Typy lithiových baterií. Li-Ion baterie - pravda a mýty

Lithium-iontové baterie se používají v moderních mobilních telefonech, noteboocích, tabletech. Postupně vytlačili alkalické baterie z trhu přenosné elektroniky. Dříve všechna tato zařízení používala nikl-kadmiové a nikl-metal hydridové baterie. Ale jejich dny jsou pryč, stejně jako Li─Ion baterie nejlepší výkon. Pravda, nemohou ve všech ohledech nahradit alkalické. Nedosažitelné jsou pro ně například proudy, které dokážou produkovat nikl-kadmiové baterie. Pro výkon smartphonů a tabletů to není kritické. V oblasti přenosného elektrického nářadí, které spotřebovává velké množství proudu, se však stále používají alkalické baterie. Práce na vývoji baterií s vysokými vybíjecími proudy bez kadmia však pokračují. Dnes si povíme něco o lithium-iontových bateriích, jejich konstrukci, provozu a perspektivách vývoje.

Vůbec první bateriové články s lithiovou anodou byly vyrobeny v sedmdesátých letech minulého století. Měly vysokou měrnou energetickou náročnost, díky čemuž byly okamžitě žádané. Specialisté se dlouho snažili vyvinout zdroj alkalických kovů, který by měl vysokou aktivitu. Díky tomu bylo dosaženo vysokého napětí tohoto typu baterií a měrné energie. Současně byl vývoj designu takových prvků proveden poměrně rychle, ale jejich praktické využití způsobil obtíže. Podařilo se jim to zvládnout až v 90. letech minulého století.

Stalo se tak po sérii nehod. V době rozhovoru dosáhl proud odebíraný z baterie svého maxima a s vyvržením plamene začalo větrání. V důsledku toho uživatelé zaznamenali mnoho případů popálení obličeje. Vědci proto museli vylepšit design lithium-iontových baterií.

Lithium metal je extrémně nestabilní, zvláště při nabíjení a vybíjení. Vědci proto začali vytvářet dobíjecí baterii lithiový typ bez použití lithia. Začaly se používat ionty tohoto alkalického kovu. Odtud pochází jejich jméno.

Lithium-iontové baterie mají nižší specifickou energii než . Jsou však bezpečné, pokud jsou dodrženy normy nabíjení a vybíjení.

Reakce probíhající v Li─Ion baterii

Průlom ve směru zavedení lithium-iontů baterie ve spotřební elektronice byl vývoj baterií, ve kterých byla záporná elektroda vyrobena z uhlíkového materiálu. Krystalová mřížka uhlíku se velmi dobře hodí jako matrice pro interkalaci iontů lithia. Pro zvýšení napětí baterie byla kladná elektroda vyrobena z oxidu kobaltu. Potenciál tištěného oxidu kobaltu je přibližně 4 volty.

Provozní napětí většiny lithium-iontových baterií je 3 volty nebo více. Během výboje na záporné elektrodě je lithium deinterkalováno z uhlíku a interkalováno do oxidu kobaltu kladné elektrody. Během procesu nabíjení probíhají procesy obráceně. Ukazuje se, že v systému není žádné kovové lithium, ale fungují jeho ionty, které se pohybují z jedné elektrody na druhou a vytvářejí elektřina.

Reakce na záporné elektrodě

Všechny moderní komerční modely lithium-iontových baterií mají zápornou elektrodu vyrobenou z materiálu obsahujícího uhlík. Složitý proces interkalace lithia na uhlík do značné míry závisí na povaze tohoto materiálu a také na látce elektrolytu. Uhlíková matrice na anodě má vrstvenou strukturu. Strukturu lze objednat (přírodní nebo syntetický grafit) nebo částečně objednat (koks, saze atd.).

Během interkalace ionty lithia oddělují vrstvy uhlíku a pronikají mezi ně. Získají se různé interkaláty. Při interkalaci a deinterkalaci se měrný objem uhlíkové matrice nevýznamně mění. V záporné elektrodě lze kromě uhlíkového materiálu použít stříbro, cín a jejich slitiny. Snaží se také používat kompozitní materiály s křemíkem, sulfidy cínu, sloučeninami kobaltu atd.

Reakce na kladné elektrodě

V primárních lithiových článcích (bateriích) se k výrobě kladné elektrody často používá celá řada materiálů. V bateriích to nelze provést a výběr materiálu je omezený. Kladná elektroda Li─Ion baterie je proto vyrobena z lithiového oxidu niklu nebo kobaltu. Lze použít i lithium-manganové spinely.

Dnes probíhají studie materiálů ze směsných fosfátů nebo oxidů pro katodu. Jak se specialistům podařilo prokázat, takové materiály se zlepšují elektrické charakteristiky lithium-iontové baterie. Vyvíjejí se také způsoby nanášení oxidů na povrch katody.

Reakce, které probíhají v lithium-iontové baterii během nabíjení, lze popsat následujícími rovnicemi:

kladná elektroda

LiCoO 2 → Li 1-x CoO 2 + xLi + + xe -

záporná elektroda

C + xLi + + xe - → CLi x

Během procesu vybíjení probíhají reakce v opačném směru.

Níže uvedený obrázek schematicky znázorňuje procesy probíhající v lithium-iontové baterii během nabíjení a vybíjení.

Zařízení s lithium-iontovou baterií

Li─Ion akumulátory jsou dle svého provedení vyráběny ve válcovém a hranolovém provedení. Válcový design je role elektrod se separačním materiálem pro oddělení elektrod. Tato role je uložena v hliníkovém nebo ocelovém plášti. K němu je připojena záporná elektroda.

Kladný kontakt je zobrazen ve formě podložky na konci baterie.

Li─Ion baterie prizmatického designu se vyrábí naskládáním obdélníkových desek na sebe. Takové baterie umožňují, aby byl obal hustší. Obtíž spočívá v udržení tlakové síly na elektrody. Existují prizmatické baterie s válcovou sestavou elektrod stočených do spirály.

