Типы и размеры современных аккумуляторов Li-ion — технические характеристики

От начала работ по созданию аккумуляторных батарей на основе чистого лития до появления первой партии литий-ионных перезаряжающихся элементов прошло более 80 лет. В 1991 году компанией Sony была выпущена Li-ion батарея. Литий – металл легкий, активный и энергоемкий, но его создатели источников энергии не смогли приручить, пока. Все типы литиевых батареек и аккумуляторы работают с ионами LI в составе сложных солей. По видам активного элемента названы типы батарей, от состава зависит их напряжение на одну ячейку и уровень саморазряда. Удельная энергия гальванических элементов с Li в несколько раз выше, чем Ni-Cd.

Типы литиевых аккумуляторов, размеры

Батарея состоит из положительного и отрицательного электродов из алюминиевой или медной фольги. На поверхность катода тонким слоем нанесен оксид лития, а анод представляет пористый углерод. Между ними сепаратор. Электролит представляет раствор соли лития. При зарядке анод теряет электроды, катод притягивает. Разрядка сопровождается обратной реакцией.

На катод наносят:

• литий- оксид кобальт или литий-кобальт;
• литий- оксид марганца, именуемый шпиндель, литий- марганец;
• литий-фосфат железа, LEP;
• литий никель-марганец-кобальт, сокращенно НКМ;
• Литий- никель-кобальт-оксид алюминия или НКА.

Анод выполнен из графитовой пластины – чистый углерод. Но уже ведутся работы по замене его кремниевым.

Подбирая состав ионных компонентов, производители улучшают отдельные свойства батарей. В зависимости от агрегатного состояния электролита литиевые аккумуляторы могут быть ионными или полимерными. Какой тип выбрать зависит от суммы технических показателей.

Получили известность и используются в различных приборах и технике следующие типы литиевых батарей.

1. Литий-ионные, с номинальным напряжением 3,6 В. В них в необслуживаемой батарее залит жидкий электролит.
2. Литий-полимерные – номинальное напряжение 3,7 В, электролит заполняет свободное пространство в виде геля.
3. Литий- железо фосфатные – номинальное напряжение 3,3 В, характеризуется устойчивостью к морозу, не страшна глубокая разрядка, вариант для транспорта.

Характеристики батарей зависят от толщины фольги, % состава компонентов в активной обмазке. Производители создают модели с большей емкостью или мощностью, подбирая состав, технологию нанесения, вид токопроводящих пластин.

Конструкция литий-ионных аккумуляторов

По конструкции батареи li-ion бывают рулонного типа и с набором пластин. Рулонный тип предполагает, что сложенные пластины закручивают в цилиндр или полоса сматывается так, как будто внутри установлена пластина, рулон получается плоским. В корпусе может разместиться несколько таких рулонов. Как отдельные банки, они подключаются в общий вывод параллельно.

Именно из набора литиевых пластин состит призматический АКБ.

Цилиндрические литиевые аккумуляторы используются отдельно батареей   или комплектом, в общем корпусе. Токовыводы представляют контактные площадки или винтовые борны. За счет высоких борнов можно самостоятельно собрать батарею нужной емкости, соединяя контакты с помощью токопроводящей ленты. Размеры цилиндрических батарей унифицированы. Так 18650 означает, высота цилиндра 65 мм, диаметр 18 мм.

В оболочке из ламинированой фольги могут быть только литий-полимерные аккумуляторы. Они легкие, компактные, принимают нужную форму. Но непрочный корпус сокращает срок службы батареи.

Видео

Интересует, из каких компонентов собрана литий-ионная батарейка – посмотрите видео.

Немного о батареях и их размерах

Что такое аккумуляторная батарея

 1. Классификация

 Батареи можно разделить на три категории: литий-ионные, никель-металл-гидридные и щелочные.

 

①Литий-ионные батареи (называемые также Li-ion или LIB) относятся к семейству перезаряжаемых элементов питания, в которых ионы лития перемещаются от отрицательно заряженного электрода к положительно заряженному электроду при разрядке и обратно при зарядке. Химический состав, КПД, стоимость и безопасность различаются в зависимости от типа LIB. В отличие от первоначальных одноразовых литиевых батареек, в литий-ионных электрохимических элементах в качестве материала для электродов используются пластины из литиевого компаунда вместо чисто металлического лития.

 
Литий-ионные батареи наиболее распространены в бытовой электронике. Они являются одним из самых популярных типов перезаряжаемых батарей для портативной электроники, отличаются наибольшим количеством энергии на единицу веса, без эффекта памяти, с незначительной потерей энергии, когда они не используются. Помимо бытовой электроники, LIB также становятся все более популярными для использования на военных и электрических транспортных средствах, а также в авиационно-космической отрасли. Научные исследования непрерывно вносят улучшения в традиционные технологии производства LIB, особое внимание при этом уделяется количеству энергии, сроку службы, стоимости и искробезопасности.

