Литий-полимерные аккумуляторы — особенности правильной эксплуатации и зарядки Li-pol АКБ

Попытки использовать легкий активный литий в качестве электродов для аккумуляторов закончились провалом, но одноразовые батарейки эффективны. Современники литиевыми аккумуляторами называют приборы, с ионами лития. Их используют в виде солей на подложке из алюминиевой или медной фольги. Активным элементом является ион лития, аккумулятор называется литий-ионный. Условие – в герметичном корпусе обязательно залит жидкий электролит. Если внутри гель или специальная пленка – литий-полимерная батарея. Все литиевые батареи относят к щелочным.

Литий-ионный и литий-полимерный, разница

Аккумуляторная батарея – система динамичная. Рабочие параметры зависят от любого компонента. Посмотрим, как подействовало наполнение гелем вместо жидкого электролита и какой лучше, литий-полимерный или литий-ионный аккумулятор, в чем разница.

Оба вида батарей характеризуются высокой плотностью энергии при малых размерах. Один элемент способен выдать напряжение 3,6 В, в два раза больше Ni-Cd батареи. Нет эффекта памяти, аккумулятор можно заряжать на любом уровне запаса энергии.

Отличия в том, что при использовании жидкого литий-ионного аккумулятора максимальное напряжение при заряде и минимальное при разряде контролирует встроенная защита, устройство становится дороже. Без защиты возможно возгорание и даже, взыв. Такие проблемы не сопровождают работу сухого литий-полимерного элемента. Гелевый элемент можно называть литий-ионным полимерным аккумулятором. Это гибрид, где используют вместо сепаратора полимерную пленку с твердым составом, ее действие усиливает обычный электролит в гелевой форме. Но называют гибрид литий-полимерным, в интересах маркетинга.

Сравнение литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов

Рассмотрим методику заряда литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов. Какой из них быстрее зарядится? Исследования показывают, за первый час батареи заряжаются на 70-80 %, в последующем на пониженном токе напряжение доводят до максимального, и зарядное устройство отключает процесс. Зарядка, разрядка проходят за одно время. Ни чем не отличается, работоспособность литий-полимерного аккумулятора от литий-ионного.

Но обратите внимание на форму батарей. Компактная, в прочной герметичной упаковке из ламинированной фольги, литий-полимерная батарея удобнее в монтаже. Какой аккумулятор, литий-ионный или литий-полимерный выбрать? Если вам нужен легкий и емкий аккумулятор, выбирайте полимерный.

Предлагаем сравнить реакцию двух видов батарей на неисправности и решить, какой аккумулятор безопаснее, литий-ионный или литий-полимерный.

Вид испытаний	Аккумулятор литий-полимерный	Аккумулятор с жидким электролитом
Прокол	Нет изменений	Нагрев до 2500, взрыв, дым, протечка
Нагрев до 200 0	Нет внешних изменений	Взрыв, электролит потек
Короткое замыкание	Нет изменений	Нагрелся до 100 0 С, потек
Перезаряд	Вспучивание	Взрыв, протечка, T>100 0 C.

Лучшие литий-полимерные аккумуляторы

Выбор моделей литиевых аккумуляторов с не текучим электролитом расширяется. Промышленность уже предоставила 3 разновидности литий-полимерных батарей:

• гелеобразный электролит однородного состава за счет использования солей лития;
• сухой электролит в виде полимерной пленки, в роли сепаратора проницаемый полиэтиленоксида с внедренными солями лития;
• сухой электролит, как полимерная матрица, сорбент для солей лития, растворенных не в воде.

Устройство литий-полимерного аккумулятора, в отличие от литий-ионного, основано на использовании твердого электролита в виде проницаемой мембраны. Элемент имеет полимерный катод, а вместо сепаратора – полимерная пленка, называемая твердым электролитом. Новая конструкция, толщиной в 1 мм и более, перспективна для установки в стесненных условиях, сбора в пакет.

Для массового спроса сухие Li-pol не подходят, велико внутренне сопротивление при комнатной температуре. Их рабочая среда 60-100

0 С. Но разработка продолжается, есть перспективы создания сухого литий полимерного аккумулятора, работающего при комнатной температуре. Вскоре нас ожидает появление недорого сухого литий-полимерного АКБ с еще большей плотностью энергии, чем литий-ионные аккумуляторы, работающего при комнатной температуре, без опасности перегрева. Безопасность обеспечивается в различных форс-мажорах – проткнули корпус, произошло короткое замыкание, или перезарядка.

Линейка литий-полимерных аккумуляторов делится на обычные и быстроразрядные модели. В чем их отличие? В бытовых приборах используются модели с нормальным разрядом 3-5 С. «Силовые», с разрядом 10 С и более, часто применяют на радиоуправляемых моделях.

При использовании гелиевых литий-полимерных (li-pol) аккумуляторов важным условием является не допустить их глубокой разрядки или перезарядки. При правильной эксплуатации приборов, плюсы их перевешивают немногочисленные минусы.

Правила эксплуатации литий-полимерных аккумуляторов

Чтобы продлить срок службы литий-полимерных источников энергии, нужно соблюдать определенные правила. Разрядить батарею полностью нельзя, есть ограничение. Если телефон или другой прибор отказал из-за севшей батареи, ее нужно срочно поставить на зарядку. Находясь в бездействии, аккумулятор продолжает садиться от каждого нажатия на клавиши, происходит саморазряд. Есть предел, после которого придется батарею утилизировать.

Вы зарядили батарею полностью прохладным утром, а потом оставили в авто под лучами солнца, или поставили в кедл — возможна перезарядка, что губительно для прибора. Как поступить? Отсоединить гаджет от зарядки, поработать, пока литий- полимерный аккумулятор нагреется, только потом включать питание. Лучше, если батарея всегда будет находиться заряженной на уровне 40-80 %.

Отмечено, степень заряженности акка уменьшается в самолете, действует атмосферное давление. К плачевным последствиям этот факт не приводит. В условиях холода батарею следует держать в теплом месте, доставая ненадолго, при необходимости.

Хранение литий-полимерных аккумуляторов должно отвечать следующим условиям:

• заряд батареи на уровне 60-70 %;
• периодическая проверка, подзарядка;
• для меньшего саморазряда батареи выбрать прохладное сухое место.

Как правильно зарядить литий-полимерный аккумулятор

Чтобы обеспечить длительную работу литий-полимерной батареи, необходимо усвоить, как его правильно заряжать. Процесс зарядки двухступенчатый, не зависит от вида аккумулятора, литий-ионный или литий-полимерный. Необходимо использовать специальное зарядное устройство.

К пониманию, о чем речь: буквой «С» обозначается числовое значение тока зарядки, соответствующее емкости в А-ч или МА-ч, обозначенной на корпусе. ЗУ – зарядное устройство.

Первый этап зарядки выполняется током 0,2-0,5 С. Степень заряда увеличивается до 70-80 %. В этот период ЗУ работает, как стабилизатор. Если в литий-полимерном аккумуляторе есть встроенная плата защиты, напряжение ХХ не должно быть выше 6-7 В.

Второй этап начинается с момента, когда напряжение на клеммах достигло 4,2 В. Теперь ЗУ выпрямляет сетевой ток, поддерживает постоянное напряжение. Сила тока постепенно снижается до 0,05-0,01С. После ЗУ отключается от батареи, исключая перезарядку.

Для глубоко разряженной батареи с напряжением около 2,5 В используется этап предзарядки, нагрев и доведение показателя до 2,8 В. Подается постоянный ток низких параметров. Этим предупреждается вспучивание, разгерметизация и взрыв батареи.

Способ двухэтапной зарядки разработан компаний SONY, он не единственный, но рациональный, как для литий-ионных полимерных аккумуляторов, так и для сухих полимерных. Правильно заряжать тонко настроенную систему, значит, продлять срок ее эксплуатации.