Všechny lithium-iontové baterie jsou navrženy s opatřeními k zajištění jejich bezpečného provozu. V první řadě se jedná o prevenci zahřívání a vznícení. Pod krytem baterie je instalován mechanismus, který zvyšuje odpor baterie s rostoucím teplotním koeficientem. Když tlak uvnitř baterie stoupne nad povolenou mez, mechanismus přeruší kladný pól a katodu.

Navíc pro zvýšení bezpečnosti provozu v Li-Ion bateriích v bez chyby je použita elektronická deska. Jeho účelem je řídit procesy nabíjení a vybíjení, vyloučit přehřátí a zkraty.

Nyní se vyrábí mnoho prizmatických lithium-iontových baterií. Uplatnění najdou v chytrých telefonech a tabletech. Konstrukce prizmatických baterií se může často lišit od výrobce k výrobci, protože nemá jedinou unifikaci. Elektrody opačné polarity jsou odděleny separátorem. K jeho výrobě se používá porézní polypropylen.

Provedení Li-Ion a dalších typů lithiových baterií je vždy zapečetěno. Toto je povinný požadavek, protože únik elektrolytu není přípustný. Pokud vyteče, dojde k poškození elektroniky. Utěsněný design navíc zabraňuje vnikání vody a kyslíku do baterie. Pokud se dostanou dovnitř, zničí baterii v důsledku reakce s elektrolytem a elektrodami. Výroba komponentů pro lithiové baterie a jejich montáž probíhá ve speciálních suchých boxech v argonové atmosféře. V tomto případě se používají složité metody svařování, těsnění atd.

Co se týče množství aktivní hmoty Li-Ion baterie, zde výrobci vždy hledají kompromis. Potřebují dosáhnout maximální kapacity a zajistit bezpečnost provozu. Vztah je založen na:

A o / A n \u003d 1,1, kde

A o je aktivní hmotnost záporné elektrody;

A p je aktivní hmotnost kladné elektrody.

Tato rovnováha zabraňuje tvorbě lithia (čistého kovu) a eliminuje vznícení.

Parametry Li-Ion baterií

Dnes vyráběné lithium-iontové baterie mají vysokou měrnou energetickou náročnost a provozní napětí. Ten je ve většině případů od 3,5 do 3,7 voltů. Energetická náročnost je od 100 do 180 watthodin na kilogram nebo od 250 do 400 na litr. Před časem výrobci neuměli vyrábět baterie s kapacitou vyšší než pár ampérhodin. Nyní byly odstraněny problémy bránící rozvoji v tomto směru. V prodeji se tak začaly prodávat lithiové baterie s kapacitou několika set ampérhodin.

Vybíjecí proud moderních Li─Ion baterií se pohybuje od 2C do 20C. Pracují v rozsahu okolních teplot od -20 do +60 Celsia. Existují modely účinné při -40 stupních Celsia. Ale stojí za to hned říci, že speciální série baterií fungují při záporných teplotách. Běžné lithium-iontové baterie pro mobilní telefony se při nízkých teplotách stávají nefunkčními.

Samovybíjení tohoto typu baterie je 4-6 procent během prvního měsíce. Dále se snižuje a dosahuje procenta za rok. To je výrazně méně než u nikl-kadmiových a nikl-metal hydridových baterií. Životnost je přibližně 400-500 cyklů nabití-vybití.

Nyní pojďme mluvit o vlastnostech provozu lithium-iontových baterií.

Provoz lithium-iontových baterií

Nabíjení Li-Ion baterií

Nabíjení lithium-iontových baterií je obvykle kombinované. Nejprve se nabíjejí konstantním proudem 0,2-1C, dokud nezískají napětí 4,1-4,2 voltů. A pak se nabíjení provádí při konstantním napětí. První krok trvá asi hodinu a druhý asi dvě. Pro rychlejší nabíjení baterie použijte pulzní režim. Zpočátku se vyráběly Li─Ion baterie s grafitem a byl pro ně stanoven limit napětí 4,1 voltu na článek. Faktem je, že při vyšším napětí v článku začaly vedlejší reakce snižující životnost těchto baterií.

Postupně byly tyto nevýhody eliminovány legováním grafitu různými přísadami. Moderní lithium-iontové články se bez problémů nabíjejí až 4,2 V. Chyba je 0,05 voltu na článek. Existují skupiny Li─Ion baterií pro vojenský a průmyslový sektor, kde je vyžadována zvýšená spolehlivost a dlouhá životnost. U takových baterií je maximální napětí na článek 3,90 voltů. Mají o něco nižší energetickou hustotu, ale prodlouženou životnost.

Pokud nabíjíte lithium-iontovou baterii proudem 1C, pak doba pro plnou kapacitu bude 2-3 hodiny. Baterie se považuje za plně nabitou, když napětí stoupne na maximum a proud klesne na 3 procenta hodnoty na začátku procesu nabíjení. To je vidět na grafu níže.

Níže uvedený graf ukazuje fáze nabíjení Li─Ion baterie.

Proces nabíjení se skládá z následujících kroků:

• Fáze 1. V této fázi protéká baterií maximální nabíjecí proud. Pokračuje, dokud není dosaženo prahového napětí;
• Stupeň 2. Při konstantním napětí baterie nabíjecí proud postupně klesá. Tato fáze je ukončena, když proud klesne na 3 procenta počáteční hodnoty;
• Fáze 3. Pokud je baterie uložena do skladu, pak v této fázi dochází k pravidelnému nabíjení, které kompenzuje samovybíjení. Provádí se přibližně každých 500 hodin.
  Z praxe je známo, že zvýšení nabíjecího proudu nezkrátí dobu nabíjení baterie. Jak se proud zvyšuje, napětí stoupá rychleji k prahové hodnotě. Pak ale druhá fáze nabíjení trvá déle. Některé nabíječky (nabíječky) dokážou nabít Li─Ion baterii za hodinu. V takové paměti není druhý stupeň, ale ve skutečnosti je baterie v tomto okamžiku nabitá někde na 70 procent.

