باتری های لیتیوم پلیمری و لیتیوم یونی. ویژگی های باتری های لیتیوم پلیمری و قوانین عملکرد آنها

باتری های لیتیوم پلیمری (Li-po) با باتری های لیتیوم یونی تفاوت دارند زیرا جداکننده و الکترولیت مایع ندارند. پلیمرهای لیتیوم از یک الکترولیت همگن با نمک های لیتیوم به شکل ژل یا یک پلیمر کامپوزیت با نمک های لیتیوم در حالت خشک (اغلب بر پایه پلی اتیلن اکسید) استفاده می کنند. همچنین باتری های لیتیوم پلیمری می توانند از محلول غیر آبی نمک های لیتیوم تشکیل شوند. در مورد تفاوت ها بیشتر بخوانید.

مزایای باتری های لیتیوم پلیمری

مزیت اصلی پلیمرهای لیتیوم نسبت به باتری ها این است که خود تخلیه نسبتاً کمی دارند و 4.5 برابر انرژی بیشتری نسبت به باتری های Ni-CD با همان جرم دارند.

پلیمرهای لیتیوم معمولاً دارای طول عمر 300-600 چرخه شارژ/دشارژ هستند، اما گاهی اوقات با 1000 چرخه شارژ/دشارژ یافت می شوند.

باتری های لیتیوم پلیمری بسیار رایج هستند که به شکل یک دکمه هستند و تنها 1 میلی متر ضخامت دارند. (قرص). همچنین این باتری ها به شرط ظرفیت یکسان، کمترین وزن را نسبت به باتری های لیتیوم یون، نیکل کادمیوم و باتری های غیرقابل شارژ دارند.

کاربرد

باتری های لیتیوم پلیمری دکمه ای شکل کوچک با ضخامت تنها 1 میلی متر به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. علاوه بر این، این باتری ها کمترین جرم را نسبت به باتری های مطرح شده در بالا و باتری های غیرقابل شارژ با همان شدت انرژی دارند. این عامل موقعیت های بیشتری را برای استفاده از باتری های لیتیوم پلیمری تعیین می کند:

• تلفن های همراه
• ضبط کننده های ویدئویی و ناوبر
• مدل های رادیویی کنترل شده
• گجت ها و دستگاه های مختلف

معایب باتری های لیتیوم پلیمری:

■ چگالی انرژی کمتر از ;

■ مقاومت داخلی بالای پلیمرهای لیتیوم نمی تواند جریان تخلیه بالایی را ایجاد کند. بنابراین، پلیمرهای لیتیوم را نمی توان در پیچ گوشتی ها و سایر تجهیزات پرقدرت استفاده کرد.

■ تخریب سریع، بنابراین باتری های لیتیوم پلیمری بیشتر ظرفیت خود را پس از چند سال حتی در زمان ذخیره سازی از دست می دهند.

این باتری ها به شرایط دمایی که در آن کار می کنند بسیار حساس هستند. بنابراین پلیمرهای لیتیوم نمی توانند به طور معمول در دمای محیط منفی کار کنند. حتما بارها متوجه شده اید که یک تلفن همراه در سرما با چه سرعتی تخلیه می شود. پلیمرهای لیتیوم ممکن است در دمای بالای 70 درجه سانتی گراد منفجر شوند و باعث آتش سوزی شوند.

باتری های لیتیوم پلیمری حتی در صورت عدم استفاده می توانند با گذشت زمان خواص خود را از دست بدهند. بنابراین، شما نباید پلیمرهای لیتیوم را به صورت ذخیره خریداری کنید. پلیمرهای لیتیوم، مانند باتری‌های لیتیوم یونی، این کار را نمی‌کنند، همچنان توصیه می‌شود قوانینی را در مورد این باتری‌ها رعایت کنید:

• در اولین استفاده کاملا شارژ شود
• چندین چرخه شارژ کامل را با استفاده از تثبیت کننده ولتاژ انجام دهید.
• توصیه می شود باتری های لیتیوم پلیمری را در جای خنک اما نه در دمای زیر صفر نگهداری کنید.
• از ترشح کامل خودداری کنید
• باید از شارژ مجدد کوتاه مدت مکرر خودداری شود.
• بهینه ترین دما برای باتری از 10+ تا + 25 درجه سانتی گراد است.

تفاوت بین باتری لیتیوم پلیمری و باتری یونی چیست؟

اکثریت قریب به اتفاق مردم کشورهای توسعه یافته دارای تلفن همراه، تبلت، لپ تاپ هستند. وقتی یک گجت را از فروشگاه می‌خرید، به احتمال زیاد حتی به نوع باتری آن فکر نمی‌کنید. و این تعجب آور نیست. فناوری به سرعت در حال توسعه است، از جمله در زمینه باتری. در گذشته نه چندان دور، باتری های Ni─Cd در الکترونیک موبایل استفاده می شدند که بعداً جایگزین Ni─MH شدند. سپس لیتیوم یون آمد که به سرعت بازار گجت های قابل حمل را فتح کرد. و اکنون آنها توسط باتری های لیتیوم پلیمر فشرده می شوند. در برخی موارد، کاربر شروع به فکر کردن در مورد نوع باتری خود می کند. مزایا و معایب آن چیست؟ در این یادداشت سعی خواهیم کرد بفهمیم که چه تفاوتی بین باتری لیتیوم پلیمری و باتری لیتیوم یونی وجود دارد.

کار بر روی ایجاد باتری هایی با استفاده از لیتیوم برای مدت طولانی در حال انجام است. اما اولین نمونه های قابل کار برای لوازم خانگی تنها در دهه 70 قرن گذشته ظاهر شد. اما در آن زمان اینها مدلهای ناقصی با الکترودهای ساخته شده از فلز لیتیوم بودند. و عملکرد چنین باتری هایی از نظر ایمنی مشکل ساز است. در روند شارژ و دشارژ چنین باتری هایی مشکلات حل نشده زیادی وجود داشت.

این منجر به این واقعیت می شود که پایداری عملکرد مختل شده و به دلیل واکنش کنترل نشده در باتری خطر اشتعال وجود دارد. سلول باتری به سرعت گرم می شود و هنگامی که دما برای ذوب لیتیوم افزایش می یابد، واکنش شدیدی با احتراق رخ می دهد. مربوط به این بود که اولین باتری های لیتیومی در لوازم الکترونیکی مصرفی در اوایل دهه 1990 به یاد می آورد.

در نتیجه، دانشمندان شروع به ساخت باتری هایی بر اساس یون های لیتیوم کردند. با توجه به اینکه لازم بود استفاده از لیتیوم فلزی کنار گذاشته شود، چگالی انرژی تا حدودی کاهش یافت. اما از سوی دیگر مشکلات ایمنی در حین کارکرد باتری برطرف شد. این باتری های جدید لیتیوم یون نامیده می شوند.

چگالی انرژی باتری های لیتیوم یونی 2-3 برابر (بسته به مواد مورد استفاده) بیشتر از چگالی انرژی است. هنگام تخلیه باتری های Li─Ion ویژگی های مشابه Ni─Cd را نشان می دهند. تنها چیزی که آنها نسبت به آنها پایین تر هستند، عملکرد در جریان های تخلیه فوق العاده بالا (بیش از 10 درجه سانتیگراد) است.تا به امروز، بسیاری از تغییرات مختلف باتری های لیتیوم یون قبلا منتشر شده است.

آنها در مواد مورد استفاده به عنوان کاتد، فاکتور فرم و برخی پارامترهای دیگر متفاوت هستند. آنها به طور منحصر به فردی با طراحی شامل الکترودهای غوطه ور در یک الکترولیت مایع حاوی یون های لیتیوم مشخص می شوند. این سلول باتری در یک پوسته فلزی مهر و موم شده (فولاد، آلومینیوم) قرار می گیرد. برای کنترل فرآیندهای شارژ و دشارژ در باتری های لیتیوم یونی، یک برد مدار چاپی به نام کنترلر وجود دارد.

برای تکمیل تصویر باتری های Li─Ion، اجازه دهید مزایا و معایب آنها را در نظر بگیریم.