Зарядное устройство для литий-полимерных аккумуляторов

Если литий-полимерные аккумуляторы так требовательны к характеристикам параметров тока для подзарядки, нужны особые зарядные устройства. Промышленность предлагает ЗУ с минимальным набором функций, стоимостью 10-20 $ и универсальные устройства со встроенными балансирами, пригодные для любых видов батарей. Их цена доходит до 400 долларов.

Недорогое ЗУ имеет индикацию заряда, не может правильно определять окончание заряда, показывают только окончание первого момента. Важно использовать дополнительно балансир, чтобы в момент заряда все банки получали свою порцию энергии. Необходима ручная настройка количества элементов в батарее и зарядного тока. Нельзя использовать ЗУ с таймером, можно не дождаться полной зарядки литий-полимерного аккумулятора. Тем дольше идет процесс, чем больше размеры прибора.

Применив универсальное ЗУ, с расширенными возможностями, можно отслеживать процесс по информации на дисплее. Необходимо будет задать количество банок и величину зарядного тока.

Литий-полимерный аккумулятор как заряжать первый раз

Вы принесли только что купленный прибор, аккумулятор показывает 2/3, это для удобства проверки работоспособности гаджета, или это норма для батареи? Да, литий-полимерные аккумуляторы работают на 20-80% заряда.

Новый ноутбук, в телефоне или фотоаппарате необходимо откалибровать. Как? Провести 2 раза цикл заряда-разряда. В дальнейшем заряжать аккумулятор можно в любое время, тип «литий-полимерный» не обладает эффектом памяти, не теряет емкость.

Как правильно заряжать литий-полимерный аккумулятор смартфона

Современные смартфоны обладают мощными литий- полимерными аккумуляторами, способными выдержать нагрузку без подзарядки в течение суточной активности пользователя. Некоторым приходится обзаводиться даже внешним источником энергии, дабы удовлетворить активность при отсутствии зарядного. Конечно же, он тоже должен быть литий-полимерным. Как правильно заряжать устройства?

Новый смартфон должен естественно разрядиться до 10 -15 %, после подключить ЗУ к сети и зарядить аккумулятор полностью. Так повторяют 2-3 раза, называется операция раскачкой. Позже литий-полимерная  батарея заряжается малыми порциями при любой возможности. Разумеется, пользоваться для зарядки нужно родным ЗУ, не оставляя его включенным в розетку в моменты бездействия.

Итог

Знание, как правильно обслуживать литий-полимерные аккумуляторы позволит обеспечить их безаварийную работу, продлить срок службы. Но источники химической энергии не вечны, они стареют, активное вещество используется. В наших силах бережным обращением сдвинуть время расходов на замену батареи.

Предлагаем посмотреть видео по теме.

Как создают аккумуляторные батареи / ASUS Russia corporate blog / Habr

Практически все современные гаджеты объединяет одна деталь — в них есть аккумуляторная батарея. И её ёмкость остаётся одним из главных критериев при выборе устройства. Мы живем в эру мобильности, и требования к аккумуляторам растут с каждым годом.

Батареи для ноутбуков (и многие другие) состоят из энергетических элементов, скомпонованных в связанные друг с другом ячейки. Ноутбуки, как и большая часть других мобильных устройств, работают на литий-ионных или литий-полимерных аккумуляторах.

Мало кто задумывается о том, как сложно создать аккумуляторную батарею, отвечающую требованиям времени. Сегодня вы узнаете, как их производят в промышленных масштабах… начиная с химических элементов.

Li-ion — литий-ионные

Широко распространённый литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катода из алюминиевой фольги и анода из медной), разделенных пористым сепаратором, пропитанным жидким электролитом. Пакет электродов помещен в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъемникам. Корпус иногда оснащают предохранительным клапаном, сбрасывающим внутреннее давление при аварийных ситуациях или нарушениях условий эксплуатации.

Типичная литий-ионная перезаряжаемая батарея состоит из положительного электрода (зеленый), отрицательного электрода (красный) и разделяющим их слоем сепаратора (желтый). Ионы лития (Li +, синий) перемещаются от отрицательного электрода (анода) к положительному (катод). Во время зарядки происходит обратный процесс, ионы лития переносятся к аноду. Источник

Литий-ионный аккумулятор обладает высокой энергоплотностью, но быстро разряжается при использовании на морозе и может быть взрывоопасен при перезаряде выше 4,2 В. Если вы проколете литий-ионную батарею и создадите короткое замыкание, она загорится и возникнет действительно сильный огонь, который нельзя легко потушить с помощью обычного огнетушителя. Именно поэтому многие такие аккумуляторы оснащают специальной защитой.

Li-po — литий-полимерные

Литий-полимерный аккумулятор (литий-ионный полимерный аккумулятор) представляет собой усовершенствованную конструкцию литий-ионного аккумулятора. В таком аккумуляторе в качестве электролита используется не жидкость, а сухой полимерный материал (синтетический пластик). В отличие от Li-ion, Li-po безопаснее, может отдавать сильные токи и, благодаря полимерному материалу, может быть какой угодно толщины и формы.

Li-po и технологии

Ноутбук, оснащенный литий-полимерным аккумулятором, поддерживает в 3 раза больше циклов зарядки (то есть служит в 3 раза дольше), чем ноутбук со стандартным литий-ионным аккумулятором.

Эффективность энергопотребления достигается не только за счет химических свойств батареи. Если ноутбук остается подключенным к зарядке, когда аккумулятор уже полностью заряжен, это может привести к ухудшению рабочих характеристик аккумулятора и, соответственно, к сокращению срока его службы. Это может также стать причиной набухания аккумулятора из-за внутреннего накопления газов, вызванного окислением, а значит и деформированию или повреждению ноутбука. Дополнительные программные технологии позволяют установить предельный уровень заряда 60%, 80% или 100%, чтобы продлить срок службы батареи и уменьшить вероятность ее набухания.

Ноутбуки также оснащаются механизмом быстрой зарядки, с помощью которого аккумулятор заряжается за несколько десятков минут чуть более чем наполовину.

Li-po vs Li-ion

Положительные и отрицательные электроды Li-po и Li-ion имеют сходный химический состав. Основное различия между двумя видами батарей заключается в способе их компоновки. С литий-ионной технологией для оболочки можно выбрать только жесткий металлический корпус, в то время как литий-полимерная технология позволяет использовать мягкую оболочку для корпуса (пластиковая или алюминиевая фольга). При толщине до 3 мм Li-po имеет преимущество в емкости. При толщине более 3 мм Li-ion дает существенную выгоду в цене.

Существуют и другие виды аккумуляторов на основе лития: LiFePO4 — литий-железо-фосфатные, LiFeYPO4 — литий-железо-иттрий-фосфатные, и другие. Отличаются они различными добавками, улучшающими характеристики батареи. Однако в основе большей части новых экспериментов лежит всё тот же металл, пришедший на смену некогда популярным никель-кадмиевым и никель-металлгидридным аккумуляторам.

Литий

Очень легкий, очень мягкий металл серебристо-белого цвета.

Первые работы в области создания перезаряжаемого аккумулятора на основе лития были начаты в 1912 году, но до 1970-х эксперименты не выходили за пределы лабораторий из-за нестабильности лития. В 1980-х на основе технологий, разработанных в Оксфордском университете, стали появляться первые промышленные литиевые аккумуляторные батареи, которые быстро перегревались и выходили из строя. Только в 1991 году был создан аккумулятор, в котором металлический литий был заменен более безопасной ионной формой.
Литий снискал заслуженную популярность за счет своих особых свойств. Это один из самых легких металлов в периодической таблице, который действительно помогает сохранять большие объемы энергии в небольшом объеме и при незначительном весе. Однако популярность лития сегодня может привести к исчерпанию этого металла в будущем.

Добыча лития — это трудоемкий процесс даже в тех регионах, где металла много. На протяжении десятилетий коммерческое производство лития основывалось на минеральных рудных источниках, таких как сподумен, петалит и лепидолит. Однако извлечение лития из руды вдвое превышает стоимость производства из соляных растворов.

