Olověná nebo lithium-iontová baterie? Kdo vyhraje? Provoz, nabíjení, klady a zápory lithiových baterií

Po dlouhou dobu byla kyselinová baterie jediným zařízením schopným dodávat elektrický proud autonomním objektům a mechanismům. I přes velký maximální proud a minimální vnitřní odpor měly takové baterie řadu nevýhod, které omezovaly jejich použití v zařízeních spotřebovávajících velké množství elektřiny nebo v uzavřených prostorách. V tomto ohledu lithium-iontové baterie postrádají mnoho negativních vlastností svých předchůdců, i když mají také nevýhody.

Údržba

Co je lithium-iontová baterie

První lithiové baterie se objevily před 50 lety. Takovými produkty byly konvenční baterie, ve kterých byla instalována lithiová anoda pro zvýšení úrovně výkonu. Takové produkty měly velmi vysoké výkonové charakteristiky, ale jednou z nejvážnějších nevýhod byla vysoká pravděpodobnost vznícení lithia při přehřátí katody. Vzhledem k této vlastnosti vědci nakonec nahradili čistý prvek kovovými ionty, v důsledku čehož se bezpečnost výrazně zvýšila.

Moderní li-ion baterie jsou velmi spolehlivé a schopné vydržet velké množství cyklů nabití a vybití. Mají minimální paměťový efekt a relativně nízkou hmotnost. Díky těmto vlastnostem našla lithiová baterie široké uplatnění v mnoha zařízeních. Výrobek lze použít jako baterii, ve formě baterií pro domácí spotřebiče, i jako vysoce účinný trakční zdroj.

K dnešnímu dni mají taková zařízení několik nevýhod:

• vysoká cena;
• nemají rádi hluboké výboje;
• může zemřít při nízkých teplotách;
• při přehřátí ztrácí kapacitu.

Jak probíhá výroba li-ion baterií

Lithium-iontové baterie se vyrábějí v několika fázích:

1. Výroba elektrod.
2. Sloučení elektrod do baterie.
3. Instalace ochranné desky.
4. Instalace baterie do pouzdra.
5. Plnění elektrolytem.
6. Testování a nabíjení.

Ve všech fázích výroby je třeba dodržovat technologická a bezpečnostní opatření, což v konečném důsledku umožňuje získat kvalitní výrobek.

Lithium-iontové baterie používají jako katodu fólii, na jejím povrchu je nanesena látka obsahující lithium.

V závislosti na účelu baterie lze použít následující sloučeniny lithia:

• LiCo02;
• LiNi02;
• LiMn2O4.

Při výrobě válcových zdrojů proudu velikosti AA a AAA je hlavní elektroda stočena do role, která je od anody oddělena separátorem. S velkou plochou katody, jejíž film má minimální tloušťku, je možné dosáhnout vysoké energetické spotřeby výrobku.

Princip činnosti a zařízení li-ion baterie

Lithium-iontová baterie funguje následovně:

1. Když se na kontakty baterie přivede stejnosměrný elektrický proud, kationty lithia se přesunou do materiálu anody.
2. Lithné ionty v procesu vybíjení opouštějí anodu a pronikají do dielektrika do hloubky až 50 nm.

V „životě“ lithium-iontové baterie může nastat až 3000 takových cyklů, přičemž baterie dokáže vydat téměř veškerý elektrický proud naakumulovaný během procesu nabíjení. Hluboké vybíjení nevede k oxidaci desek, což tyto produkty příznivě odlišuje ve srovnání s kyselými bateriemi.

Ne všechny li-ion baterie dobře snášejí hluboké vybití. Pokud je taková baterie nainstalována v telefonu nebo fotoaparátu (typ AAA), pak v případě hlubokého vybití blokuje řídicí deska z bezpečnostních důvodů možnost nabíjení baterie, takže ji nebude možné nabít bez speciální nabíječka. Pokud se jedná o trakční lithiovou baterii pro lodní motor, pak pro ni hluboké vybití nebude vůbec hrozné.

Na rozdíl od prstových baterií se složité baterie skládají z několika samostatných zdrojů elektřiny zapojených paralelně nebo sériově. Způsob připojení závisí na tom, který indikátor elektřiny je třeba zvýšit.