Pokud jde o tryskové nabíjení, není použitelné pro lithium-iontové baterie. Tento typ baterie totiž nedokáže absorbovat přebytečnou energii při dobíjení. Tryskové dobíjení může vést k přechodu části iontů lithia do kovového stavu (valence 0).

Krátké nabití dobře kompenzuje samovybíjení a ztrátu elektrické energie. Nabíjení ve třetím stupni lze provádět každých 500 hodin. Zpravidla se provádí, když napětí baterie klesne na 4,05 voltů na jednom prvku. Nabíjení se provádí, dokud napětí nestoupne na 4,2 V.

Za pozornost stojí slabá odolnost lithium-iontových baterií vůči přebíjení. V důsledku aplikace přebytečného náboje na uhlíkovou matrici (negativní elektrodu) může začít ukládání kovového lithia. Má velmi vysokou chemickou aktivitu a interaguje s elektrolytem. Výsledkem je, že na katodě začíná vývoj kyslíku, který hrozí zvýšením tlaku v pouzdře a odtlakováním. Pokud tedy nabíjíte Li─Ion článek s obcházením regulátoru, nedovolte, aby se napětí při nabíjení zvýšilo výše, než doporučuje výrobce baterie. Pokud budete baterii neustále dobíjet, její životnost se zkrátí.

Výrobci věnují bezpečnosti Li-Ion baterií velkou pozornost. Nabíjení se zastaví, když napětí stoupne nad povolenou úroveň. Je také instalován mechanismus pro vypnutí nabíjení, když teplota baterie stoupne nad 90 Celsia. Nějaký moderní modely baterie mají ve svém provedení vypínač mechanický typ. Spouští se zvýšením tlaku uvnitř pouzdra baterie. Mechanismus regulace napětí elektronické desky odpojí nádobu od vnějšího světa minimálním a maximálním napětím.

Existují lithium-iontové baterie bez ochrany. Jedná se o modely obsahující ve svém složení mangan. Tento prvek při přebití přispívá k inhibici metalizace lithia a uvolňování kyslíku. Proto se u takových baterií stává ochrana zbytečnou.

Skladovací a vybíjecí charakteristiky lithium-iontových baterií

Lithiové baterie se celkem dobře skladují a samovybíjení za rok je pouze 10-20% v závislosti na podmínkách skladování. Ale zároveň degradace článků baterie pokračuje, i když se nepoužívá. Obecně platí, že všechny elektrické parametry lithium-iontové baterie se mohou u každého konkrétního případu lišit.

Například napětí při vybíjení se mění v závislosti na stupni nabití, proudu, okolní teplotě atd. Životnost baterie je ovlivněna proudy a režimy cyklu vybíjení-nabíjení, teplotou. Jedna z hlavních nevýhod Li-ion baterie─ to je citlivost na režim nabíjení-vybíjení, proto toho poskytují hodně odlišné typy ochrana

Níže uvedené grafy ukazují vybíjecí charakteristiky lithium-iontových baterií. Uvažují závislost napětí na vybíjecím proudu a okolní teplotě.

Jak je vidět, se zvyšujícím se vybíjecím proudem je pokles kapacity nevýznamný. Zároveň se však znatelně sníží provozní napětí. Podobný obrázek je pozorován při teplotách pod 10 stupňů Celsia. Za pozornost také stojí počáteční pokles napětí baterie.

Dnes pro mobily domácí přístroje nářadí používá speciální baterie. Liší se výkonem. Aby baterie fungovala po dlouhou dobu, bez poruch, je nutné vzít v úvahu požadavky výrobců prezentovaných produktů.

Jedním z nejoblíbenějších typů jsou dnes Li-Ion baterie. Jak správně nabíjet tento typ baterie, stejně jako funkce jeho provozu, je třeba podrobně zvážit před provozem zařízení.

obecné charakteristiky

Jedním z nejběžnějších typů baterií je dnes Typ Li-Ion. Taková zařízení jsou relativně levná. Zároveň jsou nenáročné na provozní podmínky. V tomto případě má uživatel zřídka otázku, jak správně nabíjet válcovou baterii Li-Ion 18650 nebo jiný typ.

Prezentované baterie se nejčastěji instalují do smartphonů, notebooků, tabletů a dalších. podobná zařízení. Prezentované akumulátory se vyznačují odolností a spolehlivostí. Nebojí se úplného vybití.

Jedním z hlavních rysů prezentovaných produktů je absence "paměťového efektu". Tyto baterie lze dobíjet téměř kdykoli. K „paměťovému efektu“ dochází, když baterie není zcela vybitá. Pokud by ne velký počet nabití, kapacita baterie se časem sníží. To povede k nedostatečně dlouhé dodávce zařízení. V lithium-iontových bateriích je „paměťový efekt“ minimalizován.

Design

Konstrukce lithium-iontové baterie závisí na typu zařízení, pro které je určena. Pro mobilní telefon používá se baterie, která se nazývá „plechovka“. Má obdélníkový tvar a obsahuje jeden konstrukční prvek. Jeho jmenovité napětí je 3,7V.

Baterie prezentovaného typu pro notebook má zcela odlišný design. Může v něm být několik jednotlivých článků baterie (2-12 kusů). Každý z nich má válcový tvar. Jedná se o baterie Li-Ion 18650. Výrobce zařízení podrobně uvádí, jak je správně nabíjet. Tato konstrukce obsahuje speciální ovladač. Vypadá to jako mikročip. Regulátor řídí proces nabíjení, nedovolí překročení jmenovité hodnoty kapacity baterie.

Moderní baterie pro tablety a chytré telefony disponují také funkcí kontroly nabíjení. To výrazně prodlužuje životnost baterie. Je chráněn před různými nepříznivými faktory.

Funkce nabíjení

Vzhledem k tomu, jak správně nabíjet Li-Ion baterie telefonu, notebooku a dalšího vybavení, musíte věnovat pozornost funkcím prezentovaného zařízení. Je třeba říci, že lithium-iontové baterie nesnášejí hluboké vybíjení a přebíjení. To je řízeno speciálním zařízením, které je přidáno do konstrukce (ovladač).