 

 ②Щелочные батареи являются типом батарей первичных элементов, зависимых от реакции между цинком и диоксидом марганца (Zn/MnO2). Перезаряжаемые щелочные батареи позволяют повторно использовать специально разработанные элементы.

 По сравнению с угольно-цинковой батареей или типами хлоридо-цинковых батарей, щелочные батареи имеют большее количество энергии на единицу веса и больший срок годности при том же напряжении. Дисковые серебряно-цинковые батареи имеют большее количество энергии и мощность, но также большую стоимость, чем щелочные батареи того же размера.

 Щелочные батареи получили свое название благодаря щелочному электролиту гидроокиси калия вместо электролита кислотного хлорида аммония или хлорида цинка в угольно-цинковых батареях. Другие типы батареек также используют щелочной электролит, но другие активные материалы для электродов.

 

③Никель-металл-гидридные батареи 3A, сокращенно NiMH или Ni-MH, являются типом перезаряжаемых батареек. Они очень похожи на никелево-кадмиевые элементы (Ni-Cd). В NiMH используются положительные электроды из метагидроокиси никеля (Ni-OOH), как и Ni-Cd, но отрицательный электрод сделан из водородо-поглощающего сплава вместо кадмия. Батарея NiMH может иметь мощность в два или три раза большую, чем Ni-Cd аналогичного размера, и их количество энергии на единицу веса приближается к литий-ионным элементам.

 Типичная удельная энергия для маленьких NiMH элементов составляет приблизительно 100 Вт/ч на кг, а для больших – около 75 Вт/ч на кг (270 кДж). Это значительно больше, чем обычные 40-60 Втч/кг для Ni-Cd, и аналогично 100-160 Втч/кг для Li-ion. NiMH имеют удельную энергию на единицу объема приблизительно в 300 Втч/л (1080 МДж/м

3), что существенно больше, чем никель-кадмиевые батареи в 50-150 Втч/л, и приблизительно аналогично Li-ion в 250-360 Втч/л.

 Батареи NiMH заменили Ni-Cd по многим параметрам, особенно маленькие перезаряжаемые батареи. NiMH батареи имеют распространенный размер АА, с номинальной зарядной емкостью (С) от 1100 мАч до 3100 мАч при 1,2 В, измеряемой при скорости полной разрядки в пять часов. Полезная разрядная емкость является убывающей функцией скорости разрядки, но при скорости разрядки примерно в 1хС (полная разрядка в течение часа), она существенно не отличается от номинальной емкости. Батареи NiMH обычно работают при 1,2 В на элемент, что немного меньше, чем стандартные 1,5 В элементы, но большинство устройств работают при таком напряжении.

 Около 22% портативных перезаряжаемых батареек, продаваемых в Японии в 2010 году, относились к типу Ni-MH. В Швейцарии в 2009 году аналогичные цифры составили приблизительно 60%. Этот процент падает с каждым годом из-за роста производства Li-ion батареек: в 2000 году почти половина всех портативных перезаряжаемых батареек, продаваемых в Японии, были NiMH.

 Одним существенным недостатком батареек Ni-MH является большая скорость саморазряда; батарея Ni-MH теряет 3% своего заряда за неделю хранения. В 2005 году были разработаны батареи с низкой скоростью саморазряда (LSD). Батареи LSD Ni-MH значительно медленнее саморазряжаются, но это происходит за счет уменьшения их емкости примерно на 20%.

 

2. Типы батареек

 

Таблица стандартных размеров батареек

 