Velikosti a typy li-ion baterií

Lithium-iontové baterie se rozšířily. Takové zdroje elektrického proudu se používají v různých domácích zařízeních, gadgetech a dokonce i v autech. Kromě toho se vyrábí průmyslové lithium-iontové baterie, které mají velkou kapacitu a vysoké napětí. Nejoblíbenější jsou následující typy lithiových baterií:

První dvě číslice takových označení označují průměr výrobku, druhý pár - délku. Poslední "0" je nastaveno, pokud jsou baterie válcové.

Kromě cylindrických baterií průmysl vyrábí baterie typu "" s napětím 9V a výkonné průmyslové baterie s napětím 12V, 24V, 36V a 48V.

V závislosti na prvcích, které jsou k produktu přidány, mohou být na pouzdru baterie následující označení:

• ICR - obsahující kobalt;
• IMR - - - - mangan;
• INR - - - - nikl a mangan;
• NCR - - - - nikl a kobalt.

Lithiové baterie se liší nejen velikostí a chemickými přísadami, ale především kapacitou a napětím. Tyto dva parametry určují možnost jejich použití v určitých typech elektrických spotřebičů.

Kde se používají li-ion baterie

Lithium-iontové baterie nemají žádnou alternativu tam, kde potřebujete baterii schopnou dodávat elektřinu téměř v plném rozsahu a provádět velký počet cyklů nabíjení/vybíjení bez snížení kapacity. Výhodou takových zařízení je jejich relativně nízká hmotnost, protože v takových zařízeních není potřeba používat olověné mřížky.

Vzhledem k vysokému výkonu lze použít tyto produkty:

1. jako startovací baterie. Lithiové baterie pro automobily jsou každým rokem levnější, a to díky novému vývoji, který snižuje výrobní náklady. Bohužel cena takových baterií může být velmi vysoká, takže mnoho majitelů automobilů si takovou baterii nemůže dovolit. Mezi nevýhody lithium-iontových baterií patří výrazný pokles výkonu při teplotách pod minus 20 stupňů, takže provoz takových produktů v severních oblastech bude nepraktický.
2. jako trakční zařízení. Vzhledem k tomu, že lithium-iontové baterie snadno snášejí hluboké vybití, jsou často používány jako trakce pro lodní elektromotory. Pokud není výkon motoru příliš vysoký, stačí jedno nabití na 5-6 hodin nepřetržitého provozu, což je docela dost na rybaření nebo výlet lodí. Trakční lithium-iontové baterie jsou také instalovány na různých nakládacích zařízeních (elektrické zakladače, elektrické vysokozdvižné vozíky) provozovaných ve vnitřních prostorách.
3. V domácích spotřebičích. Lithium-iontové baterie se používají v různých domácích zařízeních místo standardních baterií. Takové produkty mají napětí 3,6V - 3,7V, ale existují modely, které dokážou nahradit klasickou solnou nebo alkalickou baterii s 1,5V. Můžete také najít 3V baterie (15270,), které lze nainstalovat místo 2 standardních baterií.

Takové produkty se používají především ve výkonných zařízeních, ve kterých se klasické solné baterie velmi rychle vybíjejí.

Pravidla pro provoz li-ion baterií

Životnost lithiové baterie je ovlivněna mnoha faktory, jejichž znalost výrazně zvýší zdroj. Při použití tohoto typu baterie musíte:

1. Snažte se baterii zcela nevybít. I přes vysokou odolnost baterie proti takovému nárazu je vhodné z ní nevymáčknout všechnu „šťávu“. Při použití těchto baterií s UPS a vysokovýkonnými elektromotory je třeba věnovat zvláštní pozornost. Pokud je baterie zcela vybitá, je nutné ji okamžitě oživit, to znamená připojit ke speciální nabíječce. Baterii můžete pumpovat i po dlouhém pobytu ve stavu hlubokého vybití, ke kterému je potřeba 12 hodin kvalitně nabíjet a poté baterii vybít.
2. Nepřebíjejte. Přebíjení nepříznivě ovlivňuje výkon produktu. Vestavěný ovladač není vždy schopen vypnout baterii včas, zejména při nabíjení v chladné místnosti.