Ideální je udržovat nabití prezentovaného typu baterie na úrovni 20 až 80 % plné kapacity. Ovladač se o to stará. Odborníci ale nedoporučují nechávat zařízení neustále připojené k nabíjení. To výrazně snižuje životnost baterie. V tomto případě je regulátor vystaven konstantní zátěži. Postupem času se kvůli tomu může snížit jeho funkčnost.

V tomto případě ovladač také nedovolí hluboké vybití. V určitém okamžiku to prostě vypne baterii. Tato ochranná funkce je nezbytná. V opačném případě by uživatel mohl baterii náhodně přebít nebo vybít. Také v bateriích moderního vzorku je zajištěna vysoce kvalitní ochrana proti přehřátí.

Jak funguje baterie

Abyste pochopili, jak správně nabíjet Li-Ion baterii (novou nebo použitou), musíte zvážit princip jejího fungování. To vám umožní posoudit potřebu kontroly úrovně vybití a nabití zařízení.

Lithiové ionty v baterii uvedeného typu se pohybují z jedné elektrody na druhou. V tomto případě se objeví elektrický proud. Elektrody mohou být vyrobeny z různé materiály. Tento indikátor ovlivňuje výkon zařízení v menší míře.

Lithné ionty rostou na krystalové mřížce elektrod. Ty druhé zase mění svůj objem a složení. Když je baterie nabitá nebo vybitá, na jedné z elektrod je více iontů. Čím vyšší je zatížení kovových konstrukčních prvků, které lithium vyvíjí, tím kratší bude životnost zařízení. Takže je lepší nenechat vysoké procento ukládání iontů na jednu nebo druhou elektrodu.

Možnosti nabíjení

Před použitím baterie je třeba zvážit, jak správně nabíjet Li-Ion baterii smartphonu, tabletu a dalšího zařízení. Existuje několik způsobů, jak to udělat.

Jedním z nejsprávnějších rozhodnutí by bylo použití nabíječky. Každý výrobce jej dodává s elektronickým zařízením.

Druhá možnost je nabíjet baterii z stolní počítač připojený k domácí síti. K tomu se používá USB kabel. V tomto případě bude nabíjení delší než při použití prvního způsobu.

Tento postup můžete provést pomocí zapalovače cigaret v autě. Dalším méně oblíbeným způsobem je nabíjení lithium-iontové baterie univerzální nabíječkou. Říká se mu také „žaba“. Nejčastěji se taková zařízení používají k dobíjení baterií smartphonů. Kontakty tohoto zařízení lze nastavit na šířku.

Nabíjení nové baterie

Nová baterie musí být řádně uvedena do provozu. K tomu musí být telefon, tablet nebo jiné zařízení zcela vybité. Pouze když je zařízení vypnuté, může být připojeno k síti. Ovladač nenechá baterii příliš vybíjet. Je to on, kdo vypne zařízení, když baterie ztratí kapacitu na předem stanovenou úroveň.

Dále je třeba připojit elektrické zařízení k síti pomocí standardní nabíječky. Postup se provádí, dokud se indikátor nerozsvítí zeleně. Zařízení můžete nechat online ještě několik hodin. Tento postup se provádí několikrát. Telefon, tablet nebo notebook přitom nemusíte cíleně vybíjet.

Normální nabíjení

Vědět, jak správně nabíjet Li-Ion baterie, může výrazně prodloužit životnost baterie. Odborníci doporučují provést správný postup tohoto procesu u nové baterie. Poté není vhodné baterii zcela vybít. Když indikátor ukazuje, že kapacita baterie je nabitá pouze na 14-15 %, musí být připojena k síti.

Zároveň se také nedoporučuje používat k naplnění kapacity baterie jiná zařízení kromě standardního. Má maximální povolený přípustný proud konkrétní model baterie. Jiné možnosti by měly být použity pouze v případě, že je to nezbytně nutné.

Kalibrace

Při studiu otázky, jak správně nabíjet Li-Ion baterie, musíte vědět ještě jednu nuanci. Odborníci doporučují toto zařízení pravidelně kalibrovat. Koná se každé tři měsíce.

První v normální mód před vypnutím musíte vybít elektrické zařízení. Poté je připojen k síti. Nabíjení pokračuje, dokud se indikátor nerozsvítí zeleně (baterie je nabitá na 100 %). Tento postup je nutné dodržet pro správné fungování ovladač.

Při provádění takového postupu určuje obvodová deska baterie limity pro nabíjení a vybíjení. To je nutné zajistit normální operace ovladač, aby nedošlo k havárii. V tomto případě běžný Nabíječka, kterou výrobce dodává kompletní s telefonem, tabletem nebo notebookem.

Úložný prostor

Aby baterie vydržela co nejdéle a nejefektivněji, je třeba zvážit i to, jak správně nabíjet Li-Ion baterii pro skladování. V některých případech může nastat situace, kdy je zařízení pro napájení zařízení dočasně mimo provoz. V tomto případě musí být řádně připravena ke skladování.

Baterie je nabitá až na 50 %. V tomto stavu může být skladován po dlouhou dobu. Okolní teplota by se však měla pohybovat kolem 15°C. Pokud se zvýší, zvýší se rychlost, se kterou baterie ztrácí svou kapacitu.

Pokud má být baterie skladována po dostatečně dlouhou dobu, je nutné ji jednou za měsíc zcela vybít a nabít. Baterie získá 100 % své specifikované kapacity. Poté se zařízení opět vybije a nabije až na 50 %. Při pravidelném provádění tohoto postupu můžete baterii skladovat po velmi dlouhou dobu. Poté bude plně použitelný.

Zvážením, jak správně nabíjet Li-Ion baterie, můžete výrazně prodloužit životnost tohoto typu baterií.

Když se mluví o lithiových bateriích nebo akumulátorech, většinou si ani neuvědomí, že se jich za posledních pár let objevilo téměř tucet, z nichž každé je lithium s různými aditivy dalších chemické prvky, což má za následek značné rozdíly mezi sebou.