Наименование	Другие наименования	Форма	Напряжение
AA	R6, R06, MN1500, MX1500, PC1500, AM3, UM3, UM-3, HP7, 15AC, 15A, E91, EN91, 815, AL-AA, ALAA, 7524, HR6, HR06, LR06, LR6, X91, PC1501, Mignon, Penlight, Double A, 2AA	Цилиндрическая, длина 50 мм, диаметр 14,2 мм	1,5 В
AAA	LR03, LR3, LR03X, R03, R3, MN2400, MX2400, PC2400, AM4, UM4, UM-4, HP16, 24AC, 24A, 24G, EN92, E92, 824, ALAAA, AL-AAA, 7526, 4003, K3A, Micro, Microlight, Potlood, Penlight, Triple A, 3AAA	Цилиндрическая, длина 44,5 мм, диаметр 10,5 мм	1,5 В
AAAA	LR61, 25A , MN2500, MX2500, E96, EN96, GP25A, LR8D425, 4061, K4A, Quadruple A, Quad A, 4AAAA	Цилиндрическая, длина 42 мм, диаметр 8 мм	1,5 В
C	LR14, R14, UM2, UM-2, MN1400, MX1400, PC1400, 14AC, 14A, E93, EN93, 814, ALC, AL-C, 7522, AM2, HP11, Baby, Mignon	Цилиндрическая, длина 46 мм, диаметр 26 мм	1,5 В
D	LR20, R20, R20MA, R20P, MN1300, MX1300, PC1300, UM1, UM-1, SUM-1, AM1, 13AC, 13A, E95, EN95, 813, AL-D, 1250, 7520, HP2, HR20, Mono, Goliath	Цилиндрическая, длина 58 мм, диаметр 33 мм	1,5 В
9V	PP3, 1604AC, 1604A, 1604AC, 522, EN22, A1604, AL9V, AL-9V, 9-Volt, Radio Battery, 6AM6, 6UM6, 006P, 6LR61, PC1604, PL1604, L522, 1604LC, U9VL-FP, K9V, S006, S-006, 6F22, Nine Volt	Прямоугольная, высота 48,5 мм, длина 26,5 мм, ширина 17,5 мм	9 В
123	CR17354, 5018LC, Camera Battery, CR123, LR123, VL123, 123A, CR123A, EL123A, EL123AP, EL123AP-2, RL123, RL123A-1, RL123A-2, DL123A-1, DL123A-2, SF123A, SF12-BB, K123A, RCR-123A, 23-155, CR-123APA	Цилиндрическая, длина 34,5 мм, диаметр 17 мм	3 В
CR2	DLCR2, DLCR2B, RLCR2, KCR2, EL1CR2, RLCR2-L, CR-2, 5046LC	Цилиндрическая, длина 27,5 мм, диаметр 16 мм	3 В
N	LR1, LR01, 910A , MN9100, 4001, E90, KN, 810, 23-023, AM5, UM5, UM-5, SUM5, Lady Battery	Цилиндрическая, длина 30,2 мм, диаметр 12 мм	1,5 В
J	4LR61, 7K67, 4018, 539, KJ, 4AM6, 4UM6, 4UM-6, 1412A, 1412AP, 867	Квадратная со скошенным углом, высота 48,5 мм, длина 35,6 мм, ширина 9,18 мм	6 В

 

 

 3. Примечания

 

①Напряжение всех перезаряжаемых батарей составляет 3,7 В – 4,2 В. Если батареи соединены последовательно, общее напряжение остается 3,7 В – 4,2 В. (Примечание: TM11 включает в себя 4 18650 батарей и ее общее напряжение составляет 4.2V. Если она включает в себя 8 CR123 батарей, общее напряжение составляет 6 В. (Из-за расчетных пределов ТМ11 не может задействовать батареи RCR123)

 ②Напряжение всех перезаряжаемых батарей составляет 3В.

 ③Напряжение щелочных батарей – 1,5 В, батарей Ni-MH – 1,2 В.

 ④Яркость фонаря зависит от напряжения батареи.

 ⑤Конверсия типов батарей: AA=14500，CR123A=16340，CR123A*2=18650。(Примечание：14500 Li-ion батареи неприменимы для наших изделий, которые используются с двумя батареями типа АА).

 

 4. Изменения типов батарей: AA=14500，CR123A=16340，CR123A*2=18650.

 

       (Примечание：14500 Li-ion батареи не подходят для наших изделий, которые используются с двумя батареями типа АА).

Размеры и вес аккумулятора 18650

Аккумуляторы 18650

Это 3,5-3,7 вольтовые литий-ионные батареи. Используются в широким спектре электроники, включая ноутбуки, цифровые камеры, фонари и даже в электровеликах и в электрических автомобилях таких как Tesla. Бывают 2 вида аккумуляторов защищённые и незащищённые, незащищённые это обычные промышленные банки которые используются в ноутбуках, электровелосипедах. Защищённые аккумуляторы это те же самые банки только дополнительно оснащённые платой с защитой от короткого замыкания и перезаряда, плата устанавливается на один из контактов, габариты у защищённых аккумуляторов будут, как правило, чуть длиннее и чуть шири.

Напряжение разрядки этих аккумуляторов не должно падать ниже 3-х вольт. Номинальное напряжение зарядки не должен превышать 4,2 вольта, а максимальная температура не должна превышать 70 градусов. Средний срок службы этих аккумуляторов составляет 36 месяцев или 1000 циклов зарядки, также эти аккумуляторы стареют даже если их не использовать и хранить при высоких температурах, также полный разряд постепенно убивает эти аккумуляторы. Емкость аккумуляторов 18650 не должна превышать 3600 mAh, все что выше этого значения это гарантированная подделка и такой аккумулятор лучше не покупать.

Размер аккумулятора 18650.  И что все эти цифры означают?

Первые две цифры» 18 » означают диаметром в миллиметрах. В нашем случае ширина батареи будет 18 мм (миллиметр).

Третья и четвертая цифра (65) означают длину в миллиметрах. Это будет 65 мм (миллиметр).

Последняя цифра ноль обозначает форму аккумулятора, в данном случае она цилиндрическая.

Размеры с защитой 66,5*18 мм.