مزایای Li-Ion

• خود تخلیه کوچک؛
• چگالی انرژی و ظرفیت بالا در مقایسه با قلیایی؛
• یک سلول باتری ولتاژی در حدود 3.7 ولت دارد. برای کادمیوم و هیدرید فلز، این مقدار 1.2 ولت است. این امر طراحی را تا حد زیادی ساده می کند. برای مثال، تلفن‌ها از باتری‌هایی استفاده می‌کنند که فقط یک قوطی دارند.
• هیچ اثر حافظه ای وجود ندارد، به این معنی که تعمیر و نگهداری باتری ساده شده است.

معایب Li-Ion

• کنترلر مورد نیاز است این یک برد مدار چاپی است که ولتاژ سلول یا سلول های باتری را، در صورت وجود چندین، کنترل می کند. این برد همچنین حداکثر جریان تخلیه و در برخی موارد دمای شیشه را کنترل می کند. بدون کنترلر، کارکرد ایمن باتری لیتیوم یون غیرممکن است.
• تخریب سیستم Li─Ion حتی در زمان ذخیره سازی ادامه دارد. یعنی بعد از یک سال ظرفیت باتری حتی در صورت عدم استفاده به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. باتری های انواع دیگر (قلیایی، سرب-اسیدی) نیز به تدریج در طول ذخیره سازی تخریب می شوند، اما این برای آنها کمتر مشخص است.
• قیمت یون لیتیوم بالاتر از کادمیوم یا.

امکانات فناوری لیتیوم یون تا پایان توسعه نیافته است. بنابراین، باتری های جدید به طور مداوم ظاهر می شوند که مشکلات خاصی از این نوع باتری ها حل می شود. اطلاعات بیشتر در مورد آنچه که در مقاله در لینک ارائه شده است.

باتری Li-Pol

به دلیل مشکلات مربوط به اطمینان از ایمنی در هنگام شارژ-تخلیه باتری های Li─Ion، پیشرفت های بیشتر در اصلاحات این باتری ها شروع شد. در نتیجه باتری های لیتیوم پلیمری ساخته شدند. تفاوت آنها با یونی در الکترولیت مورد استفاده. شایان ذکر است که اولین پیشرفت ها در این راستا همزمان با فناوری Li─Ion انجام شد. در قرن گذشته، برای اولین بار از الکترولیت پلیمری جامد خشک استفاده شد. از نظر ظاهری شبیه یک فیلم پلاستیکی است. این پلیمر جریان را هدایت نمی کند، اما در تبادل یونی که شامل حرکت اتم های باردار یا گروه های آنها می شود، تداخلی ایجاد نمی کند. علاوه بر محتوای الکترولیت موجود در آن، پلیمر به عنوان یک جداکننده متخلخل بین الکترودها نیز عمل می کند.

طراحی جدید ایمنی را بهبود می بخشد و تولید باتری را ساده می کند. و مهمتر از آن، باتری های لیتیوم پلیمری را می توان تقریباً در هر شکل و ضخامت بسیار کوچک (تا 1 میلی متر) تولید کرد. این به شما امکان می دهد دستگاه های مختلفی را با باتری های قابل شارژ Li─Pol، نازک، جمع و جور و ظریف بسازید. برخی از باتری های لیتیوم پلیمری را حتی می توان به لباس دوخت.

طبیعتاً معایبی نیز دارد. به طور خاص، باتری های Li─Pol با الکترولیت خشک، هدایت الکتریکی پایینی در دمای اتاق دارند. این به این دلیل است که در این دما مقاومت داخلی آنها زیاد است که از جریان تخلیه مورد نیاز برای عملکرد وسایل الکترونیکی قابل حمل جلوگیری می کند.

اگر باتری لیتیوم پلیمری را تا 60 درجه سانتیگراد گرم کنید، رسانایی افزایش می یابد. واضح است که برای استفاده در گوشی یا تبلت مناسب نیست. با این حال، باتری های پلیمری خشک جایگاه خود را در بازار پیدا کرده اند. آنها به عنوان منبع انرژی یدکی در دماهای بالا استفاده می شوند. هنگامی که عناصر گرمایشی برای تامین دمای لازم برای عملکرد عادی باتری قرار می گیرند، گزینه هایی وجود دارد.

در اینجا شایسته است نکته مهم دیگری را روشن کنیم. مطمئناً همه دیده‌اند که باتری‌هایی با علامت Li─Pol مدت‌هاست در گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و لپ‌تاپ‌ها استفاده می‌شوند. اینها به اصطلاح باتری های لیتیوم پلیمری از نوع هیبریدی هستند. آنها تلاقی بین باتری های لیتیوم یونی و پلیمری خشک هستند. تولید کنندگان باتری های لیتیوم پلیمری از یک ماده ژل مانند با یون های لیتیوم به عنوان الکترولیت استفاده می کنند.

بنابراین، تقریباً تمام باتری‌های لیتیوم پلیمری در گجت‌های موبایل مدرن از یک الکترولیت ژل مانند استفاده می‌کنند. از نظر طراحی، آنها ترکیبی از باتری های یونی و پلیمری هستند. تفاوت بین باتری های یونی و پلیمری با الکترولیت ژل مانند چیست؟ پارامترهای پایه الکتروشیمیایی آنها تقریباً یکسان است. تفاوت بین چنین باتری های هیبریدی این است که از الکترولیت جامد به جای جداکننده متخلخل استفاده می کنند. او، همانطور که در بالا ذکر شد، نقش یک جداکننده متخلخل را نیز انجام می دهد. و الکترولیت در حالت ژل برای افزایش هدایت الکتریکی یون ها استفاده می شود.

باتری های لیتیوم پلیمری روز به روز در بازار رایج تر می شوند و آینده هستند. حداقل در بخش لوازم خانگی و لوازم الکترونیکی مصرفی. اما در حالی که اجرای آنها چندان فعال نیست. برخی از کارشناسان بازار این را به این واقعیت نسبت می دهند که پول زیادی برای توسعه باتری های Li─Ion سرمایه گذاری شده است. و سرمایه گذاران فقط می خواهند پول سرمایه گذاری شده را "بازپس گیری" کنند. لینک را بخوانید

باتری الکتریکی یک منبع شیمیایی قابل استفاده مجدد برای جریان الکتریکی است. در باتری‌هایی از این نوع، فرآیندهای شیمیایی داخلی برگشت‌پذیر اتفاق می‌افتد که استفاده چرخه‌ای مکرر آنها (شارژ / تخلیه) را برای انباشت انرژی الکتریکی و تامین انرژی تجهیزات الکتریکی مختلف در صورت عدم دسترسی به شبکه برق خانگی تضمین می‌کند.

اصل عملکرد باتری ها مبتنی بر برگشت پذیری واکنش های شیمیایی است که در آنها رخ می دهد. انباشت شارژ باتری با شارژ آن انجام می شود، یعنی با عبور جریان الکتریکی در جهت مخالف، نسبت به جریان جریان در هنگام تخلیه باتری.

باتری چند باتری است که در یک مدار الکتریکی به هم متصل شده اند.

ویژگی اصلی باتری ظرفیت آن است. ظرفیت باتری حداکثر شارژ قابل استفاده باتری است. یا به عبارت دیگر، ظرفیت باتری مقدار انرژی است که یک باتری کاملاً شارژ شده هنگام تخلیه تا کمترین ولتاژ مجاز از خود خارج می کند. در سیستم SI، ظرفیت باتری بر حسب کولن اندازه گیری می شود، اما معمولاً از یک واحد غیر سیستمی استفاده می شود - آمپر ساعت. 1 A/h \u003d 3600 C. همچنین ظرفیت باتری را می توان بر حسب وات ساعت مشخص کرد. یکی دیگر از مشخصه های اصلی باتری های الکتریکی، ولتاژ خروجی باتری است. با دانستن ولتاژ خروجی باتری، می توانید به راحتی ظرفیت باتری نشان داده شده در وات-ساعت را به آمپر-ساعت رایج تر تبدیل کنید.

مشخصات الکتریکی باتری ها به مواد الکترودها و ترکیب الکترولیت بستگی دارد. جدول زیر متداول ترین انواع باتری های الکتریکی را نشان می دهد.