Kromě přebíjení a nadměrného vybíjení by měla být baterie chráněna před nadměrným mechanickým namáháním, které může způsobit odtlakování pouzdra a požár vnitřních součástí baterie. Z tohoto důvodu platí zákaz zasílání baterií, které obsahují více než 1 g čistého lithia.

Jak skladovat lithium-iontové baterie

Pokud existuje potřeba dlouhodobého skladování lithium-iontových baterií, pak pro minimalizaci negativního dopadu na produkty je třeba dodržovat následující doporučení:

1. Výrobek skladujte pouze na suchém a chladném místě.
2. Baterie musí být vyjmuta z elektrického spotřebiče.
3. Před uskladněním je nutné baterii nabít. Minimální napětí, při kterém se nebudou tvořit vnitřní korozní procesy, je 2,5 voltu na 1 prvek.

Vzhledem k nízkému samovybíjení takových baterií je možné baterii tímto způsobem skladovat několik let, ale během této doby se kapacita článku stejně nevyhnutelně sníží.

Likvidace lithium-iontových baterií

Lithium-iontové baterie obsahují nebezpečné látky a nikdy by se neměly doma rozebírat. Poté, co baterie vyčerpá své zdroje, musí být předána k dalšímu zpracování. Ve specializovaných sběrných místech můžete získat peněžní náhradu za starou lithiovou baterii, protože takové výrobky obsahují drahé prvky, které lze znovu použít.

Lithium-iontové baterie nejsou tak „vybíravé“ jako jejich nikl-metalhydridové protějšky, ale přesto vyžadují určitou péči. držet se pět jednoduchých pravidel, můžete nejen prodloužit životnost lithium-iontových baterií, ale také zvýšit provozní dobu mobilních zařízení bez dobíjení.

Zabraňte úplnému vybití. Lithium-iontové baterie nemají tzv. paměťový efekt, takže je lze a navíc je potřeba nabíjet bez čekání na vybití na nulu. Mnoho výrobců počítá životnost lithium-iontové baterie podle počtu cyklů úplného vybití (až 0 %). Pro vysoce kvalitní baterie 400-600 cyklů. Chcete-li prodloužit životnost lithium-iontové baterie, nabíjejte telefon častěji. Optimálně, jakmile indikátor baterie klesne pod značku 10-20 procent, můžete telefon nabít. Tím se zvýší počet vybíjecích cyklů na 1000-1100 .
Odborníci popisují tento proces takovým indikátorem, jako je Depth Of Discharge. Pokud je váš telefon vybitý na 20 %, pak je hloubka vybití 80 %. Níže uvedená tabulka ukazuje závislost počtu vybíjecích cyklů lithium-iontové baterie na hloubce vybití:

Vybíjení jednou za 3 měsíce. Plné nabití po dlouhou dobu je pro lithium-iontové baterie stejně špatné jako neustálé vybíjení na nulu.
Vzhledem k extrémně nestabilnímu procesu nabíjení (telefon často nabíjíme podle potřeby a tam, kde to funguje, z USB, ze zásuvky, z externí baterie atd.) odborníci doporučují baterii zcela vybít jednou za 3 měsíce a po které se nabijí až na 100 % a vydrží nabíjení 8-12 hodin. To pomáhá resetovat příznaky takzvané vysoké a nízké baterie. Můžete si o tom přečíst více.

Skladujte částečně nabité. Optimální stav pro dlouhodobé skladování lithium-iontové baterie je mezi 30 a 50 procenty nabití při 15 °C. Pokud necháte baterii plně nabitou, její kapacita se časem výrazně sníží. Ale baterie, která dlouhou dobu sbírala prach na polici vybité na nulu, už s největší pravděpodobností není nájemcem - je čas ji poslat k recyklaci.
Níže uvedená tabulka ukazuje, kolik kapacity zbývá v lithium-iontové baterii v závislosti na skladovací teplotě a úrovni nabití při skladování po dobu 1 roku.