Основные залежи лития, пригодные для активной разработки, находятся в Южной Америке и Китае. На территории России больше всего лития содержится в слюде, сопровождающей месторождения редкоземельных металлов. До недавнего времени добыча лития из слюды стоила слишком дорого, но в 2017 году ученые НИТУ «МИСиС» представили установку, сделавшую добычу соединений лития из бедной руды вдвое дешевле.

Большая часть лития сегодня добывается из естественных водяных линз соляных озер, в насыщенных соляных растворах которых концентрируется хлорид лития, калий и натрий. Раствор выкачивается и выпаривается на солнце, полученная смесь солей перерабатывается.

Извлечение лития

Солончак Уюни содержит около 100 миллионов тонн лития, или от 50 до 70% его мировых запасов.

Крупнейший источник лития находится в Боливии — это солончак Уюни, высохшее соленое озеро, расположенное на высоте около 3650 м над уровнем моря. Имеет площадь 10 588 км². Внутренняя часть покрыта слоем поваренной соли толщиной 2-8 м. Хлорид лития, находящийся здесь в огромных количествах, пригоден для добычи из него лития, а раньше использовался в качестве замены обычной соли. Употреблять в пищу его перестали после открытия токсических эффектов.

Литиевый соляной пруд в Аргентине.

Для извлечения лития соляные растворы сначала перекачивают на поверхность в специальные пруды, где под воздействием солнца в течение нескольких месяцев происходит медленное испарение. Когда хлорид лития в испарительных прудах достигает оптимальной концентрации, раствор перекачивают на восстановительную установку, где фильтрацией удаляют из смеси нежелательные примеси.

Преобразование лития в металл производится в электролитической ячейке. Хлорид лития смешивается с хлоридом калия в соотношении 55% к 45% для того, чтобы произвести расплавленный эвтектический электролит. Далее электролизом расплава при температуре 600 °C получают расплавленный литий, который поднимается на поверхность электролита.

Другие химические элементы

Составляющие стоимости Li-ion батареи.

Внутри литий-ионного аккумулятора может использоваться несколько материалов для катодов. Первоначально основным компонентом катода был кобальт, но он имеет ограниченную доступность в природе и токсичен, что является огромным недостатком для массового производства. Сегодня кобальт частично замещается никелем, а также смесью кобальта, никеля и марганца.

Безопасная и долговечная батарея нуждается в надежном электролите, который может выдерживать существующее напряжение и высокие температуры и имеет длительный срок хранения, обеспечивая высокую подвижность ионов лития. Растворы электролита состоят из органических растворителей, соли LiPF6 (гексафторфосфат лития) и различных добавок.

Электролит высокой чистоты играет ключевую роль в транспортировке положительных ионов лития между катодом и анодом. Электролитные добавки улучшают стабильность, предотвращая деградацию раствора. Состав электролитов варьируется в зависимости от используемых анодных и катодных материалов, однако выбор электролита часто подразумевает компромисс между воспламеняемостью и электрохимическими характеристиками.

Полимерные электролиты представляют собой ионно-проводящие полимеры. Они часто смешиваются в композитах с керамическими наночастицами, что приводит к более высокой проводимости и устойчивости к более высоким напряжениям.

В литий-ионных батареях в качестве токоприемников используется разнообразная металлическая фольга — медная, никелевая или фольга из каталитической меди. Как правило, медная фольга ставится в качестве отрицательного электрода для коллектора анодного тока, а алюминиевая фольга применяется в качестве положительного электрода для катодного токосъемника.

Строение Li-po батареи

Анод состоит из смеси графита и лития (возможно также использование интерметаллидов или кремния), в то время как катод объединяет литий и другие металлы (материалы катода требуют чрезвычайно высокой чистоты и должны быть почти полностью очищены от нежелательных металлических примесей — железа, ванадия и серы).

Отделяет катод от анода сепараторный материал из полипропилена, полиэтилена или другого схожего полимерного материала. Сепараторы большинства батарей состоят из очень простых пластиковых пленок, которые имеют правильный размер пор, чтобы позволить ионам перемещаться, блокируя при этом другие элементы. В случае жидкого электролита сепаратор представляет собой вспененный материал, который пропитывается электролитом и удерживает его на месте.

Процесс производства батареи

Основы для анода и катода поставляются на завод в виде черного порошка, и для неподготовленного глаза они почти неотличимы друг от друга. Порошок очень мелкой фракции, чтобы достичь максимальной эффективной площади поверхности электродов. Форма частиц также важна. Предпочтительны гладкие сферические крупицы с закругленными краями, поскольку острые кромки или шелушащиеся поверхности чувствительны к высоким электрическим нагрузкам.

Аноды и катоды в литиевых батареях имеют одинаковую форму и выполняются по аналогичным процессам на идентичном оборудовании. Но поскольку загрязнение между анодным и катодным материалами приведет к разрушению батареи, то для предотвращения контакта материалов их обычно обрабатываются в разных цехах.

Первая стадия производства заключается в смешивании материалов электродов и нанесении суспензии на поверхность фольги. Активные электродные материалы покрываются с обеих сторон металлической фольгой, которая действует как токоприемник, проводящий ток внутри и снаружи ячейки. Затем фольга с материалами сушится, разрезается на узкие полоски и сворачивается в несколько слоев. Это требует постоянного контроля, поскольку любые заусенцы на краях полосок фольги могут привести к внутренним коротким замыканиям в ячейках.

В процессе сборки батареи сепаратор зажимают между анодом и катодом. После помещения батареи в корпус ее заполняют электролитом и запечатывают. Это должно выполняться в «сухой комнате», так как электролит реагирует с водой. Влага приведет к разложению электролита с выбросом токсичных газов.

Электроды помещают в корпус, оставляя отверстие для добавления электролита/

Как только сборка ячейки будет завершена, она должна пройти хотя бы один контролируемый цикл зарядки/разрядки. Процесс зарядки начинается с низкого напряжения, которое постепенно нарастает. Только после прохождения теста батарея покинет завод и отправится дальше.

* * *

В будущем, несомненно, появятся новые виды аккумуляторов. Возможно, тогда литий останется в прошлом. Пока же есть еще множество возможностей для улучшения характеристик существующих аккумуляторных батарей.

Литий─полимерный аккумулятор: отличие от ионного

Подавляющее большинство жителей развитых стран имеют мобильные телефоны, планшеты, ноутбуки. Когда вы приобретаете какой-нибудь гаджет в магазине, скорее всего, даже не задумываетесь о типе аккумулятора в нём. И это неудивительно. Технологии быстро развиваются, в том числе, в сфере аккумуляторов. Не так давно в мобильной электронике использовались Ni─Cd аккумуляторы, которые потом сменили Ni─MH. Затем появились литий─ионные, которые быстро завоевали рынок портативных гаджетов. И вот теперь их теснят литий─полимерные батареи. В какой-то момент пользователь начинает задумываться о том, какая аккумуляторная батарея у него. В чём её преимущества и недостатки? В этой заметке мы попытаемся понять, в чём заключается отличие литий─полимерного аккумулятора от литий─ионного.

 

Содержание статьи

Li─Ion аккумулятор

Работы по созданию аккумуляторов с использованием лития велись достаточно давно. Но первые работоспособные экземпляры для бытовой техники появились только в 70-е годы прошлого столетия. Но тогда это были несовершенные модели с электродами из металлического лития. И эксплуатация таких аккумуляторов проблематичной в плане безопасности. Оставалось много нерешенных проблем с процессом заряда и разряда таких батарей.

Дело в том, что металлический литий очень активен и обладает высоким электрохимическим потенциалом. Его использование в аккумуляторах позволяет значительно увеличить энергетическую плотность. Аккумуляторные батареи с электродами из металлического Li, которые были разработаны первыми, имеют высокое напряжение и большую ёмкость. Однако постоянная работа такого аккумулятора в режиме заряда и разряда приводит к тому, что литиевый электрод изменяется.