با استفاده از باتری، ولتاژ و جریان خروجی آن کاهش می یابد. وقتی شارژ کامل تمام شد، باتری کار نمی کند. باتری ها را از هر منبع DC با ولتاژ بالاتر شارژ کنید و جریان را محدود کنید. به طور معمول، جریان شارژ، که بر حسب آمپر اندازه گیری می شود، دارای مقدار 1/10 ظرفیت اسمی باتری (بر حسب آمپر ساعت) است. برخی از انواع باتری ها محدودیت های متفاوتی دارند که باید در هنگام شارژ باتری و هنگام استفاده از آن در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، باتری های NiMH به شارژ بیش از حد حساس هستند، در حالی که باتری های لیتیومی به تخلیه بیش از حد، ولتاژ و دمای محیط حساس هستند. باتری های NiCd و NiMH دارای "اثر حافظه" هستند. این در کاهش ظرفیت باتری هنگام شارژ باتری ناقص دشارژ شده بیان می شود. همچنین این نوع باتری ها خود تخلیه قابل توجهی دارند، یعنی حتی در صورت عدم اتصال به بار، به تدریج شارژ خود را از دست می دهند. در مبارزه با این اثر، شارژ مجدد قطره ای کمک می کند.

باتری لیتیوم یون (Li-ion)- نوعی باتری الکتریکی که بیشترین استفاده را در دستگاه های الکترونیکی مصرفی مدرن دارد. در حال حاضر چنین باتری هایی در تلفن های همراه، لپ تاپ، تبلت، وسایل نقلیه الکتریکی، دوربین های دیجیتال، دوربین های فیلمبرداری و غیره استفاده می شود.

برای اولین بار گ.ن. لوئیس در سال 1912. اما تا دهه 1970 بود که اولین نمونه های تجاری سلول های لیتیوم اولیه ظاهر شدند.

در دهه 80 قرن گذشته، تعداد زیادی آزمایش انجام شد، که طی آن مشخص شد که دندریت ها بر روی سطح لیتیوم هنگامی که منبع جریان با الکترود لیتیوم فلزی چرخانده می شود، تشکیل می شوند. در نتیجه، دندریت ها به سمت الکترود مثبت رشد می کنند و یک اتصال کوتاه در داخل سلول لیتیومی رخ می دهد. این باعث شد که چنین منابع تغذیه ای از کار بیفتند. دمای داخل باتری در همان زمان به نقطه ذوب لیتیوم می رسد. این باعث می شود باتری منفجر شود.

در تلاش برای توسعه منبع جریان لیتیوم ایمن، مهندسان به جایگزینی فلز لیتیوم ناپایدار در باتری با ترکیبات بینابینی لیتیوم در کربن و اکسیدهای فلزات واسطه ای منجر شده اند. متداول ترین مواد مورد استفاده برای باتری های لیتیومی گرافیت و اکسید لیتیوم کبالت (LiCoO2) هستند. در چنین باتری، در طول شارژ-دشارژ، یون های لیتیوم از یک الکترود ورودی به الکترود دیگر و بالعکس عبور می کنند. اگرچه چنین مواد الکترودی چندین برابر انرژی الکتریکی ویژه کمتری نسبت به لیتیوم دارند، باتری های مبتنی بر آنها بسیار ایمن تر هستند. اولین باتری های لیتیوم یونی توسط سونی در سال 1991 ساخته شد. سونی در حال حاضر بزرگترین تولید کننده باتری های لیتیومی است.

مشخصات:

چگالی انرژی: 110 تا 200 وات ساعت بر کیلوگرم

مقاومت داخلی: 150 تا 250 mΩ (برای باتری 7.2 ولت)

تعداد چرخه های شارژ / دشارژ قبل از از دست دادن 20٪ ظرفیت: از 500 تا 1000

زمان شارژ سریع: 2-4 ساعت

اضافه شارژ مجاز: بسیار کم

خود تخلیه در دمای اتاق: حدود 7 درصد در سال

حداکثر ولتاژ در سلول: حدود 4.2 ولت (باتری کاملا شارژ شده است)

حداقل ولتاژ: حدود 2.5 ولت (باتری کاملاً تخلیه شده است)

جریان بار نسبت به ظرفیت (C):

اوج: بیش از 2 درجه سانتیگراد

قابل قبول ترین: حداکثر 1C

محدوده دمای کارکرد: -20 تا +60 درجه سانتیگراد

دستگاه .

در ابتدا از کک به عنوان آند استفاده می شد، اما بعداً از گرافیت استفاده شد. اکسیدهای لیتیوم با کبالت یا منگنز به عنوان کاتد استفاده می شود.

هنگامی که باتری های لیتیوم یون شارژ می شوند، واکنش شیمیایی زیر رخ می دهد:

روی کاتد: LiCoO 2 → Li 1-x CoO 2 + xLi + + xe -

روی آندها: С + xLi + + xe − → CLi x

هنگامی که باتری در حال شارژ است، واکنش معکوس رخ می دهد.

مزایای باتری های لیتیومی

1. چگالی انرژی بالا.

2. خود تخلیه کم.

3. بدون "اثر حافظه".

4. سهولت استفاده.

معایب باتری های لیتیومی

1. باتری های لیتیوم یونی در هنگام شارژ یا گرم شدن بیش از حد مستعد تخریب انفجاری هستند. برای جلوگیری از این اثر، تمام باتری‌های لیتیومی خانگی مجهز به مدار الکترونیکی داخلی هستند که شارژ باتری را کنترل می‌کند و از شارژ و گرم شدن بیش از حد آن جلوگیری می‌کند.

2. باتری ها ممکن است چرخه عمر کوتاه تری نسبت به انواع دیگر باتری ها داشته باشند اگر بی دقت استفاده شوند. تخلیه عمیق باتری سلول های لیتیوم یون را به طور کامل از کار می اندازد.

3. شرایط ذخیره سازی بهینه برای باتری های لیتیوم یونی در 40-50 درصد ظرفیت باتری و در دمای محیط حدود 5 درجه سانتی گراد به دست می آید. دمای پایین برای از دست دادن ظرفیت کم در طول ذخیره سازی طولانی مدت مهم تر است.

4. شرایط سخت برای شارژ باتری های لیتیوم یون، استفاده از آنها در انرژی های جایگزین را بسیار ناخوشایند می کند. این به این دلیل است که آسیاب‌های بادی و پنل‌های خورشیدی نمی‌توانند جریان ثابتی را در طول چرخه شارژ ارائه دهند.

سالخورده.

حتی اگر باتری لیتیومی استفاده نشود، بلافاصله پس از تولید شروع به قدیمی شدن می کند.

باتری های لیتیوم پلیمری و لیتیوم یونی برخلاف باتری های نیکل و نیکل فلز هیدرید، ظرفیت خود را در هنگام شارژ کاهش می دهند. هرچه شارژ باتری و دمای ذخیره سازی بالاتر باشد، عمر مفید آن کمتر است. بهتر است باتری های لیتیومی با 40 تا 50 درصد شارژ و در دمای 0 تا 10 درجه سانتی گراد نگهداری شوند. شارژ بیش از حد و همچنین تخلیه بیش از حد، ظرفیت چنین باتری هایی را کاهش می دهد.

باتری لیتیوم پلیمری (Li-pol یا Li-polymer)پیشرفته ترین طراحی باتری لیتیوم یون است. این ماده از یک ماده پلیمری با اجزاء پرکننده لیتیوم رسانای ژل مانند به عنوان الکترولیت استفاده می کند. آنها به طور گسترده در تلفن های هوشمند، تلفن های همراه و سایر فناوری های دیجیتال استفاده می شوند.

باتری‌های لیتیوم پلیمری خانگی معمولی نمی‌توانند جریان بالایی داشته باشند، اما باتری‌های لیتیوم پلیمری با قدرت ویژه ساخته شده‌اند که می‌توانند جریانی ۱۰ برابر یا بیشتر از مقدار عددی ظرفیت ارائه دهند. چنین باتری هایی به طور گسترده در مدل های رادیویی کنترل شده و همچنین در ابزارهای برقی و در برخی خودروهای الکتریکی مدرن استفاده می شود. چنین باتری هایی در فناوری جدید تبدیل انرژی ترمز - KERS استفاده می شود.

مزایای باتری های لیتیوم پلیمری

1. چگالی انرژی بالا در واحد حجم و جرم.

2. خود تخلیه کم.