Používejte originální nabíječku. Málokdo ví, že ve většině případů je nabíječka zabudována přímo do mobilních zařízení a externí AC adaptér pouze snižuje napětí a usměrňuje proud domácího napájení, to znamená, že nemá přímý vliv na baterii. Některé gadgety, jako jsou digitální fotoaparáty, nemají vestavěnou nabíječku, a proto se jejich lithium-iontové baterie vkládají do externí „nabíječky“. Zde může použití externí nabíječky pochybné kvality místo původní nabíječky negativně ovlivnit výkon baterie.

Vyvarujte se přehřátí. No, nejhorším nepřítelem lithium-iontových baterií je vysoká teplota - vůbec nesnášejí přehřívání. Nevystavujte proto mobilní zařízení přímému slunečnímu záření a nenechávejte je v těsné blízkosti zdrojů tepla, jako jsou elektrická topidla. Maximální povolené teploty, při kterých je možné použití lithium-iontových baterií: -40°C až +50°C

Také můžete vidět

• Překlad

Smrt baterie: všichni jsme to viděli. V telefonech, noteboocích, fotoaparátech a nyní i elektromobilech je tento proces bolestivý a – pokud budete mít štěstí – pomalý. V průběhu let lithium-iontová baterie, která kdysi napájela vaše zařízení hodiny (a dokonce i dny!), pomalu ztrácí schopnost udržet nabití. Nakonec rezignujete, možná budete proklínat Steva Jobse a pak si koupíte novou baterii, nebo dokonce nový gadget.

Ale proč se to děje? Co se stane s baterií, která ji přiměje vydat svůj poslední dech? Krátká odpověď je, že kvůli poškození z dlouhodobého vystavení vysokým teplotám a velkému počtu cyklů nabíjení a vybíjení se pohyb iontů lithia mezi elektrodami nakonec začne narušovat.

Podrobnější odpověď, která nás provede nechtěnými chemickými reakcemi, korozí, hrozbou vysokých teplot a dalšími faktory ovlivňujícími výkon, začíná vysvětlením toho, co se děje v lithium-iontových bateriích, když vše funguje dobře.

Úvod do lithium-iontových baterií

Během nabíjení elektrický proud přesune ionty lithia z katody na anodu. Během vybíjení (jinými slovy při použití baterie) se ionty pohybují zpět směrem ke katodě.

Daniel Abraham, vědec z Argonne National Laboratory, která provádí vědecký výzkum degradace lithium-iontových článků, přirovnal tento proces k vodě v hydroelektrickém systému. Voda pohybující se nahoru vyžaduje energii, ale velmi snadno stéká dolů. Ve skutečnosti dodává kinetickou energii, říká Abraham, podobně i lithium-kobaltový oxid v katodě „se nechce vzdát svého lithia“. Stejně jako voda, která se pohybuje nahoru, je energie potřebná k přesunu atomů lithia ven z oxidu a do anody.

Během nabíjení jsou ionty umístěny mezi listy grafitu, které tvoří anodu. Ale, jak řekl Abraham, "nechtějí tam být, při první příležitosti se vrátí zpět", jak voda teče z kopce. Toto je výboj. Baterie s dlouhou životností vydrží několik tisíc takových cyklů nabití a vybití.

Kdy je vybitá baterie skutečně vybitá?

U mobilních telefonů je naopak vysoký výkon méně důležitý než kapacita nebo množství energie, kterou baterie pojme. Vysokokapacitní baterie vydrží déle na jedno nabití.

V průběhu času se baterie degraduje mnoha způsoby, které mohou ovlivnit kapacitu i výkon, až nakonec prostě nebude moci plnit základní funkce.

Představte si to v jiné analogii s vodou: nabíjení baterie je jako naplnění kbelíku vodou z vodovodu. Objem kbelíku představuje kapacitu baterie, neboli kapacitu. Rychlost, s jakou jej můžete naplnit – otočením kohoutku na plný výkon nebo pramínek – je síla. Ale čas, vysoké teploty, více cyklů a další faktory nakonec vytvoří díru v kbelíku.

V analogii s vědrem voda prosakuje skrz. V baterii jsou ionty lithia odstraněny nebo „připojeny“, říká Abraham. V důsledku toho ztrácejí schopnost pohybovat se mezi elektrodami. Mobilní telefon, který bylo původně potřeba nabíjet jednou za pár dní, je tedy po pár měsících potřeba nabíjet každý den. Pak dvakrát denně. Nakonec se příliš mnoho lithných iontů „naváže“ a baterie neudrží žádné užitečné nabití. Kbelík přestane zadržovat vodu.