Это приводит к тому, что стабильность работы нарушается и возникает угроза воспламенения из-за неконтролируемого протекания реакции в батарее. Аккумуляторный элемент быстро нагревается и, когда температура поднимается до плавления лития, то идёт бурная реакция с воспламенением. С этим были связаны отзывы первых аккумуляторов литиевого типа в потребительской электронике в начале 90-х годов.

В результате учёные стали заниматься разработкой АКБ на основе ионов Li. Из-за того, что пришлось отказаться от использования металлического лития, несколько уменьшилась энергетическая плотность. Но зато были решены проблемы с безопасностью при эксплуатации АКБ. Эти новые аккумуляторы получили название литий─ионных.

Рекомендуем дополнительно прочитать статью о том, как правильно заряжать li-polymer аккумуляторную батарею.

Энергетическая плотность литий─ионных аккумуляторов в 2─3 раза (в зависимости от используемых материалов) выше, чем у никель─кадмиевых. При разряде Li─Ion аккумуляторы показывают схожие с Ni─Cd характеристики. Единственное, в чём они им уступают – это работа при сверхвысоких токах разряда (более 10С). К настоящему времени уже выпущено немало различных модификаций литий─ионных аккумуляторов.

Они отличаются материалом, используемым в качестве катода, форм-фактором и по некоторым другим параметрам. Их однозначно характеризует конструкция, в которую входят электроды, погружённые в жидкий электролит, содержащий ионы лития. Этот аккумуляторный элемент помещён в герметичную металлическую оболочку (сталь, алюминий). Для управления процессами заряда и разряда в литий─ионных аккумуляторных батареях есть печатная плата, называемая контроллером.

Чтобы картина по Li─Ion батареям была полной, рассмотрим их преимущества и недостатки.
Вернуться к содержанию
 

Преимущества Li─Ion

• Небольшой саморазряд;
• Высокая энергетическая плотность и ёмкость по сравнению со щелочными;
• Один аккумуляторный элемент имеет напряжение около 3,7 вольта. Для кадмиевых и металлогидридных это значение 1,2 вольта. Это позволяет значительно упростить конструкцию. В телефонах, например, используются батареи, имеющие в своём составе только одну банку;
• Отсутствует эффект памяти, а значит, упрощается обслуживание АКБ.

Вернуться к содержанию
 

Недостатки Li─Ion

• Необходим контроллер. Это печатная плата, которая контролирует напряжение аккумуляторного элемента или элементов, если их несколько. Плата также контролирует максимальный ток разряда, а в некоторых случаях и температуру банки. Без контроллера невозможна безопасная эксплуатация литий─ионной АКБ;
• Деградация Li─Ion системы идёт даже при хранении. То есть, через год ёмкость батареи ощутимо уменьшается, даже если она не используется. Аккумуляторы других типов (щелочные, свинцово-кислотные) тоже постепенно деградируют в процессе хранения, но у них это менее выражено;
• Цена литий─ионных выше, чем кадмиевых или никель─металлогидридных.

Возможности литий─ионной технологии не выработаны до конца. Поэтому постоянно появляются новые батареи, где решаются те или иные проблемы этого типа АКБ. Подробнее о том, что представляет собой литий─ионный аккумулятор читайте в статье по указанной ссылке.
Вернуться к содержанию
 

Li─Pol аккумулятор

Из-за проблем с обеспечением безопасности при заряде-разряде Li─Ion аккумуляторов стали вестись дальнейшие разработки модификаций этих батарей. В результате были разработаны литий─полимерные аккумуляторы. Их отличие от ионных в применяемом электролите. Стоит сказать, что первые разработки в этом направлении велись одновременно с Li─Ion технологией. Ещё в прошлом столетии был впервые использован сухой электролит из твёрдого полимера. По внешнему виду он похож на плёнку из пластика. Этот полимер не проводит ток, но не препятствуйте ионному обмену, который подразумевает движение заряженных атомов или их групп. Помимо содержания в нём электролита, полимер ещё выступает как пористый сепаратор между электродами.

Конструкция литий─полимерного аккумулятора

Новая конструкция позволила повысить безопасность и упростить производство аккумуляторов. И ещё более важно то, что литий─полимерные аккумуляторы могут быть выпущены практически любой формы и очень малой толщины (до 1 миллиметра). Это позволяет делать различные устройства, работающие от Li─Pol аккумуляторных батарей, тонкими, компактными и изящными. Некоторые литий─полимерные аккумуляторные батареи могут быть даже вшиты в одежду.

Естественно, что есть и недостатки. В частности, Li─Pol аккумуляторы с сухим электролитом имеют низкую электрическую проводимость в условиях комнатной температуры. Это объясняется тем, что при этой температуре их внутреннее сопротивление большое, что препятствует выдаче разрядного тока, необходимого для работы портативной электроники.

Если нагреть литий─полимерный аккумулятор до 60 градусов Цельсия, то проводимость увеличивается. Понятно, что это не годится для использования в телефонах или планшетах. Однако аккумуляторы с сухим полимером нашли свою нишу на рынке. Их используются в роли запасных источников питания в условиях повышенных температур. Есть варианты, когда ставятся нагревательные элементы для обеспечения температуры, необходимой для нормальной работы аккумулятора.

Здесь стоит пояснить ещё один важный момент. Наверняка все видели, что в смартфонах, планшетах и ноутбуках уже давно используются аккумуляторы с пометкой Li─Pol. Это литий─полимерные аккумуляторы гибридного типа, если так можно выразиться. Они представляют собой нечто среднее между Li─Ion и батареями с сухим полимером. Производители, выпускающие литий─полимерные аккумуляторы, используют в них в роли электролита гелеобразное вещество с ионами лития.

Так, что практически все литий─полимерные аккумуляторы в современных мобильных гаджетах используют гелеобразный электролит. По своей конструкции они представляют собой гибрид ионных и полимерных батарей. В чём же отличие между ионными и полимерными АКБ с гелеобразным электролитом? Их основные электрохимические параметры примерно одинаковы. Отличие таких гибридных АКБ заключается в том, что в них вместо пористого сепаратора используется твёрдый электролит. Он, как говорилось выше, ещё и выполняет роль пористого сепаратора. А электролит в гелеобразном состоянии используется для того, чтобы увеличить электропроводимость ионов.

Литий─полимерные аккумуляторы всё больше распространяются на рынке и за ними будущее. По крайней мере, в сегменте бытовой техники и потребительской электроники. Но пока их внедрение идёт не очень активно. Некоторые эксперты на рынке объясняют это тем, что слишком много средств было вложено в разработку Li─Ion батарей. И инвесторы просто хотят «отбить» вложенные деньги. Подробнее о литий─полимерных аккумуляторах читайте по ссылке.

Вернуться к содержанию
 

Отличие литий─полимерного от литий─ионного аккумулятора

Теперь нужно обобщить, в чём же отличие Li─Pol и Li─Ion аккумуляторов.

Полимерные батареи имеют в своём составе твёрдый электролит (полимер). В случае гибридных Li─Pol аккумуляторов ещё добавляется гелеобразный электролит с ионами лития. В случае Li─Ion аккумуляторов имеется жидкий электролит;

Литий─полимерные АКБ могут выполняться без металлической оболочки, что недопустимо для ионных. Кроме того, Li─Pol могут выполняться любой формы и толщиной до 1 миллиметра. Это довольно существенное отличие и преимущество полимерных батарей;

Энергоёмкость Li─Pol аккумуляторов немного меньше ионных.

Вместе с тем они имеют следующие общие моменты:

• Общий принцип передачи заряда с помощью ионов лития;
• Отсутствует «эффект памяти»;
• Низкий уровень саморазряда;
• Оба типа аккумуляторов подвержены деградации при хранении.

Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

Литий-полимерный аккумулятор: отличия, как заряжать правильно

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

Содержание статьи:

Отличие от ионного

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

Li-ion и Li-Pol

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

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

Как устроены

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

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

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

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

Применение и характеристики

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

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

Среди основных видов можно выделить 2:

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

Использование

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

Зарядка:

Параллельная зарядка LiPol аккумуляторов

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

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

Нюансы эксплуатации:

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

Литий-полимерный Li-pol

• Нельзя заряжать выше нормы;
• Недопустимо замыкание;
• Не должен нагреваться выше 60 градусов Цельсия;
• Нельзя вскрывать;
• Недопустим разряд, меньше 3 V;
• Необходимо использовать подходящую зарядку;
• Нельзя подвергать батарею ударам;
• Хранить в разряженном состоянии нельзя.

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

Li─Pol аккумулятор

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

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

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

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

Положительные стороны

Среди плюсов литий-полимерных батарей можно отметить:

Li-Pol аккумулятор фирмы Tanic

• Долгий срок службы;
• Многообразие форм при производстве;
• Компактность;
• Возможность эксплуатации в разных температурных режимах;
• Плотность.

Отрицательные стороны

К минусам относят:

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

Производители

Аккумуляторы Li Pol HD Kokam

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

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

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

Литий полимерные аккумуляторы.Виды и устройство.Плюсы и минусы

Литий-полимерные аккумуляторы представляют усовершенствованную конструкцию известных во всем мире литий-ионных батарей. Планируется, что именно эти устройства в скором времени полностью вытеснят с рынка никель-металл-гидридные и никель-кадмиевые аккумуляторы. Литий-полимерные элементы все чаще применяются в самых разных электронных устройствах в виде источника питания. Они при одинаковом весе по энергетической емкости в несколько раз превосходят никель-металл-гидридные и никель-кадмиевые конструкции.

Потенциально литий-полимерные элементы будут стоить дешевле литий-ионных аккумуляторов. Однако на данный момент он все еще являются довольно дорогими. На данный момент их производством занимаются лишь несколько крупных фирм. По конструктивному исполнению они похожи на литий-ионные элементы, но в них применяется гелиевый электролит. В результате они выделяются малым током разряда, значительной энергетической плотностью и существенным числом циклов зарядов и разрядов. Их форма может быть самой разной, а сами они выделяются легким весом и компактностью.

Виды

На текущий момент литий-полимерные аккумуляторы могут быть нескольких видов, которые отличаются по структуре электролита:

• Элементы, имеющие гелеобразный гомогенный электролит, который создается внедрением в состав полимерных солей лития.
• Элементы, имеющие сухой полимерный электролит. Данный вид производится на основе полиэтиленоксида с использованием разнообразных солей лития.
• Имеющие электролит из полимерной матрицы, имеющую микропористую структуру. В нем имеются неводные составляющие солей лития.

В связи с тем, что в полимерном элементе применяется жидкий электролит, то их эксплуатационная безопасность на порядок выше. К тому же они могут изготавливаться различной формы и конфигурации.

Некоторые литий-полимерные элементы выполняются из металлического полимера. Однако при низкой температуре параметры подобных батарей существенно снижаются вследствие кристаллизации полимера.

Существуют разработки полимерных батарей, где применяется металлический анод. Некоторым компаниям удалось получить существенного расширения рабочего температурного интервала и плотности тока. Подобные разновидности батарей можно применять в разной бытовой технике и электронике.

При этом разные производители используют различные материалы электродов, структуру электролита и сборочную технологию. В результате выпускаемые батареи могут иметь совершенно разные параметры. Но все компании, выпускающие подобные аккумуляторы, отмечают, что стабильность функционирования литий-полимерных батарей обеспечивает однородность электролита из полимера. Это в свою очередь зависит от количества компонентов, а также температуры полимеризации.

Уже выпускаются варианты батарей, имеющих толщину всего в 1 миллиметр. Благодаря этому производители могут выпускать очень компактные мобильные устройства.

Также литий-полимерные аккумуляторы, которые имеются в продаже, делятся на:

• Обычные.
• Быстро-разрядные.

Устройство

Литий-полимерные аккумуляторы работают по принципу перемещения ряда полимерных элементов в полупроводниковые вещества при условии включения в них ионов электролита. В итоге происходит существенное возрастание проводимости. По устройству указанные батареи выделяются электролитическим составом.

Суть полимерной технологии заключается в том, что электролит наносится на пленку из пластмассы. Она не позволяет проводить электричество, однако дает возможность обмениваться ионами. Другими словами, электролит из полимера заменяет стандартный пористый сепаратор, пропитанный жидким электролитом. Благодаря сухой полимерной конструкции удается обеспечить минимальную толщину ячейки порядка 1 мм, безопасность применения и простоту производства. Благодаря такой конструкции у разработчиков появляется возможность внедрять такие батареи в обувь, одежду, миниатюрное оборудование и иные устройства.

Но сухая полимерная батарея имеет недостатки в виде снижения проводимости и внутреннего сопротивления полимеров, что неприемлемо для ряда мощных мобильных устройств. Чтобы небольшая полимерная батарея была более продвинутой, к электролиту добавляют некоторый процент гелевых элементов. Большая часть коммерческих аккумуляторов, применяемых на данный момент в сотовых телефонах, являются гибридами полимера и геля. Гибридные аккумуляторы на данный момент являются самыми популярными.

Принцип действия

Литий-полимерные аккумуляторы имеют принцип действия, схожий с литий-ионными элементами, то есть они работают на обратимости химической реакции. Здесь анодом выступает материал из углерода, куда внедряются ионы лития. В катоде применяются оксиды ванадия, марганца либо кобальта. Работа такой батареи основана на способности полимеров переходить в полупроводниковое состояние вследствие включения в них электролитических ионов.

В качестве химической основы электролита здесь по-прежнему применяются соли лития. Однако они располагаются в соответствующей полимерной прокладке, которая находится между катодом и анодом. Благодаря этому литий-полимерные батареи могут быть выполнены в любой произвольной форме. Их можно размещать в различные недоступные места, что открывает новые возможности для производителей электроники.

Применение

Литий-полимерные аккумуляторы находят все более широкое применение. Такие батареи позволяют значительно повысить время эксплуатации работы устройства при уменьшенном весе аккумулятора. Благодаря этому можно получить энергоноситель, который будет в несколько раз большую емкость. При использовании быстроразрядных батарей будет обеспечиваться еще большая производительность. Поэтому подобные аккумуляторы становятся прекрасным вариантом для управляемых по радио моделей самолетиков и вертолетиков, в том числе иных радиоуправляемых устройств.

Применение Li-Pol аккумуляторов дает возможность уменьшить вес батареи и увеличить период работы устройств. Литий-полимерные батареи прекрасно продемонстрировали себя при применении в вертолетах маленького размера, к примеру, Piccolo. Такие устройства способны летать на таких батареях в течение 30 минут и более. Указанные элементы являются хорошим вариантом для небольших летающих конструкций.

Типичные литий-полимерные аккумуляторы используются в качестве источников питания, которые необходимы для электронных устройств, потребляющих сравнительно небольшой ток. Это могут быть ноутбуки, смартфоны и так далее. Быстроразрядные батареи применяются в устройствах, где необходимо высокое токопотребление. Подобные батареи применяются в современных гибридных автомобилях, портативных электрических инструментах и радиоуправляемых устройствах.

Ограничения применения

Эти батареи в будущем можно будет повсеместно использовать в автомобильной промышленности. Сегодня же их используют для создания новых технологий и испытаний электромобилей. Вместе с тем существуют определенные ограничения, которые препятствуют использованию этих батарей повсеместно.

• Литий-полимерные батареи требуют специального режима зарядки. В принципе это не сложно, но привычное зарядное устройство применять для этого нельзя. Вызвано это тем, что они выделяются пожароопасностью в период переразрядки. Для борьбы с этим явлением, все подобные батареи имеют электронную систему, которые предотвращают переразрядку и перегревание.
• Если неправильно эксплуатировать литий-полимерную батарею, то это может вызвать возгорание.
• Литий-полимерный аккумулятор не стоит сразу эксплуатировать непосредственно после зарядки. Для начала его следует охладить до окружающей температуры. В противном случае батарея может выйти из строя.
• Недопустимо короткое замыкание.
• Не допускается разгерметизация аккумулятора.
• Разряд батареи ниже 3 вольт.
• Нельзя нагревать выше 60°С.
• Аккумуляторы не следует подвергать воздействию микроволн либо давления. Это способно привести к появлению дыма, огня и более серьезным последствиям.
• Нужно оберегать батарею от нарушения целостности и ударов. Сильное механическое воздействие может привести к нарушению внутренней структуры.