Метрическая система используется почти всегда, так что в следующий раз, когда вы увидите батарею li-Ion с номерами: (18650, 18500, 16340, 16650, 14500, 26650), вы будете знать наверняка, смысл всех этих цифр.

Вес аккумулятора 18650.

В среднем вес подлинной батареи 18650 будет в среднем около 45 грамм и не менее 42 грамм. Некоторые подлинные 18650 аккумулятор могут весить более 50 грамм. Китайские поддельные аккумуляторы 18650 могут весить в среднем 35-32 грамм, а иногда и значительно меньше.

Ссылки на аккумуляторы 18650 на aliexpress.

Ссылка 1

Ссылка 2

Зарядка для аккумуляторов

АккумуляторыЖелезо

ТИПЫ СОВРЕМЕННЫХ ЛИТИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Когда говорят о литиевых батарейках или аккумуляторах, то чаще всего даже не догадываются, что их в последние пару лет появилось чуть ли не десяток разновидностей, каждая из которых представляет из себя литий с различными добавками других химических элементов, в итоге существенно отличающихся друг от друга.

Давайте разберёмся в их типах и начнём с классики:

Li-ion батареи

Литий-ионные аккумуляторы — это классические перезаряжаемые аккумуляторов, в которой ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному электроду во время разряда и обратно при зарядке. Литий-ионные АКБ широко распространены в бытовой электронике. Они являются одним из самых популярных типов аккумуляторных батарей для портативной электроники, с одной из лучших энергетической плотностью, отсутствие эффекта памяти и медленной потери заряда, когда он не используется (низкий саморазряд).

Эта серия охватывает цилиндрические и призматические типоразмеры аккумуляторов. Li-ion имеет наивысшую плотность мощности среди любого аккумулятора старого типа. Очень легкий вес и большой цикл жизни делает его идеальным продуктом для многих решений.

LTO батареи

Литий-титанат (титанат лития) — это относительно новый класс литий-ионных АКБ — (подробнее читайте тут). Он характеризуется очень длинным жизненным циклом, который измеряется в тысячах циклов. Литий-титанат свинца является также очень безопасным и сравним в этом плане с фосфатом железа. Энергетическая плотность ниже, чем у других литий-ионных источников тока и его номинальное напряжение 2.4 В.

Эта технология отличается очень быстрой зарядкой, низким внутренним сопротивлением, очень высоким жизненным циклом и отличной выносливостью (также безопасностью). LTO нашел свое применение в основном в электромобилях и наручных часах. В последнее время она начинает находить применение в мобильных медицинских устройствах, благодаря своей высокой безопасности. Одна из особенностей технологии заключается в том, что используются нанокристаллы на аноде вместо углерода, что обеспечивает гораздо более эффективную площадь поверхности. К сожалению, эта батарея имеет более низкие напряжения, чем другие типы литиевых АКБ.

Особенности:

• Удельная энергия: около 30-110Wh/кг
• Плотность энергии: 177 Вт * ч/л
• Удельная мощность: 3,000-5,100 Вт/кг
• Разряд КПД: примерно 85%; зарядки эффективность более 95%
• Энергия-цена: 0.5 Вт/доллар
• Срок годности: >10 лет
• Саморазряд: 2-5 %/месяц
• Долговечность: 6000 циклов до 90% емкости
• Номинальное напряжение: от 1,9 до 2,4 В
• Температура: от -40 до +55°C
• Метод зарядки: используется стабильный постоянный ток, затем постоянное напряжение до тех пор, пока не достигнет порога.

Химическая формула: Li4Ti5O12 + 6LiCoO2 < > Li7Ti5O12 + 6Li0.5CoO2 (Е=2,1 В)

Li-Polymer батареи

Литий-полимер имеет бОльшую плотность энергии в плане веса, чем литий-ионные АКБ. В очень тонких ячейках (до 5 мм) литий-полимер обеспечивает высокую объемную плотность энергии. Великолепная стабильность в перенапряжениях и высоких температурах.

Эта серия аккумуляторов может производиться в диапазоне от 30 до 23000 мА/ч, корпуса призматического и цилиндрического типов. Литий-полимерные аккумуляторы имеют ряд преимуществ: большую плотность энергии по объему, гибкость в размерах ячеек и более широкий запас прочности, с превосходной стабильностью напряжения даже на высокой температуре. Основные области применения: портативные плееры, Bluetooth, беспроводные устройства, КПК и цифровые камеры, электрические велосипеды, GPS навигаторы, ноутбуки, электронные книги.

Особенности:

• Номинальное напряжение: 3,7 В
• Зарядное напряжение: 4,2±0,05 В
• Ток заряда, скорость: 0.2-10С
• Предельное напряжение разряда: 2.5 В
• Скорость разряда: до 50С
• Выносливость в циклах: 400 циклов

LiFePO4 батареи

Литий-фосфат железа имеет хорошие характеристики безопасности, длительный срок службы (до 2000 циклов), и невысокую стоимость производства. LiFePO4 батареи хорошо подходят для высоких токов разрядки, например военной техники, электроинструментов, электровелосипедов, мобильных компьютеров, ИБП и солнечных энергетических систем.