Co se zlomí a proč

Problém je v tom, že krystalová struktura se může měnit s každým nabitím a vybitím. Ionty z bytu A se nemusí nutně vrátit domů, ale mohou se přestěhovat do bytu B vedle. Pak iont z bytu B najde své místo obsazené tímto tulákem a bez konfrontace se rozhodne usadit se na chodbě. A tak dále.

Postupně tyto „fázové přechody“ v látce přeměňují katodu na novou krystalovou strukturu krystalu s odlišnými elektrochemickými vlastnostmi. Přesné uspořádání atomů, které zpočátku poskytuje požadovaný výkon, se liší.

Abraham poznamenává, že u hybridních autobaterií, které jsou potřebné pouze k poskytování energie, když vozidlo zrychluje nebo brzdí, dochází k těmto strukturálním změnám mnohem pomaleji než u elektrických vozidel. To je způsobeno tím, že v systému se v každém cyklu pohybuje pouze malá část iontů lithia. Díky tomu se snáze vrátí do původních pozic.

Problém s korozí

Pokud je spojovací materiál zničen, vede to k "odlupování" povrchu sběrače proudu. Pokud kov koroduje, nemůže účinně pohybovat elektrony.

Koroze v baterii může být důsledkem interakce mezi elektrolytem a elektrodami. Grafitová anoda je "light releasing", tzn. snadno „dává“ elektrony elektrolytu. To může vést k nežádoucímu povlaku na povrchu grafitu. Katoda je mezitím vysoce "oxidovatelná", což znamená, že snadno přijímá elektrony z elektrolytu, které v některých případech mohou korodovat hliník kolektoru proudu nebo vytvářet povlak na částech katody, říká Abraham.

příliš mnoho dobrého

Ve skutečnosti je však TEI vysoce nestabilní obránce. Při pokojové teplotě dobře chrání grafit, říká Abraham, ale při vysokých teplotách nebo při vybití baterie na nulu ("hluboké vybití") se EMT může částečně rozpustit v elektrolytu. Při vysokých teplotách mají také elektrolyty tendenci se rozkládat a urychlují se vedlejší reakce.

Když se příznivé podmínky vrátí, vytvoří se další ochranná vrstva, která však sežere část lithia, což vede ke stejným problémům jako u netěsného kbelíku. Budeme muset nabíjet mobil častěji.

Potřebujeme tedy TEI k ochraně grafitové anody a v tomto případě může být opravdu příliš mnoho dobrého. Pokud ochranná vrstva příliš zesílí, stane se bariérou pro ionty lithia, které se musí volně pohybovat tam a zpět. To ovlivňuje výkon, který je podle Abrahama pro elektrická vozidla „extrémně důležitý“.

Budování lepších baterií

Mezitím inženýři ve společnostech vyrábějících baterie a elektromobily pracují na krytech a systémech tepelného managementu ve snaze udržet lithium-iontové baterie v konstantním a zdravém teplotním rozsahu. My, jako spotřebitelé, se musíme vyhýbat extrémním teplotám a hlubokému vybíjení a nadále reptat na baterie, které se vždy zdají příliš rychle vybíjet.

Mezi nejmodernějšími bateriemi zaujímá zvláštní místo lithium. V chemii je lithium nejaktivnějším z kovů.

Má obrovský zdroj energie. 1 kg lithia je schopen uchovat 3860 ampérhodin. Známý zinek je daleko pozadu. Má toto číslo 820 ampérhodin.

Články na bázi lithia mohou generovat napětí až 3,7 V. Ale laboratorní vzorky jsou schopné generovat napětí asi 4,5V.

V moderních lithiových bateriích se čisté lithium nepoužívá.

V současnosti se používají 3 typy lithiových baterií:

Li-ion ( Li-ion). Jmenovité napětí (U no.) - 3,6V;

Lithiový polymer ( LiPo, Li polymer nebo "lipo"). U nom. - 3,7V;

fosforečnan lithný ( Život nebo LFP ). U nom. - 3,3V.