Однако указанные минусы не мешают их использовать в самых разнообразных областях. В будущем все эти недостатки будут нивелированы внедрением новых технологий и разработок.

Преимущества литий-полимерных батарей

• Довольно высокая энергоплотность.
• Небольшой параметр саморазряда.
• Отсутствует эффект памяти.
• Литий-полимерные аккумуляторы несколько превосходят литиевые аналоги по емкости батареи и длительности ее использования.
• Изготовления батарей толщиной всего один миллиметр.
• Применения в довольно широком температурном диапазоне: от минус 20 до плюс 40 градусов Цельсия.
• Возможность придания батарее различной формы.
• Небольшое падение напряжения при разряде.

Похожие темы:

Литий-полимерные аккумуляторы: как правильно заряжать дома

Во многих приборах нового поколения установлены литий-полимерные аккумуляторы, которые появились на рынке недавно и продолжают совершенствоваться. Их устанавливают в смартфоны, ноутбуки, планшеты и строительную технику, например шуруповёрты. Детские игрушки также в большинстве своём оснащены батареями такого типа. Чтобы техника радовала продолжительностью работы, необходимо понимать, что же такое литий-полимерные аккумуляторы и как правильно заряжать их.

Особенности аккумуляторов Li-pol

Литий – легчайший металл с высоким электрохимическим потенциалом и плотностью энергии.

Аккумуляторы на его основе превосходят по эффективности предшественников, содержащих никель и кадмий. При высокой ёмкости и расчёте на большее количество циклов зарядки, по габаритам они значительно компактнее.

Самые миниатюрные среди литиевых батарей – полимерные типа Li-pol, созданные на основе тонкой пластинки, пропитанной электролитами. Толщина источника питания в 1 мм позволяет создавать лёгкие и тонкие устройства с продолжительным временем автономной работы.

В вопросе безопасности полимерные аккумуляторы также оставляют конкурентов далеко позади: совершенная конструкция снижает риск перезаряда и практически исключает возможность утечки электролитов.

Особенность литий-полимерных аккумуляторов – долгий срок службы и замедленный процесс выхода из строя и саморазряда.

Без правильного ухода батарея быстро теряет ёмкость и выходит из строя. Основное правило эксплуатации литий-полимерных батарей – защита от перепада температур. Сильный нагрев может стать причиной возгорания, а при переохлаждении полимерный источник энергии попросту перестаёт функционировать, поскольку замедляются химические реакции электролитов.

Литий-полимерные батареи чувствительны к разрядам, поэтому важно следить за уровнем заряда батареи. В последних моделях смартфонов и планшетов установлен контроллер, защищающий устройство от перезаряда полной разрядки.

Принцип действия основан на сохранении баланса энергии внутри АКБ. При полном заряде контроллер прекращает подпитку гаджета, даже если кабель зарядки подключён к устройству.

При разрядке батареи смартфона контроллер отключает её заранее, чтобы оставалось немного мощности, которая поддерживает рабочее состояние аккумулятора, но не позволяет пользоваться устройством.

Необходимо избегать крайних состояний батареи, поддерживая заряд в пределах 10–90 %.

Однако раз в полгода полезно делать калибровку – разряжать АКБ до самоотключения устройства, затем заряжать до 100 %.

Как правильно заряжать литий-полимерный аккумулятор

Эксплуатация lipo-аккумулятора включает ряд правил, соблюдение которых поможет сохранить его в рабочем состоянии и обеспечить продолжительный жизненный цикл устройства.

Необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

1. Не допускать отключения гаджета. Как говорилось выше, заряжать устройство нужно сразу после сигнала о низком заряде батареи, каждое отключение при полной разрядке снижает работоспособность АКБ и сокращает её ёмкость.
2. Проводить подзарядки. Если под рукой есть розетка, прикуриватель автомобиля или ПК, смартфон стоит подзаряжать, даже когда процент ещё высок. Главное, не допускать полного заряда при таких коротких подпитках.
3. Поддерживать оптимальный уровень заряда. Идеальный уровень заряда батареи литий-полимерного типа составляет 50 %, конечно, добиться постоянной цифры в современном ритме жизни сложно. Однако реально обеспечить диапазон в 30–80 %, это поддержит аккумулятор в хорошем состоянии и защитит от износа.
4. Вовремя отключать питание от сети. При длительном контакте с током, батарея будет защищена контроллером от перезарядки, но не от перегрева, поскольку химические реакции внутри АКБ продолжаются. Такое сверхпитание резко сокращает срок эксплуатации батареи, а в некоторых случаях приводит к взрыву.
5. Пользоваться оригинальным зарядным устройством. В комплекте с любым гаджетом, будь то смартфон или ноутбук, поставляется блок питания и кабель зарядки. Именно оригинальное ЗУ откалибровано под особенности конкретной модели и позволяет осуществлять правильный заряд батареи. Если комплект для зарядки вышел из строя, следует приобрести ЗУ, сертифицированное производителем.
6. Хранить устройство со средним процентом заряда. Если смартфон или другой гаджет длительное время не будет использоваться, следует хранить его в выключенном состоянии, предварительно зарядив батарею до уровня 50–60 %. Особенность липо-аккумуляторов – работа в неактивном состоянии, поэтому неудивительно, что после включения заряд будет ниже, чем при отключении.
7. Исключать зарядку при нагреве АКБ. Активное использование устройства может привести к нагреву батареи, если крышка устройства стала горячей и смартфон или планшет некомфортно держать в руках, заряжать его категорически запрещено. И без того высокая температура при контакте с током только возрастёт, что приведёт к возгоранию или взрыву устройства.
8. Ограничить эксплуатацию во время зарядки. Идеальным для зарядки смартфона или другого гаджета считается выключенное состояние. Батарея при этом безопасно подпитывается, нагреваясь минимально. Конечно, выключить устройство на несколько часов не всегда возможно. В таком случае необходимо максимально оптимизировать работу – отключить соединение с сетью Интернет, модуль GPS и Bluetooth, ограничить использование смартфона для звонков, смс или иных целей.

Правильно эксплуатировать литий-полимерный аккумулятор смартфона помогут советы специалистов канала «Отвёртка», в видео они поведают секреты долговечности и высокой ёмкости АКБ.

Как зарядить литий-полимерный аккумулятор смартфона в 1 раз после покупки

Гаджет из коробки обычно показывает уровень заряда в 30–40 %. Это результат консервации батареи на этапе производства: специальный состав тормозит действие электролитов. Такой способ сохраняет ёмкость АКБ и её свойства на пути к покупателю.

Консервирующий состав сразу после покупки необходимо деактивировать, разморозив аккумулятор и подготовив его к эксплуатации, такая процедура называется раскачкой. Чтобы её провести, нужно разрядить смартфон до уровня 10–15 %, затем подключить устройство к сети до полного заряда. Цикл повторить 2–3 раза, после чего использовать короткие подзарядки, не допуская крайних состояний.

Если расконсервация батареи перед первым использованием не выполнена, ёмкость и срок службы уменьшается с каждым зарядом.

Итак, чтобы продлить срок службы литий-полимерного аккумулятора и пользоваться мобильным устройством долгое время, нужно беречь его от воздействия высоких и низких температур, сократить контакт его с металлическими предметами, исключить удары и повреждения батареи.