3. ضخامت کوچک عناصر - از 1 میلی متر.

4. امکان به دست آوردن فرم های بسیار انعطاف پذیر.

5. افت ولتاژ زیادی به عنوان تخلیه آن نیست.

6. تعداد چرخه های عملیاتی - از 300 تا 500، در جریان های تخلیه 2C تا کاهش ظرفیت 20٪.

معایب باتری های لیتیوم پلیمری

1. باتری ها در صورت شارژ بیش از حد یا داغ شدن، خطر آتش سوزی دارند. برای جلوگیری از این اثر، تمام باتری‌های لیتیومی خانگی مجهز به مدار الکترونیکی داخلی هستند که شارژ باتری را کنترل می‌کند و از شارژ و گرم شدن بیش از حد آن جلوگیری می‌کند. الگوریتم های شارژر خاص نیز مورد نیاز است.

2. محدوده دمای عملیاتی باتری های لیتیوم پلیمری محدود است. این عناصر در سرما به خوبی کار نمی کنند.

درست مانند باتری های لیتیوم یونی، باتری های لیتیوم پلیمری نیز در معرض پیری قرار دارند.

توجه! هنگام استفاده از مطالب سایت، پیوند به مورد نیاز است.

باتری های لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر

تفکر مهندسی به طور مداوم در حال تحول است: با مشکلاتی که دائماً در حال ظهور هستند تحریک می شوند که به توسعه فناوری های جدید برای حل آنها نیاز دارند. زمانی باتری‌های نیکل-کادمیم (NiCd) با نیکل-فلز هیدرید (NiMH) جایگزین شدند و اکنون باتری‌های لیتیوم یونی (Li-ion) در تلاشند جای باتری‌های لیتیوم پلیمری (Li-pol) را بگیرند. باتری های NiMH تا حدی جایگزین NiCd شدند، اما به دلیل مزایای غیرقابل انکار دومی مانند توانایی ارائه جریان بالا، هزینه کم و عمر طولانی، نتوانستند جایگزین کامل خود را ارائه دهند. اما در مورد باتری های لیتیومی چطور؟ ویژگی های آنها چیست و باتری های Li-pol چه تفاوتی با Li-ion دارند؟ بیایید سعی کنیم این موضوع را درک کنیم.

به عنوان یک قاعده، همه ما هنگام خرید یک تلفن همراه یا یک کامپیوتر لپ تاپ، به این فکر نمی کنیم که باتری آنها چه نوع باتری است و به طور کلی این دستگاه ها چه تفاوتی دارند. و تنها پس از آن، در عمل با کیفیت های مصرف کننده باتری های خاص، ما شروع به تجزیه و تحلیل و انتخاب می کنیم. برای کسانی که عجله دارند و می خواهند فوراً به این سؤال پاسخ دهند که کدام باتری برای تلفن همراه بهینه است ، به طور خلاصه پاسخ خواهم داد - Li-ion. اطلاعات بیشتر برای افراد کنجکاو است.

بیایید با کمی انحراف در تاریخ شروع کنیم.

اولین آزمایشات در مورد ایجاد باتری های لیتیومی در سال 1912 آغاز شد، اما تنها شش دهه بعد، در اوایل دهه 70، آنها برای اولین بار در دستگاه های خانگی معرفی شدند. و تاکید می کنم فقط باتری ها بود. تلاش‌های بعدی برای توسعه باتری‌های لیتیومی (باتری‌های قابل شارژ) به دلیل مشکلات مرتبط با اطمینان از ایمنی عملکرد آنها ناموفق بود. لیتیوم، سبک ترین فلز، دارای بالاترین پتانسیل الکتروشیمیایی است و بالاترین چگالی انرژی را فراهم می کند. باتری هایی که از الکترودهای فلزی لیتیومی استفاده می کنند، هم با ولتاژ بالا و هم ظرفیت عالی مشخص می شوند. اما در نتیجه مطالعات متعدد در دهه 80 مشخص شد که عملکرد چرخه ای (شارژ - دشارژ) باتری های لیتیومی منجر به تغییراتی در الکترود لیتیومی می شود که در نتیجه پایداری حرارتی کاهش می یابد و تهدید حرارتی وجود دارد. دولت از کنترل خارج می شود هنگامی که این اتفاق می افتد، دمای سلول به سرعت به نقطه ذوب لیتیوم نزدیک می شود - و یک واکنش شدید شروع می شود و گازهای آزاد شده را مشتعل می کند. به عنوان مثال، تعداد زیادی از باتری های لیتیومی برای تلفن های همراه که در سال 1991 به ژاپن ارسال شده بودند، پس از چندین انفجار فراخوان شدند.

به دلیل ناپایداری ذاتی لیتیوم، محققان توجه خود را به باتری های لیتیومی غیرفلزی مبتنی بر یون های لیتیوم معطوف کرده اند. با از دست دادن اندکی چگالی انرژی و رعایت برخی اقدامات احتیاطی هنگام شارژ و دشارژ کردن، باتری‌های به اصطلاح لیتیوم یون ایمن‌تری دریافت کردند.

چگالی انرژی باتری های Li-ion معمولاً دو برابر NiCd استاندارد است و در آینده به لطف استفاده از مواد فعال جدید، انتظار می رود که آن را بیش از پیش افزایش داده و به برتری سه برابری نسبت به NiCd دست یابد. علاوه بر ظرفیت زیاد، باتری لیتیوم یونی در هنگام تخلیه مشابه NiCd رفتار می کند (شکل ویژگی های تخلیه آنها مشابه است و فقط در ولتاژ متفاوت است).

تا به امروز، انواع مختلفی از باتری های لیتیوم یون وجود دارد، و شما می توانید برای مدت طولانی در مورد مزایا و معایب یک نوع یا دیگری صحبت کنید، اما تشخیص آنها در ظاهر غیرممکن است. بنابراین، ما فقط مزایا و معایبی را که مشخصه انواع این دستگاه ها است، یادداشت می کنیم و دلایلی را که منجر به تولد باتری های لیتیوم پلیمری شده است، در نظر می گیریم.

مزایای اصلی

• چگالی انرژی بالا و در نتیجه ظرفیت زیاد با ابعاد مشابه در مقایسه با باتری های پایه نیکل.
• خود تخلیه کم.
• ولتاژ بالای یک سلول (3.6 ولت در مقابل 1.2 ولت برای NiCd و NiMH)، که طراحی را ساده می کند - اغلب باتری فقط از یک سلول تشکیل شده است. امروزه بسیاری از سازندگان از چنین باتری تک سلولی در تلفن های همراه استفاده می کنند (نوکیا را به یاد داشته باشید). با این حال، برای ارائه همان توان، جریان بالاتری باید ارائه شود. و این مستلزم اطمینان از مقاومت داخلی کم عنصر است.
• هزینه کم تعمیر و نگهداری (هزینه های عملیاتی) نتیجه عدم وجود اثر حافظه است که نیاز به چرخه های تخلیه دوره ای برای بازیابی ظرفیت دارد.

ایرادات

تکنولوژی ساخت باتری های لیتیوم یونی به طور مداوم در حال بهبود است. تقریباً هر شش ماه یکبار به روز می شود و درک چگونگی "رفتار" باتری های جدید پس از مدت طولانی ذخیره سازی دشوار است.

در یک کلام، باتری لیتیوم یونی برای همه خوب خواهد بود، اگر به خاطر مشکلات اطمینان از ایمنی عملکرد و هزینه بالا نبود. تلاش برای حل این مشکلات منجر به ظهور باتری های لیتیوم پلیمر (Li-pol یا Li-polymer) شد.

تفاوت اصلی آنها با Li-ion در نام و نوع الکترولیت مورد استفاده منعکس می شود. در ابتدا، در دهه 70، از یک الکترولیت پلیمری جامد خشک استفاده شد، شبیه به یک فیلم پلاستیکی و جریان الکتریکی را هدایت نمی کرد، اما اجازه تبادل یون ها (اتم های باردار الکتریکی یا گروه هایی از اتم ها) را می داد. الکترولیت پلیمری در واقع جایگزین جداکننده متخلخل آغشته به الکترولیت سنتی می شود.