Všechny tyto typy lithiových baterií se liší materiálem katody nebo elektrolytu. Li-ion využívá lithium kobaltátovou katodu LiCoO 2 Li-Po využívá gelový polymerní elektrolyt a Li-Fe používá lithiovou ferofosfátovou katodu LiFePO 4.

Jakákoli lithiová baterie (nebo zařízení, ve kterém pracuje) je vybavena malým elektronickým obvodem - regulátorem nabíjení / vybíjení. Vzhledem k tomu, že baterie na bázi lithia jsou velmi citlivé na přebíjení a hluboké vybíjení, je to nezbytné. Pokud "vyberete" jakoukoli lithiovou baterii z mobilního telefonu, můžete v ní najít malý elektronický obvod - to je ochranný ovladač ( Ochranný IC ).

Pokud v lithiové baterii není vestavěný regulátor (nebo kontrolor nabíjení), pak se taková baterie nazývá nechráněná. V tomto případě je ovladač zabudován do zařízení, které je napájeno takovou baterií a nabíjení je možné pouze ze zařízení nebo ze speciální nabíječky.

Na fotografii je nechráněná Li-Po baterie Turnigy 2200mAh 3C 25C Lipo Pack. Tato baterie se skládá ze 3 článků zapojených do série (3C - 3 články) 3,7V a má tedy balanční konektor. Trvalý vybíjecí proud může dosáhnout 25C, tzn. 25 * 2200 mA = 55 000 mA = 55 A! A krátkodobý vybíjecí proud (10 sec.) - 35C!

Lithiové baterie, což je několik článků zapojených do série, vyžadují složitou nabíječku vybavenou balancerem. Taková funkčnost je implementována například v takových univerzálních nabíječkách jako Turnigy Accucell 6 a IMAX B6.

Balancér je potřebný pro vyrovnání napětí na jednotlivých článcích při nabíjení kompozitní lithiové baterie. Kvůli rozdílům mezi články se některé mohou nabíjet rychleji a jiné pomaleji. Proto se používá speciální nabíjecí proudový bočník.

Jedná se o kabeláž pro balanční a napájecí kabel LiPo baterie na 11,1V.

Jak víte, přebíjení lithiové baterie (zejména Li-Polymer) nad 4,2 V může vést k explozi nebo samovznícení. Proto je během nabíjení nutné kontrolovat napětí na každé buňce kompozitní baterie!

Správné nabíjení lithiových baterií.

Lithiové baterie (Li-ion, Li-Po, Li-Fe) se nabíjejí metodou CC/CV („konstantní proud/konstantní napětí“). Metoda spočívá v tom, že nejprve se při nízkém napětí na prvku nabíjí konstantním proudem o určité hodnotě. Při dosažení napětí na prvku (např. až 4,2V - záleží na typu baterie) na něm regulátor nabíjení udržuje konstantní napětí.

První etapa nabíjení lithiové baterie - CC- realizované prostřednictvím zpětné vazby. Regulátor volí napětí na prvku tak, aby nabíjecí proud byl přísně konstantní.

Během první fáze nabíjení lithiová baterie akumuluje většinu energie (60 - 80 %).

Druhá fáze nabít - životopis- spustí se, když napětí na prvku dosáhne určité prahové úrovně (například 4,2V). Poté regulátor jednoduše udržuje konstantní napětí na prvku a dodává mu proud, který potřebuje. Ke konci nabíjení se proud sníží na hodnotu 30 - 10 mA. Při tomto proudu je prvek považován za nabitý.

Během druhé fáze baterie akumuluje zbývajících 40 - 20 % energie.

Stojí za zmínku, že překročení prahového napětí na lithiové baterii je spojeno s jejím nadměrným přehřátím a dokonce explozí!

Při nabíjení lithiových baterií se doporučuje umístit je do nehořlavého sáčku. To platí zejména pro baterie, které nemají speciální krabici. Například ty, které se používají u rádiem řízených modelů (auto-, letecké modelářství).

Nevýhody lithium-iontových baterií.