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Po) | Современные зарядные устройства и аккумуляторы

Технологии производства аккумуляторов не стоят на месте и постепенно Ni-Cd (никель-кадмиевые) и Ni-MH (никель-металл-гидридные) аккумуляторы вытесняются на рынке аккумуляторами, в основе производства которых используются литиевые технологии. Литий-полимерные (Li-Po) и литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы всё чаще используются в различных электронных устройствах в качестве источника тока

Литий — серебристо-белый, мягкий и пластичный металл, твёрже натрия, но мягче свинца. Литий — самый легкий металл в мире! Его плотность составляет 0,543 г/см³. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой. Месторождения лития имеются в России, Аргентине, Мексике, Афганистане, Чили, США, Канаде, Бразилии, Испании, Швеции, Китае, Австралии, Зимбабве и Конго

Экскурс в историю

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

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

Плотность энергии Li-ion аккумуляторов обычно в несколько раз превышает плотность стандартных NiCd и NiMH аккумуляторов. Благодаря применению новых активных материалов это превосходство ежегодно увеличивается. В дополнение к большой емкости Li-ion аккумулятор при разряде ведет себя аналогично никелевым аккумуляторам (форма их разрядных характеристик похожа и отличается лишь напряжением).

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

Li-ion аккумулятор всем был хорош, но проблемы с обеспечением безопасности его эксплуатации и высокая стоимость привели учёных к созданию литий-полимерного аккумулятора (Li-pol или Li-po).

Основное их отличие от Li-ion отражено в названии и заключается в типе используемого электролита. Первоначально, в 70-х годах, применялся сухой твердый полимерный электролит, похожий на пластиковую пленку и не проводящий электрический ток, но допускающий обмен ионами (электрически заряженными атомами или группами атомов). Полимерный электролит фактически заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом, благодаря чему они имеют гибкую пластиковую оболочку, имеют меньший вес, большую токоотдачу и могут быть использованы в качестве силовых аккумуляторов для устройств с мощными электродвигателями.

Такая конструкция упрощает процесс производства, характеризуется более высокой безопасностью и позволяет выпускать тонкие аккумуляторы произвольной формы. Минимальная толщина элемента составляет около одного миллиметра, так что разработчики оборудования свободны в выборе формы, очертаний и размеров, вплоть до внедрения его во фрагменты одежды.

Основные преимущества

• Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы при одинаковом весе превосходят по энергоемкости никелевые (NiCd и Ni-MH) аккумуляторы
• Низкий саморазряд
• Высокое напряжение единичного элемента (3.6-3.7V против 1.2V-1.4  у NiCd и NiMH), что упрощает конструкцию — зачастую аккумулятор состоит только из одного элемента. Многие производители применяют в различных компактных электронных устройствах (сотовые телефоны, коммуникаторы, навигаторы и пр.) именно такой одноэлементный аккумулятор
• Толщина элементов от 1 мм
• Возможность получать очень гибкие формы

Недостатки

• Аккумулятор подвержен старению, даже если он не используется и просто лежит на полке. По вполне очевидным причинам производители об этой проблеме умалчивают. Часы начинают тикать с того момента, как аккумуляторы произвели на заводе, и снижение емкости является результатом повышения внутреннего сопротивления, которое в свою очередь порождается окислением электролита. В итоге внутреннее сопротивление достигнет такого уровня, когда аккумулятор больше не сможет отдавать накопленную энергию, хотя ее в аккумуляторе будет достаточно.Через два или три года он часто становится непригодным к использованию.
• Более высокая стоимость по сравнению с NiCd и Ni-MH аккумуляторами
• При использовании литий-полимерных аккумуляторов, всегда есть риск их воспламенения, которое может случиться вследствие замыкания контактов, от неправильной зарядки, или механического повреждения аккумулятора. Так как температура горения лития очень высока (несколько тысяч градусов), то он может воспламенить рядом стоящие предметы и вызвать пожар.

Основные характеристики Li-Po аккумуляторов

Как было сказано выше, литий-полимерные аккумуляторы при одинаковом весе превосходят по энергоемкости NiCd и Ni-MH аккумуляторы в несколько раз. Срок службы современных Li-Po аккумуляторов, как правило, не превышает 400-500 циклов заряд-разряд. Для сравнения, срок службы современных Ni-MH аккумуляторов с низким саморазрядом составляет 1000-1500 циклов.

Технологии производства литиевых аккумуляторов не стоят на месте и названные выше цифры в любой момент могут потерять актуальность, т.к. производители аккумуляторов с каждым месяцем наращивают их характеристики за счёт внедрения новых технологических процессов их производства.

Из всего многообразия литий-полимерных аккумуляторов, имеющихся в продаже, можно выделить две основные группы — быстро-разрядные (Hi Discharge) и обычные. Отличаются они между собой максимальным разрядным током — его указывают или в амперах, или в единицах емкости аккумулятора, обозначаемой буквой «С».

Области применения Li-Po аккумуляторов

Применение Li-Po аккумуляторов позволяет решить две важные задачи — увеличить время работы устройств и снизить вес батареи

Обычные Li-Po аккумуляторы применяются в качестве источников питания в электронных устройствах с относительно небольшим токопотреблением (мобильные телефоны, коммуникаторы, ноутбуки и т.д.).

Быстро-разрядные литий-полимерные аккумуляторы часто называют «силовыми» — такие аккумуляторы применяются для питания устройств с высоким токопотреблением. Ярким примером применения «силовых» Li-Po аккумуляторов являются радиоуправляемые модели с электродвигателями и современные гибридные автомобили. Именно в этом сегменте рынка происходит основная конкурентная борьба различных производителей Li-Po аккумуляторов.

Единственная область, где пока литий-полимерные аккумуляторы уступают никелевым — это область супервысоких (40-50С) разрядных токов. По цене, в пересчете на емкость, литий-полимерные аккумуляторы стоят примерно столько же, сколько NiMH. Но в этом сегменте рынка уже появились конкуренты — литий-фосфатные аккумуляторы (Li-Fe), технология производства которых развивается с каждым днём.

Зарядка Li-Po аккумуляторов

Заряд большинства Li-Po аккумуляторов осуществляется по достаточно простому алгоритму — от источника постоянного напряжения 4.20V/элемент с ограничением тока в 1С (некоторые модели современных силовых Li-Po аккумуляторов позволяют заряжать их током в 5С). Заряд считается завершенным, когда ток упадет до 0.1-0.2С. До перехода в режим стабилизации напряжения при токе в 1C аккумулятор набирает примерно 70-80% емкости. Для полной зарядки необходимо время около 1-2 часов. К зарядному устройству предъявляются достаточно жесткие требования по точности поддержания напряжения в конце заряда — не хужу 0,01 V/банку.
Из представленных на рынке зарядных устройств можно выделить два основных типа — простые, не «компьютерные» зарядники в ценовой категории 10-40$, предназначенные только для литиевых аккумуляторов, и универсальные зарядные устройства в ценовой категории 80-400$, предназначенные для обслуживания различных типов аккумуляторов.

Первые, как правило, имеют только светодиодную индикацию заряда, количество банок и ток в них выставляются перемычками или путём подключения аккумулятора к различным разъемам на зарядном устройстве. Достоинство таких зарядных устройств — низкая цена. Главный недостаток — некоторые из таких устройств не умеет правильно определять окончание заряда. Они определяют лишь момент перехода от режима стабилизации тока к режиму стабилизации напряжения, что составляет примерно 70-80% емкости.

Простое зарядное устройство для заряда Li-Po аккумуляторов

У второй группы зарядников возможности намного шире, как правило, они все показывают напряжение, ток, и емкость в мАч, которую аккумулятор «принял» в процессе заряда, что позволяет более точно определять, насколько заряжен аккумулятор. При использовании зарядного устройства самое главное — правильно выставить на заряднике нужное количество банок в батарее и ток заряда, который, как правило, равен 1C.