Podívejme se na jejich typy a začněme klasikou:

Lithium-iontové baterie jsou klasické dobíjecí baterie, ve kterých se ionty lithia pohybují od záporné elektrody ke kladné elektrodě během vybíjení a zpět během nabíjení. Lithium-iontové baterie jsou široce používány ve spotřební elektronice. Jsou jedním z nejoblíbenějších typů dobíjecích baterií pro přenosnou elektroniku s jednou z nejlepších hustot energie, bez paměťového efektu a pomalou ztrátou nabití, když se nepoužívají (nízké samovybíjení).

Tato řada pokrývá válcové a prizmatické velikosti baterií. Li-ion má nejvyšší hustotu výkonu ze všech starších typů baterií. Díky velmi nízké hmotnosti a dlouhé životnosti perfektní produkt pro mnoho rozhodnutí.

Lithium titanate (lithium titanate) je relativně nová třída lithium-iontových baterií - (více). Vyznačuje se velmi dlouhým životním cyklem, který se měří v tisících cyklů. Titaničitan lithný a olovnatý je také velmi bezpečný a v tomto ohledu srovnatelný s fosforečnanem železitým. Hustota energie nižší než u jiných lithium-iontových zdrojů proudu a jeho jmenovité napětí 2,4 V.

Tato technologie se vyznačuje velmi rychlým, nízkým nabíjením vnitřní odpor, velmi vysoká životnost a vynikající výdrž (i bezpečnost). LTO si našlo cestu především v elektromobilech a náramkových hodinkách. V poslední době začíná nacházet uplatnění v mobilních zdravotnických zařízeních pro svou vysokou bezpečnost. Jedním z rysů technologie je, že na anodě používá nanokrystaly místo uhlíku, což poskytuje mnohem efektivnější povrch. Bohužel tato baterie má více nízké napětí než jiné typy lithiových baterií.

Zvláštnosti:

• Měrná energie: asi 30-110Wh/kg
• Hustota energie: 177W*H/L
• Měrný výkon: 3 000-5 100 W/kg
• Účinnost vybíjení: asi 85 %; účinnost nabíjení přes 95%
• Energetická cena: 0,5 W / dolar
• Skladovatelnost: >10 let
• Samovybíjení: 2-5%/měsíc
• Trvanlivost: 6000 cyklů až do 90% kapacity
• Jmenovité napětí: 1,9 až 2,4 V
• Teplota: -40 až +55°C
• Způsob nabíjení: pomocí stabilní DC., pak konstantní tlak dokud nedosáhne prahu.

Chemický vzorec: Li4Ti5O12 + 6LiCoO2< >Li7Ti5O12 + 6Li0,5CoO2(E=2,1V)

Lithiový polymer má vyšší hustotu energie z hlediska hmotnosti než lithium-iontové baterie. Ve velmi tenkých článcích (do 5 mm) poskytuje lithiový polymer vysokou objemovou hustotu energie. Vynikající stabilita při přepětí a vysokých teplotách.

Tuto řadu akumulátorů je možné vyrábět v rozsahu od 30 do 23000 mA/h, prizmatické a válcové typy těles. Lithium-polymerové baterie mají řadu výhod: větší objemovou hustotu energie, flexibilitu velikostí článků a širší bezpečnostní rozpětí, s vynikající stabilitou napětí i při vysokých teplotách. Hlavní aplikace: přenosné přehrávače, Bluetooth, bezdrátových zařízení, PDA a digitální fotoaparáty, elektrokola, GPS navigátory, notebooky, e-knihy.

Zvláštnosti:

• Jmenovité napětí: 3,7V
• Nabíjecí napětí: 4,2±0,05V
• Nabíjecí proud, rychlost: 0,2-10S
• Mezní vybíjecí napětí: 2,5V
• Rychlost vybíjení: až 50C
• Výdrž v cyklech: 400 cyklů

Fosforečnan lithný má dobrý výkon bezpečnost, dlouhá životnost (až 2000 cyklů) a nízké výrobní náklady. LiFePO4 baterie jsou vhodné pro vysoké vybíjecí proudy, jako je vojenská technika, elektrické nářadí, elektrická kola, mobilní počítače, UPS a solární systémy.

Jako nový anodový materiál pro lithium-iontové baterie byl lifepo4 poprvé představen v roce 1997 a až dosud byl neustále vylepšován. Pozornost odborníků upoutal svou spolehlivou bezpečností, odolností, nízkým dopadem na životní prostředí při likvidaci a pohodlnými charakteristikami nabíjení a vybíjení. Mnoho odborníků tvrdí, že baterie lifepo4 jsou zdaleka nejlepší volbou pro elektroniku s vlastním napájením.

Lithium oxid siřičitý (Li a SO2 baterie) - tyto baterie mají vysoká hustota energie a dobrá odolnost proti vysokému vybíjení. Takové prvky se používají především ve vojenství, meteorologii a kosmonautice.

Baterie na bázi oxidu siřičitého lithia s kovovou lithiovou anodou (nejlehčí ze všech kovů) a kapalnou katodou obsahující porézní uhlíkový kolektor proudu naplněný oxidem siřičitým (SO2) dodávají napětí 2,9 V a mají válcový tvar.

Zvláštnosti:

• Vysoké provozní napětí, stabilní po většinu výboje
• Extrémně nízké samovybíjení
• Provozuschopnost v extrémní podmínky
• Široký rozsah provozních teplot (-55°C až +65°C)

Lithium-oxid manganičitý (Li-MnO2 baterie) - takové baterie mají lithiovou anodu z lehkého kovu a pevnou katodu oxidu manganičitého, ponořené v nekorozivním, netoxickém organickém elektrolytu. Tento typ baterie je v souladu s EU RoHS a vyznačuje se velká kapacita, vysoká vybíjecí kapacita a dlouhá životnost.