Hlavní a nejděsivější nevýhodou lithiových baterií bych je nazval nebezpečí požáru při překročení provozního napětí, přehřátí, nesprávné nabíjení a negramotná obsluha. Zvláště mnoho stížností na lithium-polymerové (Li-Polymer) baterie. Lithium-železo-fosfátové (Li-Fe) baterie však takovou negativní vlastnost nemají – jsou ohnivzdorné.

Také lithiové baterie se velmi bojí chladu - rychle ztrácejí kapacitu a přestávají se nabíjet. To platí pro Li-ion a Li-Po baterie. Lithium Iron Phosphate (Li-Fe) baterie jsou odolnější vůči mrazu. Ve skutečnosti je to jedna z pozitivních vlastností Li-Fe baterií.

Nevýhodou lithiových baterií je, že vyžadují speciální regulátor nabíjení – elektronický obvod. A to v případě kompozitní baterie a balanceru.

Při hlubokém vybití ztrácejí lithiové baterie své původní vlastnosti. Li-ion a Li-Po baterie se obávají především hlubokého vybití. I po obnově bude mít taková baterie nižší kapacitu.

Pokud lithiová baterie „nefunguje“ po dlouhou dobu, nejprve na ní napětí klesne na prahovou úroveň (obvykle 3,2-3,3V). Elektronický obvod zcela vypne článek baterie a poté začne hluboké vybíjení. Pokud napětí na článku klesne na 2,5V, pak to může vést k jeho poruše.

Proto se vyplatí čas od času při dlouhé odstávce dobít baterie notebooků, mobilních telefonů, mp3 přehrávačů.

Typická životnost běžné lithiové baterie je 3 až 5 let. Po 3 letech začíná kapacita baterie poměrně znatelně klesat.

Jaké jsou typy lithiových baterií a jejich konstrukční vlastnosti?

Lithiové baterie na moderním trhu pevně obsadily několik různých míst. Používají se především ve všech druzích spotřební elektroniky, přenosných nástrojích a mobilních zařízeních, domácích spotřebičích atd. Existují dokonce 12voltové lithiové baterie pro automobily. I když se v automobilovém průmyslu ještě nedočkaly široké distribuce. Použití lithiových baterií v různých odvětvích hospodářství vedlo k tomu, že se na trhu objevilo mnoho druhů těchto baterií. V dnešním článku budeme zvažovat hlavní typy lithiových baterií.

O principu fungování Li baterií a historii jejich výskytu zde psát nebudeme. Více si o tom můžete přečíst v článku na uvedeném odkazu. Můžete si také přečíst materiály samostatně o a. A v tomto materiálu bych rád zvážil přesně různé typy Li baterií v závislosti na jejich vlastnostech a účelu.

Tedy s ohledem na výkon a kapacitu lithiových baterií. Rozdělení je zde spíše libovolné. Aby výrobci mohli vyrábět baterie různých kapacit, s různými vybíjecími proudy, mění řadu parametrů. Například regulují tloušťku vrstvy elektrodové hmoty na fólii (v případě role struktury). Ve většině případů je tato elektrodová vrstva nanesena měděnou (negativní elektroda) a hliníkovou (pozitivní) fólií. Díky tomuto nárůstu elektrodové vrstvy se zvyšují specifické parametry baterie.

Při zvětšování aktivní hmoty je však nutné zmenšit tloušťku vodivé podložky (fólie). Výsledkem je, že baterie může procházet méně proudu, aniž by se přehřívala. Navíc zvýšení vrstvy hmoty elektrody vede ke zvýšení odporu prvku. Pro snížení odolnosti se pro aktivní hmotu často používají aktivnější a dispergovanější látky. S těmito parametry si výrobci „hrají“, když uvolňují baterie s určitými parametry. Bateriový článek s tenkou fólií a silnou aktivní hmotou vykazuje vysoké hodnoty akumulované energie. A jeho síla bude nízká a naopak. A lze jej upravit bez změny velikosti produktu.

Baterie s různou kapacitou a vybíjecím proudem získáte změnou následujících parametrů:

• tloušťka fólie;
• tloušťka separátoru;
• Materiál kladné a záporné elektrody;
• velikost částic aktivní hmoty;
• Tloušťka elektrody.