В качестве нового анодного материала для литий-ионных аккумуляторов, lifepo4 был впервые представлен в 1997 году и постоянно совершенствуется до настоящего времени. Он привлек внимание экспертов благодаря его надежной безопасности, долговечности, низкого воздействия на окружающую среду при утилизации, и удобных зарядно-разрядных характеристик. Многие специалисты утверждают, что lifepo4 аккумуляторы являются на сегодняшний день лучшим вариантом для автономного питания электроники.

Li-SO2 батареи

Литий диоксид серы (батарея Li и SO2) — эти батареи имеют высокую плотность энергии и хорошую устойчивость к разряду на высокой мощности. Такие элементы используются в основном в военке, метеорологии и космонавтике.

Аккумуляторы на базе литий диоксида серы с металлическим литиевым анодом (самый легкий из всех металлов) и жидким катодом, содержащим пористый углеродный токосъемник с наполнением диоксида серы (SO2) выдают напряжение 2.9 В и имеют цилиндрическую форму.

Особенности:

• Высокое рабочее напряжение, стабильное на протяжении большей части разряда
• Чрезвычайно низкий саморазряд
• Работоспособность в экстремальных условиях 
• Широкий рабочий температурный диапазон (-55°C до +65°С)

Li-MnO2 батареи

Литий-диоксид марганца (батарея Li-MnO2) — такие аккумуляторы обладают легким металлическим литиевым анодом и твердым катодом из диоксида марганца, погруженный в неагрессивный, нетоксичный органический электролит. Этот тип батареи соответствуют RoHS ЕС и характеризуется большой емкостью, высокой допустимой разрядкой и длинной продолжительностью службы.

Li-MnO2 широко используется в резервных источниках питания, аварийных радиобуях, пожарных сигнализациях, электронных системах контроля доступа, цифровых фотоаппаратах, медицинском оборудовании. 

Особенности:

• Высокая плотность энергии
• Очень стабильное напряжение разрядки
• Более чем 10-ти летний срок хранения
• Рабочая температура: -40 до +60°С

Li-SOCL2 батареи

Хлорида тионил лития (литий-SOCl2) батареи обладают легким металлическим литиевым анодом и жидким катодом, содержащий пористый углеродный токосъемник наполненный тионилхлоридом (SOCl2). Батарея Li-SOCL2 идеально подходят для автомобильных устройств, медицинской техники, а также военных и аэрокосмических устройств. Они имеют самый широкий диапазон рабочих температур от -60 до + 150°С.

Особенности:

• Высокая плотность энергии
• Долгий срок годности при хранении
• Широкий температурный диапазон
• Хорошая герметизация
• Стабильное разрядное напряжение

Li-FeS2 батареи

Аккумуляторы и батареи Li-FeS2 расшифровываются как литий-железодисульфидные. Информация про них будет добавлена позже.

   Справочники радиодеталей

Современные типы литиевых батарей и их использование

С момента изобретения аккумуляторных батарей литиевого типа, они снискали огромную популярность в мире. Практичные, износоустойчивые, рассчитанные на длительный период эксплуатации, эти элементы питания с успехом поддерживают работоспособность не только различной электроники, но и большинства современных индивидуальных транспортных средств с электродвигателями: от складных электровелосипедов и самокатов до гироскутеров, моноколес и сигвеев. Постепенно их берут на вооружение и автомобилестроительные компании, создающие более габаритную технику.

Способствует росту спроса на эту продукцию и тот факт, что в мире постоянно создаются новые виды Li-ion аккумуляторов, возникают более совершенные конструкции, а инженеры постоянно бьются над решением проблемы изобретения долговечной, легкой, экономно расходующей заряд и, в то же время, достаточно мощной батареи.

Самый популярный формат мощного литиевого аккумулятора – литий-ионные. Они поставляются на рынок с разным объемом, с разными токами разряда. Чтобы добиться изменения характеристик батареи, производители прибегают к различным манипуляциям. Например, наращивают слой электродной массы на фольге, чтобы увеличить удельные показатели устройства. Также с этой целью могут корректироваться толщина электрода или сепаратора,

изменяться размеры элементов в составе активной массы, выбираться разные материалы для производства электродов.

Традиционно, те из Li-батарей, которые рассчитаны на работу со стартерами, выполняются с максимальной мощностью, в то время как элементы питания мобильных девайсов и всевозможной электроники делаются с упором на большую емкость.