این طراحی فرآیند تولید را ساده می کند، ایمن تر است و امکان تولید باتری های نازک با شکل دلخواه را فراهم می کند. علاوه بر این، عدم وجود الکترولیت مایع یا ژل، امکان اشتعال را از بین می برد. ضخامت عنصر حدود یک میلی متر است، به طوری که طراحان تجهیزات در انتخاب شکل، شکل و اندازه آزاد هستند تا آن را در قطعات لباس بگنجانند.

اما تا کنون، متأسفانه، باتری های لیتیوم پلیمری خشک، هدایت الکتریکی کافی در دمای اتاق ندارند. مقاومت داخلی آنها بسیار زیاد است و نمی تواند مقدار جریان مورد نیاز برای ارتباطات مدرن و منبع تغذیه هارد دیسک های لپ تاپ را تامین کند. در عین حال، هنگامی که تا 60 درجه سانتیگراد یا بیشتر گرم می شود، هدایت الکتریکی لیتیوم پلیمر تا حد قابل قبولی افزایش می یابد، اما این برای استفاده انبوه مناسب نیست.

محققان به توسعه باتری های لیتیوم پلیمری با الکترولیت جامد خشک که در دمای اتاق کار می کند ادامه می دهند. انتظار می رود چنین باتری هایی تا سال 2005 به صورت تجاری در دسترس باشند. آنها پایدار خواهند بود، اجازه 1000 چرخه شارژ-تخلیه کامل را می دهند و چگالی انرژی بالاتری نسبت به باتری های لیتیوم یون امروزی دارند.

در همین حال، برخی از انواع باتری های لیتیوم پلیمری در حال حاضر به عنوان منبع تغذیه پشتیبان در آب و هوای گرم استفاده می شوند. به عنوان مثال، برخی از تولید کنندگان به طور خاص عناصر گرمایشی را نصب می کنند که دمای مطلوب باتری را حفظ می کند.

می پرسی: چطوره؟ باتری های لیتیوم پلیمری با قدرت و اصلی در بازار به فروش می رسند، سازندگان آنها را با گوشی و کامپیوتر تکمیل می کنند و ما در اینجا می گوییم که هنوز برای استفاده تجاری آماده نیستند. همه چیز بسیار ساده است. در این مورد، ما در مورد باتری هایی صحبت می کنیم که دارای الکترولیت جامد خشک نیستند. به منظور افزایش هدایت الکتریکی باتری های لیتیوم پلیمری کوچک، مقداری الکترولیت ژل مانند به آنها اضافه می شود. و بیشتر باتری‌های لیتیوم پلیمری که امروزه برای تلفن‌های همراه استفاده می‌شوند، در واقع هیبریدی هستند، زیرا حاوی الکترولیت ژل مانند هستند. درست تر است که آنها را پلیمر لیتیوم-یون بنامیم. اما اکثر تولید کنندگان به سادگی آنها را برای اهداف تبلیغاتی Li-polymer برچسب گذاری می کنند. اجازه دهید در مورد این نوع باتری های لیتیوم پلیمری صحبت کنیم، زیرا در حال حاضر آنها بیشترین علاقه را دارند.

بنابراین، تفاوت بین باتری لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر با افزودن یک الکترولیت ژل چیست؟ اگرچه ویژگی ها و کارایی هر دو سیستم تا حد زیادی مشابه است، اما منحصر به فرد بودن باتری پلیمر لیتیوم یون (می توانید آن را به این نام بنامید) این است که هنوز از یک الکترولیت جامد استفاده می کند که جایگزین جداکننده متخلخل می شود. الکترولیت ژل فقط برای افزایش هدایت یونی اضافه می شود.

مشکلات فنی و تاخیر در افزایش تولید، معرفی باتری های پلیمری لیتیوم یون را به تاخیر انداخته است. به گفته برخی کارشناسان، این امر ناشی از تمایل سرمایه‌گذارانی است که پول زیادی را در توسعه و تولید انبوه باتری‌های لیتیوم یون سرمایه‌گذاری کرده‌اند تا سرمایه‌گذاری‌های خود را پس بگیرند. بنابراین، آنها عجله ای برای تغییر به فن آوری های جدید ندارند، اگرچه در تولید انبوه لیتیوم یون، باتری های پلیمری ارزان تر از لیتیوم-یون خواهند بود.

و اکنون در مورد ویژگی های عملکرد باتری های Li-ion و Li-polymer.

ویژگی های اصلی آنها بسیار شبیه است. شارژ باتری های Li-ion با جزئیات کافی در مقاله توضیح داده شده است. علاوه بر این، من فقط یک نمودار (شکل 1) از نشان دادن مراحل شارژ، و توضیحات کوچک برای آن ارائه خواهم کرد.

زمان شارژ تمام باتری های لیتیوم یون با جریان شارژ اولیه 1C (از لحاظ عددی برابر با مقدار اسمی ظرفیت باتری) به طور متوسط ​​3 ساعت است. شارژ کامل زمانی حاصل می شود که ولتاژ باتری برابر با آستانه بالایی باشد و زمانی که جریان شارژ به سطح تقریباً برابر با 3٪ از مقدار اولیه کاهش یابد. باتری در هنگام شارژ سرد می ماند. همانطور که از نمودار مشخص است، فرآیند شارژ شامل دو مرحله است. در ابتدا (بیش از یک ساعت)، ولتاژ با جریان شارژ اولیه تقریباً ثابت 1 درجه سانتیگراد رشد می کند تا زمانی که ابتدا به آستانه ولتاژ بالایی برسد. در این مرحله باتری تا حدود 70 درصد ظرفیت خود شارژ می شود. در ابتدای مرحله دوم، ولتاژ تقریبا ثابت می ماند و جریان کاهش می یابد تا به 3 درصد بالا برسد. پس از آن، شارژ به طور کامل متوقف می شود.

اگر می خواهید باتری را همیشه شارژ نگه دارید، پس از 500 ساعت یا 20 روز شارژ مجدد توصیه می شود. معمولاً زمانی انجام می شود که ولتاژ در پایانه های باتری به 4.05 ولت کاهش یابد و با رسیدن به 4.2 ولت متوقف شود.

چند کلمه در مورد محدوده دما هنگام شارژ. اکثر انواع باتری های لیتیوم یونی امکان شارژ با جریان 1 درجه سانتی گراد را در دمای 5 تا 45 درجه سانتی گراد فراهم می کنند. در دمای 0 تا 5 درجه سانتی گراد، توصیه می شود با جریان 0.1 درجه سانتی گراد شارژ شود. شارژ در دمای زیر صفر ممنوع است. برای شارژ، دمای بهینه از 15 تا 25 درجه سانتیگراد است.

فرآیندهای شارژ در باتری‌های لیتیوم پلیمری تقریباً مشابه مواردی است که در بالا توضیح داده شد، بنابراین مصرف‌کننده نیازی به دانستن کدام یک از دو نوع باتری در دست ندارد. و تمام آن شارژرهایی که او برای باتری های لیتیوم یون استفاده کرد برای لیتیوم پلیمر مناسب هستند.

و حالا در مورد شرایط ترخیص. به طور معمول، باتری‌های لیتیوم یونی تا 3.0 ولت در هر سلول تخلیه می‌شوند، اگرچه برخی از انواع دارای محدودیت کمتری 2.5 ولت هستند. سازندگان تجهیزات باتری‌دار معمولاً دستگاه‌هایی با آستانه خاموشی 3.0 ولت (برای همه موارد) طراحی می‌کنند. این یعنی چی؟ ولتاژ باتری با روشن شدن گوشی به تدریج کاهش می یابد و به محض رسیدن به 3.0 ولت دستگاه به شما هشدار داده و خاموش می شود. با این حال، این به هیچ وجه به این معنی نیست که مصرف انرژی از باتری متوقف شده است. انرژی، هرچند کم، برای تشخیص فشار دادن کلید پاور گوشی و برخی عملکردهای دیگر مورد نیاز است. علاوه بر این، انرژی توسط مدار کنترل داخلی و حفاظتی خود مصرف می شود و تخلیه خود به خود، اگرچه کم است، اما حتی برای باتری های لیتیومی نیز معمول است. در نتیجه، اگر باتری های لیتیومی را برای مدت طولانی بدون شارژ مجدد رها کنید، ولتاژ روی آنها به زیر 2.5 ولت می رسد که بسیار بد است. در این حالت، مدار کنترل داخلی و حفاظت ممکن است غیرفعال شود و همه شارژرها قادر به شارژ چنین باتری هایی نخواهند بود. علاوه بر این، تخلیه عمیق بر ساختار داخلی خود باتری تأثیر منفی می گذارد. یک باتری کاملاً دشارژ شده باید در مرحله اول با جریان تنها 0.1C شارژ شود. به طور خلاصه، باتری ها دوست دارند در حالت شارژ باشند تا در حالت دشارژ.