Bateriové modely určené pro vyšší výkon jsou přitom vybaveny proudovými přívody velkých rozměrů a hmotnosti. To se provádí, aby se zabránilo přehřátí. Také se pro zvýšení vybíjecího proudu používají různé látky, které se přidávají do elektrolytu nebo do hmoty elektrody. U baterií s velkou kapacitou jsou proudové vývody obvykle malé. Počítají se pro vybíjecí proud do 2C (obvykle se nabíjecí-vybíjecí proud baterie udává z její kapacity) a nabíjecí proud - do 0,5C. U velkokapacitních lithiových baterií jsou tyto hodnoty až 20C a až 40C.

Modely lithiových baterií s vysokým výkonem jsou určeny k napájení startérů s vysokou kapacitou - k napájení různých přenosných zařízení. Pokud jde o vývoj lithiových baterií, výrobci všech druhů elektroniky je objednávají u speciálních firem. Ti je vyvinou s ohledem na navržené podmínky a poté je zavedou do sériové výroby. Při vývoji moderních lithiových baterií se berou v úvahu následující parametry:

• Kapacita;
• Pravidelný a maximální vybíjecí proud;
• Rozměry;
• Podmínky umístění uvnitř zařízení;
• Pracovní teplota;
• Zdroj (počet cyklů nabití-vybití) a další.

Různé konstrukce lithiových baterií

Podle konstrukčních prvků lze lithiové baterie rozdělit do dvou kategorií:

• Konstrukce trupu;
• Struktura elektrod.

Konstrukce elektrody

Typ role

Na obrázku níže můžete vidět Li─Ion baterii v rolovém provedení.

Prvky konstrukce role jsou vyrobeny ze dvou typů:

• Váleček elektrody je zkroucený kolem virtuální desky. Jedno pouzdro může pojmout několik válců spojených paralelně;
• Válcový. Různé výšky a průměry.

Konstrukce role se používá tam, kde je vyžadována baterie s malou kapacitou a výkonem. Tato technologie je pracná, protože kroucení elektrodových pásků a separátoru je plně automatizované. Nevýhodou této konstrukce je špatný odvod tepla z elektrod. Ve skutečnosti je teplo odváděno pouze přes čelní plochu prvku.

Ze sady elektrod

Při výrobě prizmatických baterií se používají lithiové baterie se sestavou jednotlivých elektrod.

Teplo je zde také odváděno z konce elektrody. Výrobci se snaží zlepšit odvod tepla úpravou složení a rozptylu aktivní hmoty.

Design trupu

Válcový

Stojí za to věnovat pozornost válcovým lithiovým bateriím. Jsou široce používány v různých domácích spotřebičích a elektronice. Obzvláště oblíbené jsou bateriové články.

Za přednosti válcového tělesa odborníci označují absenci změny objemu při dlouhodobém provozu. To je způsobeno tím, že baterie během procesu nabíjení-vybíjení mírně mění objem. Konstrukce elektrod je v takovém případě vždy válcového typu. Mezi nevýhody patří špatný odvod tepla.

Válcové lithiové baterie mohou mít následující proudové výstupy:

• Šroubové bóry;
• Obyčejné kontaktní podložky.

Tam, kde jsou vyšší požadavky na proud, se používají šroubové frézy. Jedná se o baterii s velkým vybíjecím proudem a velkou kapacitou (více než 20 Ah). Četné testy ukazují, že válcové lithiové baterie se šroubovými závity vydrží proudy maximálně 10-15C. A to jsou hodnoty krátkodobé zátěže, při které se prvek rychle přehřívá. Při dlouhodobém provozu odolávají vybíjecím proudům 2-3C. Používá se hlavně v přenosném elektrickém nářadí.

Bateriové články s kontaktními ploškami se běžně používají ke spojování do baterií. K tomu jsou svařeny páskou pomocí odporového svařování. Někdy výrobci již vyrábějí prvky s okvětními lístky pro vlastní pájení. Kromě toho se typ okvětních lístků může lišit v závislosti na typu pájení.

Velikostní označení válcových lithiových baterií obvykle obsahuje jejich rozměry. Například lithium-iontové články 18650 jsou 65 mm vysoké a 18 mm v průměru.