Универсальное зарядное устройство для зарядки аккумуляторов

Эксплуатация Li-Po аккумуляторов и меры предосторожности

Можно с уверенностью сказать, что литий-полимерные аккумуляторы самые «нежные» из существующих, т.е. требуют обязательного соблюдения нескольких несложных правил. Перечислим их в порядке убывания опасности:

1. Перезаряд аккумулятора — заряд до напряжения, превышающего 4.20V на банку
2. Короткое замыкание аккумулятора
3. Разряд токами, превышающими нагрузочную способность или приводящим к нагреву Li-Po аккумулятора cвыше 60°С
4. Разряд ниже напряжения 3V на банку
5. Нагрев аккумулятора выше 60ºС
6. Разгерметизация аккумулятора
7. Хранение в разряженном состоянии

Невыполнение первых трех пунктов приводит к пожару, всех остальных — к полной или частичной потере емкости

Из всего сказанного можно сделать следующие выводы:

• Чтобы не было пожара, надо иметь нормальный зарядник и правильно выставлять на нем число заряжаемых банок
• Необходимо также использовать разъемы, исключающие возможность короткого замыкания батареи и контролировать ток, потребляемый устройством, в котором установлен Li-Po аккумулятор
• Необходимо быть уверенным, что ваше электронное устройство,в котором установлен аккумулятор не перегревается. При +70ºС в аккумуляторе начинает идти «цепная реакция», превращающая запасенную им энергию в тепло, аккумулятор буквально растекается, поджигая все, что может гореть
• Если замкнуть почти разряженный аккумулятор, то пожара не будет, он тихо и мирно «умрет» из-за переразряда
• Следите за напряжением в конце разряда аккумулятора и обязательно отключайте его после работы
• Разгерметизация — так же причина выхода литиевых аккумуляторов из строя. Внутрь элемента не должен попадать воздух. Это может произойти при повреждении внешнего защитного пакета (аккумулятор запаян в пакет наподобие термоусадочной трубки) в результате удара, или повреждения острым предметом, или при сильном перегреве вывода аккумулятора при пайке. Вывод — не ронять с большой высоты и паять аккуратно
• Хранить аккумуляторы, судя по рекомендациям производителей, следует в заряженном на 50-70% состоянии, лучше в прохладном месте, при температуре не выше 30°С. Хранение в разряженном состоянии отрицательно сказывается на сроке службы. Как и у всех аккумуляторов, у литий-полимерных есть небольшой саморазряд.

Сборка Li-Po батарей

Для получения батарей с высокой токоотдачей или большой емкости используют параллельное соединение аккумуляторов. Если вы покупаете готовую батарею, то по маркировке можно узнать, сколько в ней банок и как они соединены. Буква Р (parallel) после числа обозначает количество соединенных параллельно банок, a S (serial) — последовательно. Например, «Kokam 1500 3S2P» обозначает батарею, соединенную последовательно из трех пар аккумуляторов, и каждая пара образована двумя параллельно соединенными аккумуляторами емкостью по 1500 мАч, т.е. емкость батареи будет 3000 мАч (при соединении параллельно емкость возрастает), а напряжение — 3,7V х 3=11,1V.

Если вы покупаете аккумуляторы отдельно, то перед соединением их в батарею нужно уравнять их потенциалы, особенно это касается варианта параллельного включения, так как при этом одна банка начнет заряжать другую и зарядный ток может превысить значение 1C. Желательно, все купленные банки перед соединением разрядить до 3V током около 0.1- 0.2С. Напряжение надо контролировать цифровым вольтметром с точностью не ниже 0.5%. Это обеспечит надежное функционирование батареи в будущем.

Выравнивание потенциалов (балансировку) также желательно проводить даже уже на собранных фирменных батареях перед их первым зарядом, так как многие фирмы, собирающие элементы в батарею, не балансируют их перед сборкой.

Из-за падения емкости в результате эксплуатации ни в коем случае нельзя добавлять новые банки последовательно старым — батарея будет при этом разбалансирована.

Конечно, также нельзя соединять в батарею аккумуляторы разных, даже близких емкостей — например 1800 и 2000 мАч, а также использовать в одной батарее аккумуляторы разных производителей, поскольку различное внутренне сопротивление приведет к разбалансировке батареи.

При пайке следует соблюдать аккуратность, нельзя допускать перегрева выводов — это может нарушить герметизацию и навсегда «убить» еще не поработавший аккумулятор. Некоторые Li-Po аккумуляторы поставляются с уже припаянными к выводам кусочками текстолитовой печатной платы для удобства распайки проводов. При этом добавляется лишний вес — около 1 г на элемент, зато греть места для припайки проводов можно гораздо дольше — стеклотекстолит плохо проводит тепло. Провода с разъемами следует закрепить на корпусе батареи, хотя бы скотчем, чтобы случайно не оторвать их при многократном подключении к зарядному устройству

Нюансы применения Li-Po аккумуляторов

Приведу еще несколько полезных примеров, вытекающих из ранее сказанного, но неочевидных на первый взгляд …

При больших зарядных токах (2 А и более) использование тонких проводов от зарядного устройства до батареи, а также подключение «крокодилами», а не штатными разъемами батареи к заряднику приводит к паразитному падению напряжения в контактах и проводах, зарядник раньше переходит в режим стабилизации напряжения, что увеличивает время заряда. Например, на заряднике «Triton» при использовании штатных проводов с «крокодилами» время заряда на токе 1,5 А увеличивается на 20 мин по сравнению с толстыми (1 мм²) проводами без «крокодилов».

В течение долгой эксплуатации батареи ее элементы из-за изначального небольшого разброса емкостей становятся несбалансированными — какие-то банки «стареют» раньше других и теряют свою емкость быстрее. При большем числе банок в батарее процесс идет быстрее. Отсюда вытекает следующее правило — необходимо контролировать емкость каждого элемента батареи.

В случае обнаружения в сборке аккумулятора, ёмкость которого отличается от других элементов более, чем на 15-20%, рекомендуется отказаться от использования всей сборки, или из оставшихся аккумуляторов спаять батарею с меньшим количеством элементов.

Не рекомендуется «высаживать в ноль» батарею — это лишний риск разрядить самую «плохую банку» в сборке ниже 3V, из-за чего она еще больше потеряет емкость

Современные зарядные устройства имеют встроенные балансиры (balancer), которые позволяют заряжать все элементы в батареи отдельно под чётким контролем. Если зарядное устройство не оборудовано балансиром, то его необходимо приобрести отдельно и заряд аккумуляторов желательно производить с его использованием.

Внешний балансир —  это небольшая плата, подключаемая к каждой банке, содержащая нагрузочные резисторы, схему управления и светодиод, показывающий, что напряжение на данной банке достигло уровня 4.17-4.19V. При превышении напряжения на отдельном элементе порога в 4.17V балансир замыкает часть тока «на себя», не позволяя напряжению превысить критический порог.

Следует добавить, что от переразряда некоторых банок в разбалансированной батарее балансер не спасает, он служит только для защиты от повреждения элементов при заряде и средством определения «плохих» элементов в батарее.

Вышесказанное относится к батареям, составленных из трех элементов и более, для двух-баночных батарей балансиры, как правило, не применяют

По многочисленным отзывам, разряд литиевых аккумуляторов до напрряжения 2.7- 2.8V более губительно сказывается на емкости, чем, например перезаряд до напряжения 4.4V. Особенно вредно хранить батарею в переразряженном состоянии.

Существует мнение, что литий-полимерные аккумуляторы нельзя эксплуатировать при отрицательных температурах. Действительно, в технических характеристиках на батареи указан рабочий диапазон 0-50°С (при 0°С сохраненяется 80% емкости аккумулятора). Но тем не менее, использовать Li-Po аккумуляторы при отрицательных температурах, около-10…-15°С, можно. Дело в том, что не нужно перед использованием морозить батарею — положите ее в карман, где тепло. А в процессе использования внутреннее выделение тепла в аккумуляторе оказывается в данный момент полезным свойством, не позволяя батарее замерзнуть. Конечно, отдача аккумулятора будет несколько ниже, чем при нормальной температуре.

Заключение

Учитывая, какими темпами двигается технический прогресс в области электрохимии, можно предположить, что будущее за литиевыми технологиями накопления энергии, если их не догонят топливные элементы. Поживем — увидим…

В статье использованы материалы статей Сергея Потупчика и Владимира Васильева