Li-MnO2 je široce používán v záložních zdrojích napájení, nouzových majácích, požárních hlásičích, elektronické systémyŘízení přístupu, digitální fotoaparáty, lékařské vybavení.

Zvláštnosti:

• Vysoká hustota energie
• Velmi stabilní vybíjecí napětí
• Více než 10 let trvanlivosti
• Pracovní teplota: -40 až +60°С

Lithiumthionylchloridové (lithium-SOCl2) baterie mají lehkou lithiovou kovovou anodu a kapalnou katodu obsahující porézní uhlíkový sběrač proudu naplněný thionylchloridem (SOCl2). Li-SOCL2 baterie je ideální pro automobilová zařízení, lékařské vybavení, stejně jako vojenská a letecká zařízení. Mají nejširší rozsah provozních teplot od -60 do + 150°C.

Zvláštnosti:

• Vysoká hustota energie
• Dlouhá skladovatelnost
• Široký teplotní rozsah
• Dobré těsnění
• stabilní vybíjecí napětí

Li-FeS2 baterie

Li-FeS2 baterie a baterie znamenají disulfid lithný. Informace o nich budou doplněny později.

Lithium-iontové baterie nejsou tak „vybíravé“ jako jejich nikl-metalhydridové protějšky, ale přesto vyžadují určitou péči. držet se Pět jednoduchá pravidla , je možné nejen prodloužit životní cyklus lithium-iontové baterie, ale také zvyšují 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 kvalitní baterie Tento 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.
Kvůli extrémně nestabilnímu procesu nabíjení (telefon často nabíjíme, jak musíme a kde můžeme, z USB, ze zásuvky, z externí baterie a tak dále.) Odborníci doporučují jednou za 3 měsíce baterii zcela vybít a poté nabít až na 100 % a udržovat ji nabitou po dobu 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 to externí síťový adaptér pouze snižuje napětí a usměrňuje proud domácí elektrické sítě, 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 působení sluneční paprsky a nenechávejte je v těsné blízkosti zdrojů tepla, jako jsou elektrická topidla. Maximum přípustné teploty, ve kterém je možné použít lithium-iontové baterie: -40°C až +50°C

Také můžete vidět

Lithium-iontové (Li-ion) baterie, používané ve většině moderní tablety, smartphony a notebooky, vyžadují odlišné postupy údržby a provozu ve srovnání s nikl-kadmiovými (Ni-Cd) a nikl-metal hydridovými (Ni-MH) bateriemi používanými v dřívějších zařízeních.

Ve skutečnosti, správná péče u lithium-iontové baterie může prodloužit její životnost až 15krát ve srovnání s nesprávně používanými pouzdry. V tomto článku vám dáme tipy, jak maximalizovat životnost drahých lithium-iontových baterií ve všech vašich přenosných zařízeních.

Nedávno musel Fred Langa, novinář internetového portálu Windows Secrets, vyměnit poškozený smartphone – a byla to jeho chyba.

Hlavní příznak nevěstil nic dobrého – pouzdro telefonu bylo zdeformované, protože se začalo ohýbat i samotné tělo přístroje.

Po analýze a podrobném zkoumání se ukázalo, že baterie smartphonu byla oteklá.

Zpočátku Fred nezaznamenal žádné změny: baterie vypadala víceméně normálně při pohledu z líce (obrázek 1). Když však byla baterie umístěna na rovný povrch, bylo zřejmé, že její horní a spodní strana již nejsou ploché a vzájemně rovnoběžné. Na jedné straně baterie se vytvořila silná boule (obrázek 2). Toto vyboulení způsobilo ohnutí a deformaci telefonu.

Vyboulení baterie naznačovalo vážný problém: nahromadění toxických plynů pod vysokým tlakem uvnitř baterie.

Pouzdro na baterii odvedlo skvělou práci, ale jedovaté plyny způsobily, že baterie vypadala jako malá bomba v tlakovém hrnci, která čekala na výbuch.

V případě Freda je poškozený telefon i baterie – je čas koupit nový smartphone.

Nejsmutnější na tom je tento problém se dalo snadno zabránit. V závěrečné části článku budou uvedeny Fredovy chyby.

Aby se neopakovaly chyby z minulosti s novým smartphonem a dalšími lithium-iontová zařízení, jako jsou tablety, notebooky, začal Fred vážně zkoumat otázky správného provozu a údržby lithium-iontových baterií.

Fred neměl zájem o prodloužení životnosti baterie – tyto techniky jsou dobře známé. Většina přístrojů nabízí manuální popř automatické režimyúspora energie a způsoby úpravy jasu obrazovky, zpomalení výkonu procesoru a snížení počtu spuštěných aplikací.

Fred se spíše zaměřil na prodloužení životnosti baterie – způsoby, jak udržet baterii v dobrém provozním stavu a maximalizovat její životnost.

Tento článek obsahuje stručné závěry práce založené na Fredově výzkumu. Postupujte podle těchto pěti doporučených tipů a vaše lithium-iontové baterie budou plně, dlouho a bezpečně fungovat ve všech vašich přenosných zařízeních.

Tip 1: Sledujte teplotu a nepřehřívejte baterii

Jedním z hlavních nepřátel lithium-iontových baterií je překvapivě teplo. Faktory nesprávného použití, jako je rychlost a délka cyklů nabíjení a vybíjení baterie, mohou způsobit přehřátí baterie.

Důležité je také vnější fyzické prostředí. Pouhé ponechání lithium-iontové baterie na slunci nebo v uzavřeném autě může výrazně snížit schopnost baterie přijmout a udržet nabití.

Ideální teplotní podmínky pro lithium-iontové baterie jsou pokojová teplota 20 stupňů Celsia. Pokud se zařízení zahřeje na 30 C, jeho schopnost nést náboj se sníží o 20 procent. Pokud je zařízení používáno při 45 °C, což je snadno dosažitelné na slunci, nebo když je zařízení používáno intenzivně s aplikacemi náročnými na zdroje, kapacita baterie se sníží asi na polovinu.

