряда и иметь более высокую плотность энергии, чем сегодняшние Li-ion аккумуляторы

Тем временем некоторые виды Li-polymer аккумуляторов в настоящее время используются в качестве резервных источников питания в жарком климате. Например, часть производителей специально устанавливает нагревающие элементы, поддерживающие благоприятную для аккумулятора температуру.

Вы спросите: как же так? На рынке вовсю продают Li-polymer аккумуляторы, изготовители комплектуют ими телефоны и компьютеры, а мы тут говорим, что для коммерческой эксплуатации они пока не готовы. Все очень просто. В данном случае речь идет об аккумуляторах не с сухим твердым электролитом. Для того чтобы повысить электропроводность небольших Li-polymer аккумуляторов, в них добавляют некоторое количество гелеобразного электролита. И большинство Li-polymer аккумуляторов, используемых сегодня для мобильных телефонов, фактически являются гибридами, поскольку содержат гелеобразный электролит. Правильнее было бы их называть литий-ионными полимерными. Но большинство изготовителей в рекламных целях маркируют их просто как Li-polymer. Остановимся подробнее на этом типе литий-полимерных аккумуляторов, поскольку на данный момент именно они представляют наибольший интерес.

Итак, в чем различие между Li-ion и Li-polymer аккумулятором с добавкой гелеобразного электролита? Хотя характеристики и эффективность обеих систем во многом сходны, уникальность Li-ion полимерного (можно его и так назвать) аккумулятора заключается в том, что в нем все же используется твердый электролит, заменяющий пористый сепаратор. Гелевый электролит добавляется только для увеличения ионной электропроводности.

Технические трудности и задержка в наращивании объемов производства задержали внедрение Li-ion полимерных аккумуляторов. Это вызвано, по мнению некоторых экспертов, желанием инвесторов, вложивших большие деньги в разработку и массовое производство Li-ion аккумуляторов, получить свои инвестиции обратно. Поэтому они и не спешат переходить на новые технологии, хотя при массовом производстве Li-ion полимерные аккумуляторы будут дешевле литий-ионных.

А теперь об особенностях эксплуатации Li-ion и Li-polymer аккумуляторов.

Их основные характеристики очень похожи. О заряде Li-ion аккумуляторов достаточно подробно рассказано в статье [2]. В добавление приведу лишь график (Рис.1) из [3], иллюстрирующий стадии заряда, и небольшие пояснения к нему.

Время заряда всех Li-ion аккумуляторов при начальном зарядном токе в 1С (численно равном номинальному значению емкости аккумулятора) составляет в среднем 3 часа. Полный заряд достигается при напряжении на аккумуляторе, равном верхнему порогу, и при уменьшении тока заряда до уровня, примерно равного 3% от начального значения. Аккумулятор во время заряда остается холодным. Как видно из графика, процесс заряда состоит из двух стадий. На первой (час с небольшим) напряжение растет при почти постоянном начальном токе заряда в 1С до момента первого достижения верхнего порога напряжения. К этому моменту аккумулятор заряжается примерно на 70% от своей емкости. В начале второго этапа напряжение остается почти постоянным, а ток уменьшается до тех пор, пока не достигнет вышеуказанных 3%. После этого заряд полностью прекращается.

Если требуется поддерживать аккумулятор все время в заряженном состоянии, то подзаряд рекомендуется проводить через 500 часов, или 20 дней. Обычно его проводят при уменьшении напряжения на выводах аккумулятор до 4.05 В и прекращают при достижении 4.2 В

Несколько слов о температурном диапазоне при заряде. Большинство разновидностей Li-ion аккумуляторов допускают заряд током в 1С при температуре от 5 до 45 °C. При температуре от 0 до 5 °C рекомендуется заряжать током в 0.1 С. Заряд при минусовой температуре запрещен. Для заряда оптимальна температура от 15 до 25 °C.

Зарядные процессы в Li-polymer аккумуляторах почти идентичны вышеописанным, поэтому потребителю совершенно ни к чему знать, какой их двух типов аккумуляторов у него в руках. И все те зарядные устройства, которые он использовал для Li-ion аккумуляторов, годятся для Li-polymer.