Типы литиевых батарей

Говоря о классификациях Li-аккумуляторов, в первую очередь стараются разделить их на классы в зависимости от основного активного вещества. Как правило, каждая такая категория разработок имеет собственную формулу и сокращенное название:

• Сложные литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные батареи, также известные как NCA, изначально были популярны у создателей медицинского оборудования, силовых агрегатов, промышленных установок. Сегодня их активно включают в свои разработки и создатели электрического транспорта.. Данные элементы питания демонстрируют высокую энергоемкость наряду с показательной долговечностью, однако они не выбились еще пока в лидеры по причине своей высокой стоимости и сомнительной безопасности.

• Литий-марганцевая разработка (в основе – литий-ионная ячейка, дополненная катодом в виде шинели Li-Mn) представляет собой продукт высокой 

  

  мощности, достаточно безопасный, однако характеризующийся не слишком большой емкостью. Их чаще всего поставляют в качестве комплектующих электровелосипедов: как горных, так и складывающихся. Подобные решения имеют небольшой вес, демонстрируют отличную скорость зарядки, но отличаются не слишком большой долговечностью. Впрочем, совсем недавно ученые сумели совместить литий-марганцевые конструкции с литий-никель-марганец-кобальтовыми, получив, в результате, более продвинутую батарею с хорошей энергоемкостью и продленным сроком службы.

• Литий-кобальтовые решения актуальны для техники, потребляющей небольшие токи.. В основе этих конструкций лежит анод графитового типа и катод на основе оксида кобальта. Среди достоинств таких АКБ — хорошие показатели удельной энергоемкости и отличная стоимость, в то время как среди минусов числятся малый эксплуатационный период, неустойчивость к пограничным температурам, скромная удельная мощность.
• АКБ с фосфатом железа, ожидаемо именуемые литий-железо-фосфатными, демонстрируют отменные электрохимические свойства, высокую силу тока, малое внутреннее сопротивление, термоустойчивость. Они не портятся от неправильной эксплуатации, что обеспечивает им длительный срок службы. LiFePo-модули встречаются, преимущественно, в установках, где необходима крайняя выносливость техники, способность переносить большие токи. В частности, они отлично зарекомендовали себя в качестве элемента мощных электровелосипедов. Эти АКБ работают очень долго и отлично выдерживают нагрузки, предоставляя пользователю нужную мощность при сравнительно небольшом весе.
• Литий-титанатные структуры имеют анод, выполненный из нанокристаллов титаната лития, плюс катод, сделанный из графита. Такое приспособление отличается от аналогов повышенной безопасностью, способностью эксплуатироваться при критичных температурах. Его крайне быстро можно зарядить и несколько дольше использовать, чем классический Li-Ion. Некоторые производители электромобилей уже положили глаз на эти аккумуляторы. Литий титанат актуален для транспорта, который используется в странах с холодным климатом или же в холодное/жаркое время года. Данные АКБ возможно заряжать и разряжать как при -50, так и при +50 градусах Цельсия.
• 

  Литий-полимерные аккумуляторы задействуют в роли электролита полимерный материал. Сегодня их очень часто можно встретить в конструкциях скутеров, моноколес и велосипедов с электродвигателями, а также в отдельных электромобилях! Данный вид АКБ считается одним из революционных, поскольку он отдает в десятки раз больше тока по сравнению со значением его емкости в ампер-часах. Малый вес, возможность работать в большом диапазоне температур — главные плюсы разработки. Срок ее службы составляет порядка 500 циклов.

Особняком сегодня идут литий-кислородные аккумуляторы, противопоставляемые литий-воздушным. Их называют инновацией на рынке универсальных элементов питания. Это приспособления с небольшим весом, но высокой производительностью, которые базируются на использовании наночастиц, содержащих Li и O2. Эта разработка в одной из последних ее модификаций была избавлена от недостатка быстрой потери энергии, защищена от избыточного заряда, а также продемонстрировала хорошую устойчивость к влаге и внешним воздействиям.

Форматы и размеры литиевых аккумуляторов

В зависимости от конструкции электрода выделяют рулонные системы (скрученные вокруг пластины) и цилиндрические, составленные из набора элементов (традиционная основа призматических батарей). Рулоны просто собирать, но они максимально эффективны только там, где требуются малая емкость и мощность.

Цилиндрические батарейки оснащаются винтовыми борнами или стандартными контактными площадками (в качестве токовыводов). Среди мелкогабаритных наиболее распространены форматы аккумуляторов Li-ion 18650, напоминающие обычные пальчиковые батарейки.

В зависимости от конструкции корпуса различают цилиндрические, призматические устройства, а также оснащенные фольговой оболочкой.

• 

  Цилиндрический корпус выгоден за счет того, что он обеспечивает минимальное изменение объема элемента питания в ходе его продолжительного использования. Электроды в таких АКБ всего представлены в виде рулонов.

• Призматические системы могут снабжаться винтовыми борнами или контактными площадками под лепестки. Их очень часто задействуют при сборке электротранспорта, особенно – на заводах компаний азиатского региона.
• Ламинированная фольга в качестве корпуса стала популярна после широкого распространения литий-полимерных АКБ. В них применяется особый электролит на полимерах с гелем и ионами лития. Это мягкий и гибкий материал, который мало весит и его удобно запаивать в фольгу. Токовыводы у таких аккумуляторов могут быть как на одной стороне, так и на разных.