Pokud se tedy vaše zařízení nebo baterie během používání znatelně zahřeje, zkuste se přesunout do chladnější oblasti. Pokud to není možné, zkuste snížit množství energie spotřebovávané zařízením vypnutím zbytečné aplikace, služby a funkce, ztlumit obrazovku nebo aktivovat režim úspory energie zařízení.

Pokud to stále nepomůže, vypněte zařízení úplně, dokud se teplota nevrátí k normálu. Pro ještě rychlejší chlazení vyjměte baterii (samozřejmě pokud to konstrukce zařízení umožňuje) – zařízení se tak rychleji ochladí díky fyzickému oddělení od zdroje energie.

Mimochodem, nehledě na to, že hlavním problémem jsou vysoké teploty lithium-iontové baterie, provozní podmínky při nízkých teplotách nezpůsobují vážné obavy. Nízké teploty nezpůsobí dlouhodobé poškození baterie, i když studená baterie nebude schopna dodat veškerý potenciál, který může dodat při optimální teplotě. Pokles výkonu je velmi patrný při teplotách pod 4C. Většina spotřebitelských lithium-iontových baterií je v podstatě nepoužitelná při teplotách blízkých nebo pod bodem mrazu.

Pokud se zařízení s lithium-iontovým zdrojem z jakéhokoli důvodu příliš ochladí, nepokoušejte se jej používat. Nechte jej odpojený a přeneste jej na teplé místo (kapsa nebo vytápěná místnost), dokud se zařízení nevrátí na normální teplotu. Stejně jako u přehřátí fyzicky vyjměte baterii a samostatný ohřev urychlí proces zahřívání. Po zahřátí baterie na normální teplotu se obnoví její elektrolytické vlastnosti.

Tip 2: Odpojte nabíječku, abyste šetřili baterii

Znovu načíst - tzn. Příliš dlouhé připojení baterie k vysokonapěťovému zdroji může také snížit schopnost baterie udržet nabití, zkrátit její životnost nebo ji přímo zabít.

Většina lithium-iontových baterií spotřebitelské třídy je navržena tak, aby fungovala při 3,6 V na článek, ale během nabíjení pracovala s vyšším napětím 4,2 V. Pokud nabíječka vydává vysoké napětí příliš dlouho, může dojít k poškození vnitřní baterie.

V závažných případech může přebíjení vést k tomu, co inženýři nazývají „katastrofálními“ následky. I v mírných případech přebytečné teplo generované dobíjením vytvoří negativní tepelný efekt popsaný v prvním tipu.

Vysoce kvalitní nabíječky mohou pracovat v souladu s moderními obvody lithium-iontových baterií a snižují nebezpečí přebití snížením nabíjecího proudu v poměru k nabití baterie.

Tyto vlastnosti se výrazně liší v závislosti na druhu technologie použité v baterii. Pokud například používáte nikl-kadmiové (Ni-Cd) a nikl-metal hydridové (Ni-MH) baterie, snažte se je ponechat připojené k nabíječce co nejdéle. To proto, že starší typy baterií mají vysoká úroveň samovybíjení, tzn. začnou ztrácet značné množství uložené energie ihned po odpojení od nabíječky, i když je samotné přenosné zařízení vypnuté.

Ve skutečnosti může nikl-kadmiová baterie ztratit až 10 procent svého nabití během prvních 24 hodin po nabití. Po uplynutí této doby se křivka samovybíjení začne zplošťovat, ale nikl-kadmiová baterie nadále ztrácí 10-20 procent za měsíc.

Ještě horší je situace s nikl-metal hydridovými bateriemi. Jejich samovybíjení je o 30 procent rychlejší než jejich nikl-kadmiové protějšky.

Lithium-iontové baterie však mají velmi nízkou rychlost samovybíjení. Dobře fungující baterie ztratí pouze 5 procent svého nabití během prvních 24 hodin po nabití a další 2 procenta během prvního měsíce poté.

Není tak potřeba nechávat zařízení s lithium-iontovou baterií připojenou k nabíječce do poslední chvíle. Pro získání nejlepší výsledky a prodloužit životnost baterie, odpojte nabíječku, jakmile se zobrazí plné nabití.

Nová zařízení s lithium-iontovými bateriemi není třeba před prvním použitím nabíjet delší dobu (nikl-kadmiová a nikl-metal hydridová zařízení doporučují nabíjení mezi 8 a 24 hodinami). Lithium-iontové baterie jsou na své maximální kapacitě, když vykazují 100procentní nabití. Není potřeba delší nabíjení.

Ne všechny cykly vybíjení ovlivňují zdraví baterie stejným způsobem. Dlouhé a intenzivní používání generuje více tepla, vážně zatěžuje baterii, zatímco kratší, častější cykly vybíjení naopak prodlužují životnost baterie.

Možná si myslíte, že příliš malé cykly nabíjení/vybíjení mohou vážně zkrátit životnost napájecího zdroje. To bylo přirozené pouze pro zastaralé technologie, ale neplatí to pro moderní lithium-iontové baterie.

Specifikace baterie mohou být zavádějící, protože Mnoho výrobců považuje nabíjecí cyklus za dobu, kterou trvá dosažení 100 procent nabití. Například dvě nabití z 50 na 100 procent jsou ekvivalentní jednomu úplnému nabíjecímu cyklu. Podobně tři cykly po 33 procentech nebo 5 cyklů po 20 procentech jsou také ekvivalentní jednomu úplnému cyklu.

Stručně řečeno, velký počet malých cyklů nabíjení-vybíjení nesnižuje celkový objem cyklů plného nabití lithiové baterie.

Opět platí, že teplo a velké namáhání z těžkého vybíjení zkracují životnost baterie. Proto se snažte omezit počet hlubokých výbojů na minimum. Nedovolte, aby úroveň baterie klesla na hodnoty blízké nule (když se zařízení samo vypne). Místo toho považujte spodních 15–20 procent životnosti baterie za nouzovou rezervu – pouze pro případ nouze. Zvykněte si na výměnu baterie, pokud je to možné, nebo připojení zařízení k vnější zdroj napájení před úplným vybitím baterie.