چند کلمه در مورد شرایط دمایی هنگام تخلیه (در حین کار بخوانید).

به طور کلی، باتری های لیتیوم یون در دمای اتاق بهترین عملکرد را دارند. کار در شرایط گرمتر عمر مفید آنها را به طور جدی کاهش می دهد. اگرچه، برای مثال، یک باتری سرب اسیدی بالاترین ظرفیت را در دمای بالای 30 درجه سانتیگراد دارد، استفاده طولانی مدت در چنین شرایطی عمر باتری را کوتاه می کند. به همین ترتیب، لیتیوم یون در دماهای بالا بهترین عملکرد را دارد، که در ابتدا با افزایش مقاومت داخلی باتری که در نتیجه پیری ایجاد می شود، مقابله می کند. اما افزایش تولید انرژی کوتاه مدت است، زیرا افزایش دما به نوبه خود به تسریع پیری کمک می کند و با افزایش بیشتر مقاومت داخلی همراه است.

استثنا در حال حاضر فقط باتری های لیتیوم پلیمری با الکترولیت پلیمری جامد خشک است. برای آنها دمای 60 تا 100 درجه سانتیگراد حیاتی است. و چنین باتری هایی جایگاه خود را در بازار منابع پشتیبان در مکان هایی با آب و هوای گرم به دست آورده اند. آنها در یک محفظه عایق حرارتی با عناصر گرمایش داخلی که از یک شبکه خارجی تغذیه می شوند، قرار می گیرند. گفته می شود باتری های پلیمری لیتیوم یون به عنوان پشتیبان از نظر ظرفیت و دوام نسبت به باتری های VRLA برتری دارند، به خصوص در زمینه هایی که کنترل دما امکان پذیر نیست. اما قیمت بالای آنها همچنان یک عامل بازدارنده است.

در دماهای پایین، راندمان باتری ها در تمام سیستم های الکتروشیمیایی به شدت کاهش می یابد. در حالی که برای باتری‌های NiMH، SLA و Li-ion -20 درجه سانتی‌گراد حدی است که در آن کار نمی‌کنند، NiCd تا -40 درجه سانتی‌گراد به کار خود ادامه می‌دهد. فقط اشاره می کنم که باز هم ما فقط در مورد باتری های با کاربرد گسترده صحبت می کنیم.

لازم به یادآوری است که اگرچه باتری می تواند در دمای پایین کار کند، اما این بدان معنا نیست که در این شرایط نیز می توان آن را شارژ کرد. حساسیت بیشتر باتری ها در دمای بسیار پایین بسیار محدود است و جریان شارژ در این موارد باید به 0.1 درجه سانتیگراد کاهش یابد.

در خاتمه، می‌خواهم توجه داشته باشم که می‌توانید در فروم زیر انجمن لوازم جانبی سؤالات و مشکلات مربوط به Li-ion، Li-polymer و همچنین انواع باتری‌های دیگر را مطرح کنید.

هنگام نوشتن مقاله، از مواد استفاده شده است [ - باتری برای دستگاه های تلفن همراه و لپ تاپ. آنالایزرهای باتری

باتری ها: Li-ion، Li-Pol، Li-ion-pol و قوانین عملکرد آنها

کمی تاریخ و نظریه:

اولین آزمایشات در مورد ایجاد باتری های لیتیومیآغاز شد در 1912 سال، اما تنها شش دهه بعد، در اوایل دهه 70، آنها برای اولین بار در دستگاه های خانگی ظاهر شدند. و تاکید می کنم فقط باتری ها بود. تلاش‌های بعدی برای توسعه باتری‌های لیتیومی (باتری‌های قابل شارژ) به دلیل مشکلاتی که در حصول اطمینان از عملکرد ایمن آنها وجود داشت، ناموفق بود.

لیتیوم سبک ترین فلز است، دارای بیشترین پتانسیل الکتروشیمیایی است و بیشترین چگالی انرژی را فراهم می کند. باتری‌هایی که از الکترودهای فلزی لیتیوم استفاده می‌کنند، می‌توانند هم ولتاژ بالا و هم ظرفیت عالی را ارائه دهند. اما در نتیجه مطالعات متعدد در دهه 80 مشخص شد که چرخه (شارژ - دشارژ) باتری های لیتیومی منجر به تغییراتی در الکترود لیتیومی می شود و باعث کاهش پایداری حرارتی و باعث خارج شدن پتانسیل حالت حرارتی از کنترل می شود. هنگامی که این اتفاق می افتد، دمای سلول به سرعت به نقطه ذوب لیتیوم نزدیک می شود و واکنش شدیدی رخ می دهد و گازهای آزاد شده را مشتعل می کند. به عنوان مثال، تعداد زیادی از باتری های لیتیومی برای تلفن های همراه که در سال 1991 به ژاپن ارسال شده بود، پس از چندین حادثه آتش گرفتن و ایجاد سوختگی در افراد، فراخوان شدند.

به دلیل ناپایداری ذاتی لیتیوم، محققان توجه خود را به باتری های لیتیومی غیرفلزی مبتنی بر یون های لیتیوم معطوف کرده اند. با از دست دادن اندکی چگالی انرژی و رعایت برخی اقدامات احتیاطی هنگام شارژ و دشارژ کردن، باتری‌های به اصطلاح لیتیوم یون ایمن‌تری دریافت کردند.

چگالی انرژی باتری های Li-ion معمولاً دو برابر چگالی NiCd استاندارد است و در آینده با استفاده از مواد فعال جدید، انتظار می رود که آن را بیش از پیش افزایش داده و به برتری سه برابری نسبت به NiCd دست یابد. علاوه بر ظرفیت بالا، باتری‌های لیتیوم یونی در هنگام تخلیه مشابه NiCd رفتار می‌کنند (مشخصات تخلیه آنها از نظر شکل مشابه است و فقط از نظر ولتاژ متفاوت است).

امروزه انواع مختلفی از باتری های لیتیوم یونی وجود دارد.، و می توانید مدت زیادی در مورد مزایا و معایب این یا آن نوع صحبت کنید، اما از نظر مصرف کننده، تشخیص آنها در ظاهر امکان پذیر نیست. بنابراین، ما فقط مزایا و معایبی را که در همه انواع مشترک است، یادداشت می کنیم و دلایلی را که منجر به تولد باتری های لیتیوم پلیمری شده است، در نظر می گیریم.

مزایای اصلی:

• چگالی انرژی بالا و در نتیجه ظرفیت زیاد با ابعاد مشابه در مقایسه با باتری های پایه نیکل.
• خود تخلیه کم.
• ولتاژ تک سلولی بالا (3.6 ولت در مقابل 1.2 ولت برای NiCd و NiMH)، که طراحی را ساده می کند و اغلب باتری فقط از یک سلول تشکیل شده است. امروزه بسیاری از سازندگان استفاده از چنین باتری تک سلولی را برای تلفن های همراه هدف قرار داده اند (به نوکیا فکر کنید). با این حال، برای تامین توان یکسان، جریان بالاتری باید تامین شود. و این مستلزم اطمینان از مقاومت داخلی کم عنصر است.
• هزینه نگهداری (عملیاتی) کم، زیرا اثر حافظه وجود ندارد و سیکل های تخلیه دوره ای برای بازیابی ظرفیت مورد نیاز نیست.