В зависимости от конкретных задач, которые ставятся перед аккумуляторами, они могут принимать различные формы. Например, для электровелосипедов часто закупается литий ионный аккумулятор тип бутылка – его удобно монтировать на двухколесном транспортном средстве, встраивать в раму.

Размеры литий ионных батарей

Для определения формата аккумулятора литий-ион была разработана универсальная система маркировки АКБ. Каждый элемент питания, попадающий на рынок, обозначается буквенно-циферной комбинацией, в которую закладываются данные о его габаритах, составе, форме. Читать маркировку цилиндрических батарей следует таким образом:

1. первая пара цифр говорит о диаметре изделия, указанном в миллиметрах;
2. вторая пара цифр указывает на длину батареи;
3. последнее значение является ссылкой на форму элемента питания (в случае с наиболее распространенными цилиндрическими устройствами их форма будет обозначена как 0).

Существует множество типоразмеров АКБ формы цилиндр: от небольших 10180 (диаметр – 10 мм, длина – 18 мм) и 10280 (диаметр – 10 мм, длина – 28 мм) до габаритных 32650 (диаметр – 32 мм, длина – 65 мм), 42120 (диаметр – 42 мм, длина – 12 мм).

Обозначение аккумуляторов класса; таблетка несколько иное. На их тип указывают буквы CR, вводимые в начале маркировки, далее следует две цифры – ссылка на диаметр в миллиметрах и еще две последующие – высота изделия (в десятых долях миллиметров).

Для нужд отрасли и упрощения подбора аккумуляторов производителями и покупателями были разработаны специальные сводные таблицы типоразмеров. Заглядывая в них можно увидеть тип, маркировку каждого аккумулятора и схожие с ним типоразмеры. Читая данные таблицы, стоит, однако, принимать во внимание, что указанные в них параметры только примерно отражают характеристики изделий. Например, толщина защитной платы может быть 3 миллиметра, а наружное покрытие значительно больше, чем на стандартных батарейках.

Дополнительно в маркировках производители часто указывают химические элементы, входящие в состав аккумуляторных батарей. Например, согласно общепринятому стандарту, ICR является обозначением кобальта, NCR – никеля и кобальта, IMR – марганца, INR – никеля и марганца.

Например, значение IMR22650, обнаруживаемое на батарейке, указывает на цилиндрическую перезаряжаемую батарею, выполненную на базе марганца, имеющую диаметр 22 миллиметра, а длину – 65 миллиметров.

Если тема литий-ионных АКБ и их разновидностей заинтересовала вас, рекомендуем посмотреть видео, посвященное сравнению видов различных исполнений аккумуляторов:

Перейти в раздел Li-ion аккумуляторов

Типы литиевых аккумуляторов

Литиевые аккумуляторы на современном рынке прочно заняли несколько различных ниш. В основном они используются во всевозможной потребительской электронике, портативном инструменте и мобильных устройствах, бытовой технике и т. п. Существуют даже литиевые аккумуляторы 12 вольт для авто. Хотя широкого распространения в автомобилестроении они пока не получили. Использование литиевых аккумуляторов в различных отраслях народного хозяйства привело к тому, что на рынке появилось много разновидностей этих аккумуляторных батарей. Основные типы литиевых АКБ мы рассмотрим в сегодняшней статье.

 

Содержание статьи

Разновидности литиевых аккумуляторов в зависимости от мощности и ёмкости

Мы здесь не будем писать о принципе работы Li аккумуляторных батарей и истории их возникновения. Подробно о литиевых аккумуляторах можно прочитать в статье по указанной ссылке. Также можете прочитать материалы отдельно про литий-полимерный и литий-ионный аккумулятор. А в этом материале хотелось бы рассмотреть именно различные типы Li аккумуляторов в зависимости от их характеристик и назначения.

Литиевый аккумулятор

Итак, что касается мощности и ёмкости литиевых батарей. Деление здесь достаточно условное. Для того чтобы выпускать аккумуляторы различной ёмкости, с разными токами разряда, производители изменяют ряд параметров. Например, они регулируют толщину слоя электродной массы на фольге (в случае рулонной конструкции). В большинстве случаев этот электродный слой наносится медную (минусовой электрод) и алюминиевую (плюсовой) фольгу. Благодаря такому увеличению электродного слоя растут удельные параметры аккумулятора.

Однако при наращивании активной массы приходится уменьшать толщину проводящей основы (фольгу). В результате аккумулятор может пропустить меньший ток, не перегреваясь при этом. Кроме того, увеличение слоя электродной массы приводит к увеличению сопротивления элемента. Чтобы снизить сопротивление, часто для активной массы используют более активные и дисперсные вещества. Этими параметрами производители «играют» при выпуске АКБ с теми или иными параметрами. Аккумуляторный элемент с тонкой фольгой и толстой активной массой показывает высокие значения запасаемой энергии. А его мощность будет низкой, и наоборот. И это можно регулировать, не изменяя типоразмера изделия.