А теперь об условиях разряда. Обычно Li-ion аккумуляторы разряжают до значения 3.0 В на элемент, хотя для некоторых разновидностей нижний порог составляет 2.5 В. Производители оборудования с питанием от аккумуляторов, как правило, разрабатывают устройства с порогом выключения 3.0 В (на все случаи жизни). Что это означает? Напряжение на аккумуляторе при включенном телефоне постепенно уменьшается, и как только оно достигнет 3.0 В, аппарат предупредит вас и выключится. Однако это совсем не означает, что он перестал потреблять энергию от аккумулятора. Энергия, пусть незначительная, требуется для определения нажатия клавиши включения телефона и некоторых других функций. Кроме того, энергию потребляет собственная внутренняя схема управления и защиты, да и саморазряд, хоть и небольшой, но все же характерен даже для аккумуляторов на основе лития. В результате, если оставить литиевые аккумуляторы на длительный срок без подзарядки, напряжение на них упадет ниже 2.5 В, что очень плохо. В этом случае возможно отключение внутренней схемы управления и защиты, и не все зарядные устройства смогут зарядить такие аккумуляторы. Кроме того, глубокий разряд отрицательно сказывается на внутренней структуре самого аккумулятора. Полностью разряженный аккумулятор должен заряжаться на первом этапе током всего в 0.1C. Словом, аккумуляторы скорее любят находиться в заряженном состоянии, чем в разряженном.

Несколько слов о температурных условиях при разряде (читай во время работы).

Как правило, Li-ion аккумуляторы лучше всего функционируют при комнатной температуре. Работа в более теплых условиях серьезно сокращает срок их службы. Хотя, например, свинцово-кислотный аккумулятор имеет самую высокую емкость при температуре более 30 °C, но длительная эксплуатация в таких условиях сокращает жизнь аккумулятора. Точно так же и Li-ion лучше работают при высокой температуре, которая поначалу противодействует увеличению внутреннего сопротивления аккумулятора, являющемуся результатом старения. Но повышенная энергоотдача коротка, поскольку повышение температуры, в свою очередь, способствует ускоренному старению, сопровождаемому дальнейшим увеличением внутреннего сопротивления.

Исключение составляют на данный момент только литий-полимерные аккумуляторы с сухим твердым полимерным электролитом. Для них жизненно необходима температура от 60 °C до 100 °C. И такие аккумуляторы заняли свою нишу на рынке резервных источников в местах с жарким климатом. Они помещаются в теплоизолированный корпус со встроенными элементами нагревания, питающимися от внешней сети. Li-ion полимерные аккумуляторы в качестве резервных, как считают, превосходят по емкости и долговечности VRLA аккумуляторы, особенно в полевых условиях, когда управление температурой невозможно. Но их высокая цена остается сдерживающим фактором.

При низких температурах эффективность аккумуляторов всех электрохимических систем резко падает. В то время как для NiMH, SLA и Li-ion аккумуляторов температура -20 °C является пределом, при котором они прекращают функционировать, NiCd продолжают работать до -40 °C. Отмечу только, что речь опять же идет только об аккумуляторах широкого применения.

Важно не забывать, что, хотя аккумулятор и может работать при низких температурах, это совсем не означает, что он может быть также заряжен в этих условиях. Восприимчивость к заряду у большинства аккумуляторов при очень низких температурах чрезвычайно ограничена, и ток заряда в этих случаях должен быть уменьшен до 0.1C.

В заключение хочу отметить, что задать вопросы и обсудить проблемы, связанные с Li-ion, Li-polymer, а также другими типами аккумуляторов, можно на форуме [4] в подфоруме по аксессуарам.

При написании статьи использованы материалы [3], любезно предоставленные г-ном Isidor Buchmann, основателем и главой канадской компании Cadex Electronics Inc. [5].

Более подробная информация на русском языке об аккумуляторах для мобильной техники связи, компьютеров и других портативных приборов, советы по эксплуатации и обслуживанию приведены в [6].

Источник