و معایب:

• باتری به مدار محافظ داخلی نیاز دارد (که هزینه آن را بیشتر می‌کند) که حداکثر ولتاژ هر سلول باتری را در هنگام شارژ محدود می‌کند و از افت بیش از حد ولتاژ سلول در هنگام تخلیه جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، حداکثر جریان های شارژ و تخلیه را محدود می کند و دمای سلول را کنترل می کند. در نتیجه امکان متالیزاسیون لیتیوم عملاً منتفی است.
• باتری در معرض پیری است، حتی اگر استفاده نشود و فقط روی قفسه دراز بکشد. فرآیند پیری برای اکثر باتری های لیتیوم یون معمولی است. به دلایل واضح، تولید کنندگان در مورد این مشکل سکوت می کنند. صرف نظر از اینکه باتری در حال استفاده بوده یا نه، پس از یک سال کاهش جزئی ظرفیت محسوس است. بعد از دو یا سه سال اغلب غیر قابل استفاده می شود. با این حال، باتری های دیگر سیستم های الکتروشیمیایی نیز تغییرات مربوط به سن را با بدتر شدن پارامترهای خود نشان می دهند (این امر به ویژه برای NiMH که در معرض دمای بالای محیط قرار دارد صادق است). برای کاهش روند پیری، باتری را که تقریباً 40 درصد ظرفیت اسمی آن شارژ شده است، در مکانی خنک و دور از تلفن نگهداری کنید.
• هزینه بالاتر در مقایسه با باتری های NiCd.

تکنولوژی ساخت باتری های لیتیوم یونی به طور مداوم در حال بهبود است. تقریباً هر شش ماه یکبار به‌روزرسانی می‌شود و ارزیابی عملکرد باتری‌های جدید پس از مدت‌های طولانی ذخیره‌سازی دشوار می‌شود.

در یک کلام، همه خوب هستند. لیتیوم یونباتری، اما برخی از مشکلات در ایمنی عملیات و هزینه بالا وجود دارد. تلاش برای حل این مشکلات منجر به پیدایش پلیمر لیتیوم شد (Li-pol یا Li-polymer) باتری ها

تفاوت اصلی آنها با Li-ionدر نام خود گنجانده شده است و در نوع الکترولیت استفاده شده نهفته است. ما از یک الکترولیت پلیمری جامد خشک مشابه یک فیلم پلاستیکی استفاده کردیم که جریان الکتریکی را رسانا نمی‌کند، اما اجازه تبادل یون‌ها (اتم‌های باردار الکتریکی یا گروه‌هایی از اتم‌ها) را می‌دهد. الکترولیت پلیمری عملاً جایگزین جداکننده متخلخل آغشته به الکترولیت سنتی مورد استفاده در باتری‌های لیتیوم یون می‌شود.

این طراحی فرآیند تولید را ساده می کند، ایمن تر است و امکان تولید باتری های نازک با شکل دلخواه را فراهم می کند. علاوه بر این، به دلیل عدم وجود الکترولیت مایع یا ژل، خطر اشتعال وجود ندارد. با ضخامت عنصر در حدود یک میلی متر، طراحان تجهیزات در انتخاب شکل، شکل و اندازه آزادند تا آن را در قطعات لباس بگنجانند.

اما تا کنون، متأسفانه، باتری های لیتیوم پلیمری خشک، هدایت الکتریکی کافی در دمای اتاق ندارند. مقاومت داخلی آنها بسیار زیاد است و نمی تواند مقدار جریان مورد نیاز برای دستگاه های ارتباطی مدرن و منبع تغذیه هارد دیسک های لپ تاپ را تامین کند. در عین حال، هنگامی که تا 60 درجه سانتیگراد یا بیشتر گرم می شود، هدایت الکتریکی تا حد قابل قبولی افزایش می یابد، اما این برای استفاده انبوه مناسب نیست.

می‌پرسید چطور است، باتری‌های لیتیوم پلیمری با قدرت و اصلی در بازار به فروش می‌رسند، تولیدکنندگان آن‌ها را با گوشی و کامپیوتر تکمیل می‌کنند و ما اینجا می‌گوییم که هنوز برای استفاده تجاری آماده نیستند. همه چیز بسیار ساده است. در این مورد، ما در مورد باتری هایی صحبت می کنیم که دارای الکترولیت جامد خشک نیستند. به منظور افزایش هدایت الکتریکی باتری های لیتیوم پلیمری کوچک، مقداری الکترولیت ژل مانند به آنها اضافه می شود. و بیشتر باتری‌های لیتیوم پلیمری که امروزه برای تلفن‌های همراه استفاده می‌شوند، در واقع هیبریدی هستند، زیرا حاوی الکترولیت ژل مانند هستند. آنها پلیمر لیتیوم یون نامیده می شوند. اما اکثر تولید کنندگان، برای اهداف تبلیغاتی و تبلیغاتی، آنها را صرفاً به عنوان Li-polymer برچسب گذاری می کنند.

اول از همه، تفاوت بین باتری لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر با الکترولیت ژل شده چیست؟ اگرچه ویژگی ها و کارایی هر دو سیستم بسیار شبیه به هم هستند، اما منحصر به فرد بودن باتری پلیمر لیتیوم یونی (می توانید آن را اینطور بنامید) این است که هنوز از یک الکترولیت جامد استفاده می کند که جایگزین جداکننده متخلخل می شود. الکترولیت ژل فقط برای افزایش هدایت یونی اضافه می شود.

همه تلفن های مدرن، تلفن های هوشمند و PDA ها به باتری های مبتنی بر لیتیوم مجهز هستند: لیتیوم یون یا لیتیوم پلیمر، بنابراین در آینده در مورد آنها صحبت خواهیم کرد. چنین باتری هایی ظرفیت و عمر مفید قابل توجهی دارند، اما نیاز به رعایت دقیق قوانین عملکرد خاصی دارند.

این قوانین را می توان به دو گروه تقسیم کرد:

• مستقل از کاربر
• وابسته به کاربر

که در اولیناین گروه شامل قوانین اساسی برای شارژ و دشارژ باتری ها است که توسط یک دستگاه (کنترل کننده) تعبیه شده در باتری و گاهی اوقات توسط یک کنترل کننده اضافی که در خود دستگاه قرار دارد کنترل می شود. این قوانین ساده هستند:

• باتری باید در تمام طول عمر خود در حالتی باشد که ولتاژ آن از 4.2 ولت بیشتر نشود و کمتر از 2.7 ولت نباشد. این ولتاژها به ترتیب نشانگر حداکثر (100٪) و حداقل (0٪) شارژ هستند. حداقل ولتاژ فوق برای باتری های دارای الکترود کک اعمال می شود، اما اکثر باتری های مدرن دارای الکترودهای گرافیتی هستند. برای آنها حداقل ولتاژ 3 ولت است.
• مقدار انرژی که باتری در هنگام تغییر شارژ آن از 100% به 0% می دهد ظرفیت آن است. برخی از سازندگان حداکثر ولتاژ را به 4.1 ولت محدود می کنند، در حالی که عمر باتری بیشتر است، اما ظرفیت آن حدود 10٪ کاهش می یابد. همچنین، گاهی اوقات آستانه پایین به 3.0-3.3 ولت، بسته به جنس الکترودها، با همان عواقب افزایش می یابد.
• عمر باتری تقریباً با 45 درصد شارژ بیشتر است و با افزایش یا کاهش وضعیت شارژ، عمر باتری کاهش می یابد. اگر شارژ در محدوده ای باشد که کنترلر باتری (به بالا مراجعه کنید)، تغییر در دوام قابل توجه نیست.
• اگر به دلیل شرایطی، ولتاژ باتری حتی برای مدت کوتاهی از محدودیت های ذکر شده در بالا فراتر رود، عمر آن به طور چشمگیری کاهش می یابد. به این حالت ها شارژ بیش از حد و تخلیه بیش از حد گفته می شود و برای باتری بسیار خطرناک است.

کنترل‌کننده‌های باتری طراحی‌شده برای دستگاه‌های مختلف، در صورتی که (کنترل‌کننده‌ها) با کیفیت مناسب ساخته شوند، هرگز اجازه ندهید ولتاژ باتری در حین شارژ بیش از 4.2 ولت شود، بلکه بسته به هدف باتری، ممکن است حداقل ولتاژ را در باتری محدود کند. روش های مختلف هنگام تخلیه بنابراین، در باتری‌هایی که مثلاً برای یک پیچ گوشتی یا موتور یک مدل ماشین طراحی شده‌اند، حداقل ولتاژ احتمالاً حداقل مجاز است و برای یک PDA یا تلفن هوشمند بیشتر است، زیرا حداقل ولتاژ 2.7- 3.0 ولت ممکن است به سادگی برای کار کردن دستگاه الکترونیکی کافی نباشد. بنابراین در دستگاه های پیچیده مانند تلفن، PDA و .... عملکرد کنترلر تعبیه شده در خود باتری توسط کنترل کننده در خود دستگاه تکمیل می شود.