Jak víš, rychlé vybití a rychlé nabíjení jsou doprovázeny uvolňováním přebytečného tepla a nepříznivě ovlivňují životnost baterie.

Pokud jste zařízení používali intenzivně při vysoké zátěži, nechte baterie před připojením k nabíječce vychladnout na pokojovou teplotu. Pokud je baterie horká, nebude se moci plně nabít.

Při nabíjení zařízení sledujte teplotu baterie – neměla by se příliš přehřívat. Horká baterie během nabíjení obvykle naznačuje, že rychle protéká příliš velký proud.

Přebíjení je s největší pravděpodobností u levných generických nabíječek pomocí obvodů rychlé nabíjení nebo s bezdrátovými (indukčními) nabíječkami.

Levná nabíječka může být jednoduchý transformátor s připojenými vodiči. Takové „tiché náboje“ jednoduše rozdělují proud a prakticky neberou zpětná vazba z nabíjeného zařízení. Při používání těchto nabíječek je velmi časté přehřívání a přepětí, které pomalu ničí baterii.

„Rychlé“ nabíjení je navrženo tak, aby poskytovalo jednominutové nabíjení, nikoli hodinové nabíjení. Existovat různé přístupy na technologii rychlého nabíjení a ne všechny jsou kompatibilní s lithium-iontovými bateriemi. Pokud nabíječka a baterie nejsou navrženy tak, aby spolupracovaly, může rychlé nabíjení způsobit přepětí a přehřátí. Obecně řečeno, je nejlepší nepoužívat nabíječku jedné značky k nabíjení přenosného zařízení jiné značky.

Bezdrátové (indukční) nabíječky využívají k dobíjení baterie speciální nabíjecí plochu. Na první pohled je to velmi pohodlné, ale faktem je, že takové náplně vytvářejí přebytečné teplo i v běžném provozu (Některá kamna využívají k ohřevu hrnců a pánví fenomén indukce).

Lithiové baterie zažívají nejen negativní faktor v podobě tepla, ale také plýtvání energií při nabíjení. bezdrátové technologie. Účinnost indukční nabíječky je ze své podstaty vždy nižší než u běžné nabíječky. Zde se každý může svobodně rozhodnout, ale pro Freda jsou zvýšené teplo a nižší účinnost dostatečnými faktory k tomu, aby taková zařízení opustila.

V každém případě je nejbezpečnějším přístupem použití dodávané nabíječky doporučené výrobcem. Toto je jediný zaručený způsob, jak udržet teplotu a napětí v normálních mezích.

Pokud není k dispozici nabíječka OEM, použijte zařízení s nízkým výstupním proudem, abyste snížili pravděpodobnost poškození baterie v důsledku rychlé dodávky vysokého výkonu.

Jedním z nízkoproudových výstupních zdrojů napájení je zapnutý USB port běžný počítač. standardní port USB 2.0 poskytuje 500 mA (0,5 A) na port, zatímco USB 3.0 dodává 900 mA (0,9 A) na port. Pro srovnání, některé vyhrazené nabíječky mohou dodávat 3000-4000 mA (3-4A). Nízký proud USB portů obecně zaručuje bezpečné nabíjení při normální teplotě pro většinu moderních lithium-iontových baterií.

Tip 5: Pokud je to možné, použijte náhradní baterii

Pokud vaše zařízení umožňuje rychlou výměnu baterie, je mít náhradní baterii skvělou pojistkou. Tím se nejen zdvojnásobí životnost baterie, ale také odpadá nutnost zcela vybíjet baterii nebo používat rychlé nabíjení. Když baterie dosáhne značky 15-20 procent, jednoduše vyměňte vybitou baterii za náhradní a okamžitě získáte plné nabití bez jakýchkoli problémů s přehříváním.

Náhradní baterie má i další výhody. Pokud se například ocitnete v situaci, kdy se instalovaná baterie přehřála (například v důsledku intenzivního používání zařízení nebo v důsledku vysoká teplota prostředí), můžete vyměnit horkou baterii, aby se rychleji ochladila, zatímco zařízení stále používáte.

Díky dvěma bateriím není nutné používat rychlé nabíjení – zařízení můžete bezpečně používat, když se baterie pomalu nabíjí z bezpečného zdroje energie.

Fredovy fatální chyby

Fred naznačil, že během cesty mohl poškodit baterii smartphonu. Použil Funkce GPS v navigačním zařízení za jasného slunečného dne. Smartphone byl dlouhou dobu na slunci v držáku poblíž palubní desky automobilu, jas smartphonu byl zapnut na maximum, aby se karta rozlišila mezi jasným slunečním světlem.

Navíc vše standardní aplikace na pozadí - E-mailem, messenger atd. byly spuštěny. Zařízení využívalo 4G modul ke stahování hudebních skladeb a bezdrátový modul Bluetoorth pro zvuk ze sluchátek audio zařízení auto. Rozhodně byl telefon ve stresu.

Aby byl telefon napájen, byl připojen k 12V adaptéru zakoupenému podle kritérií nízké ceny a přítomnosti správného konektoru.

Kombinace přímého slunečního záření vysoké zatížení procesor zapnutý při maximálním jasu obrazovky a adaptér pochybné kvality vedl k nadměrnému přehřívání smartphonu. Fred s hrůzou vzpomíná, jak bylo zařízení horké, když bylo vytaženo z držáku. Toto vážné přehřátí bylo katalyzátorem smrti baterie.

Zdálo se, že se problém zhoršil v noci, když Fred nechal zařízení připojené celou noc pomocí nabíječky třetí strany, aniž by měl kontrolu nad tím, kdy je baterie plně nabitá.

U svého nového smartphonu bude Fred používat pouze integrovanou nabíječku a náhradní baterii. Fred doufá v dlouhou a bezpečnou životnost baterie i telefonu, čehož hodlá těmito tipy dosáhnout.

Našli jste překlep? Stiskněte Ctrl+Enter