بیایید در مورد فرآیند شارژ باتری های لیتیومی صحبت کنیم.شارژر هر باتری لیتیومی منبع ولتاژ ثابت 5 ولت است که می تواند جریانی معادل تقریباً 0.5-1.0 ظرفیت باتری برای شارژ ارائه دهد. بنابراین، اگر ظرفیت باتری 1000 میلی آمپر ساعت باشد، شارژر باید جریان شارژ حداقل 500 میلی آمپر و اسماً 1 آمپر را ارائه دهد.

روش های مختلفی برای شارژ باتری های لیتیومی وجود دارد.

بیایید با حالتی که در سونی استاندارد است شروع کنیم. این حالت به زمان شارژ طولانی، کنترل کننده پیچیده نیاز دارد، اما کامل ترین شارژ باتری را فراهم می کند.

در مرحله اول شارژ که تقریباً 1 ساعت طول می کشد، باتری با یک جریان ثابت شارژ می شود تا زمانی که ولتاژ 4.2 ولت بر روی باتری برسد. پس از آن مرحله دوم شروع می شود که حدود یک ساعت طول می کشد و در طی آن کنترلر با حفظ ولتاژ روی باتری دقیقاً در 4.2 ولت جریان شارژ را به تدریج کاهش می دهد. هنگامی که جریان شارژ به مقدار مشخصی کاهش می یابد (حدود 0.2 ظرفیت باتری)، مرحله سوم شارژ شروع می شود، که در طی آن جریان شارژ همچنان کاهش می یابد و ولتاژ در پایانه های باتری در همان سطح باقی می ماند - 4.2 ولت. مرحله سوم، برخلاف دو مرحله اول، مدت زمان کاملاً مشخصی دارد که توسط تایمر تعبیه شده در کنترلر تعیین می شود - 1 ساعت. بعد از مرحله سوم، کنترلر باتری را به طور کامل از شارژر جدا می کند.

درجه شارژ باتری در پایان مرحله اول 70٪، در پایان دوم - 90٪ و در پایان سوم - 100٪ است.

بسیاری از شرکت ها در تلاش برای کاهش هزینه دستگاه های خود، از حالت های شارژ باتری ساده استفاده می کنند، به عنوان مثال، توقف شارژ زمانی که ولتاژ باتری به 4.2 ولت می رسد، یعنی فقط از مرحله اول شارژ استفاده می کنند. در این مورد، باتری به سرعت شارژ می شود، اما، افسوس، تنها تا 70٪ از ظرفیت واقعی آن. تشخیص اینکه دستگاه شما چنین کنترل کننده ساده ای دارد دشوار نیست - شارژ کامل آن حدود 3 ساعت طول می کشد، نه کمتر.

به گروه دومشامل قوانین عملیاتی است که من و شما می توانیم بر آنها تأثیر بگذاریم و در نتیجه عمر باتری را به میزان قابل توجهی افزایش یا کاهش دهیم. این قوانین عبارتند از:

• باید سعی کنید باتری را به حداقل شارژ نرسانید و علاوه بر این، به حالتی برسد که دستگاه به خودی خود خاموش شود، خوب، اگر این اتفاق افتاد، باید در اسرع وقت باتری را شارژ کنید.
• نیازی به ترس از شارژ مجدد مکرر، از جمله موارد جزئی، در صورت عدم شارژ کامل وجود ندارد - این به باتری آسیبی نمی رساند.

برخلاف نظر بسیاری از کاربران، شارژ بیش از حد به باتری‌های لیتیومی آسیب می‌رساند، اگر نه بیشتر از تخلیه عمیق.البته کنترلر حداکثر سطح شارژ را محدود می کند، اما یک نکته ظریف وجود دارد. به خوبی شناخته شده است که ظرفیت باتری ها به دما بستگی دارد. بنابراین، اگر به عنوان مثال، باتری را در دمای اتاق شارژ کنیم و 100٪ شارژ داشته باشیم، وقتی در سرما بیرون می رویم و دستگاه خنک می شود، درجه شارژ باتری می تواند تا 80٪ یا کمتر کاهش یابد. . اما ممکن است برعکس هم باشد. باتری شارژ شده در دمای اتاق تا 100٪، اگر کمی گرم شود، مثلاً تا 105٪ شارژ می شود و این برای آن بسیار بسیار نامطلوب است. چنین شرایطی در حین کار دستگاه که برای مدت طولانی در گهواره بوده است رخ می دهد. در حین کار، دمای دستگاه و به همراه آن باتری افزایش می یابد، اما شارژ از قبل پر شده است ...

در این رابطه، قانون می گوید: اگر نیاز به کار در گهواره دارید، ابتدا دستگاه را از شارژر جدا کنید، روی آن کار کنید و وقتی به رژیم دمای "مبارزه" رسید، شارژر را وصل کنید.

به هر حال، این قانون برای دارندگان لپ تاپ و سایر ابزارها نیز صدق می کند.

شرایط ایده آل برای نگهداری طولانی مدت باتری- این خارج از دستگاه با شارژ حدود 50٪ است. یک باتری قابل تعمیر نیازی به مراقبت از خود برای ماه ها (حدود شش ماه) ندارد.

و در نهایت، اطلاعات بیشتر.

• - برخلاف تصور رایج، باتری های لیتیومی، برخلاف نیکل، تقریباً هیچ «اثر حافظه» ندارند، بنابراین به اصطلاح «آموزش» باتری لیتیومی جدید عملاً بی معنی است. برای آرامش خود کافی است یک یا دو بار باتری جدید را به طور کامل شارژ و دشارژ کنید. این برای کالیبره کردن کنترلر اختیاری مورد نیاز است.
• - دارندگان دستگاه می دانند که شارژ باتری هم از شارژر و هم از USB امکان پذیر است. در عین حال، عدم امکان شارژ از USB اغلب گیج کننده است. واقعیت این است که طبق "قانون"، کنترل کننده USB باید جریانی حدود 500 میلی آمپر به دستگاه های جانبی متصل به آن بدهد. با این حال، شرایطی وجود دارد که یا خود کنترلر نمی تواند چنین جریانی را تامین کند، یا دستگاه به یک کنترلر USB متصل است، که نوعی دستگاه جانبی از قبل آویزان است و بخشی از برق را مصرف می کند. این جریان برای شارژ کافی نیست، به خصوص اگر باتری بیش از حد تخلیه شود.
• - باتری های لیتیومی خیلی دوست ندارند یخ بزنند. همیشه سعی کنید از استفاده از دستگاه در یخبندان شدید اجتناب کنید - از خود دور شوید و باتری باید تعویض شود. البته، اگر ماشین تحریر را از جیب داخلی گرم ژاکت بیرون بیاورید و چند یادداشت یا تماس بگیرید و سپس حیوان را برگردانید، مشکلی پیش نمی آید.
• - تمرین نشان می دهد که باتری های لیتیومی (نه تنها باتری ها) ظرفیت خود را با کاهش فشار اتمسفر (در ارتفاعات، در هواپیما) کاهش می دهند. این به باتری ها آسیب نمی رساند، اما باید از این موضوع آگاه باشید.
• - این اتفاق می افتد که پس از خرید یک باتری با ظرفیت بالا (مثلاً 2200 میلی آمپر ساعت به جای 1100 میلی آمپر ساعت استاندارد)، دستگاه پس از چند روز استفاده از باتری جدید شروع به رفتار عجیبی می کند: آویزان می شود، خاموش می شود، به نظر می رسد باتری در حال شارژ است، اما به نوعی عجیب است، و غیره. ممکن است شارژر شما که با موفقیت روی باتری "بومی" کار می کند، به سادگی قادر به تامین جریان کافی برای شارژ یک باتری با ظرفیت بالا نباشد. راه حل این است که یک شارژر با جریان خروجی زیاد بخرید (مثلاً 2 آمپر به جای 1 آمپر قبلی).

6 کاربر این پست را پسندیده اند