Аккумуляторные батареи с разными значениями ёмкости и разрядного тока получаются при изменении следующих параметров:

• Толщина фольги;
• Толщина сепаратора;
• Материал плюсового и минусового электрода;
• Размер частиц активной массы;
• Толщина электрода.

При этом модели аккумуляторов, рассчитанных на более высокую мощность, оснащаются токовыводами больших размеров и массы. Это делается для предотвращения перегрева. Также для наращивания тока разряда используются всевозможные вещества, добавляемые в электролит или в электродную массу. У аккумуляторов с большой ёмкостью токовыводы, как правило, небольшие. Они рассчитываются на разрядный ток до 2С (обычно ток заряда-разряда аккумулятора указывается от его ёмкости) и зарядный ─ до 0,5С. Для литиевых АКБ большой ёмкости эти значения до 20С и до 40С, соответственно.

Модели литиевых аккумуляторов с высокой мощностью предназначены для питания стартёров, с высокой ёмкостью – для питания различной портативной аппаратуры. Что касается разработки литиевых батарей, то производители всевозможной электроники заказывают их в специальных фирмах. Те разрабатывают их с учётом предложенных условий, а затем размещают их в серийное производство. При разработке современных литиевых аккумуляторов учитываются следующие параметры:

• Ёмкость;
• Штатный и максимальный ток разряда;
• Размеры;
• Условия расположения внутри устройства;
• Рабочая температура;
• Ресурс (количество циклов заряд-разряд) и прочие.

Вернуться к содержанию
 

Различные конструкции литиевых аккумуляторных батарей

По конструктивным особенностям литиевые аккумуляторы можно разделить по двум признакам:

• Конструкция корпуса;
• Конструкция электродов.

Рассмотрим их подробнее.
Вернуться к содержанию
 

Конструкция электродов

Рулонного типа

На изображении ниже можно посмотреть Li─Ion аккумулятор с конструкцией рулонного типа.

Литиевый аккумулятор рулонного типа

Элементы рулонной конструкции изготавливаются двух типов:

• Рулон электродов скручивается вокруг виртуальной пластины. В одном корпусе могут размещаться несколько рулонов, подключённых параллельно;
• Цилиндрические. Различной высоты и диаметра.

Рулонная конструкция применяется там, где требуется аккумулятор небольшой ёмкости и мощность. Эта технология имеет небольшую трудоёмкость, поскольку скручивание электродных лент и сепаратора полностью автоматизировано. Недостатком такой конструкции является плохое теплоотведение от электродов. Фактически тепло отводится только через торец элемента.

Вернуться к содержанию
 

Из набора электродов

Литиевые аккумуляторы со сборкой из отдельных электродов применяются при производстве призматических АКБ.

Литиевый аккумулятор с набором пластин

Тепло здесь также отводится с торца электрода. Производители стараются улучшить теплоотвод посредством регулировки состава и дисперсности активной массы.

Вернуться к содержанию
 

Конструкция корпуса

Цилиндрические

Стоит уделить внимание цилиндрическим литиевым аккумуляторам. Они широко распространены в различной бытовой технике и электронике. Особенно популярны аккумуляторные элементы 18650.

Цилиндрические литиевые аккумуляторы

В качестве плюсов цилиндрического корпуса специалисты называют отсутствие изменения объёма при длительной эксплуатации. Это происходит за счёт того, что АКБ немного меняет объём в процессе заряда-разряда. Конструкция электродов в таком корпусе всегда рулонного типа. К недостаткам относят плохое теплоотведение.

Цилиндрические литиевые аккумуляторы могут иметь следующие токовыводы:

• Винтовые борны;
• Обычные контактные площадки.

Там, где более высокие требования к съёму тока, используются винтовые борны. Это АКБ с большим разрядным током и большой ёмкостью (более 20 Ач). Многочисленные испытания показывают, что цилиндрические литиевые аккумуляторы с винтовыми борнами выдерживают токи не более 10─15С. И это значения кратковременной нагрузки, при которой элемент быстро перегревается. При длительной работе они выдерживают разрядные токи 2─3С. В основном литиевые батарейки используют в портативном электроинструменте.

Цилиндрический литиевый аккумулятор с винтовыми борнами

Аккумуляторные элементы с контактными площадками обычно используются для объединения в батареи. Для этого их сваривают лентой при помощи контактной сварки. Иногда производители уже выпускают элементы с лепестками под самостоятельную пайку. Причём вид лепестков может быть различным в зависимости от типа пайки.

В обозначении типоразмера цилиндрических литиевых аккумуляторов обычно присутствуют их размеры. Например, литий─ионные элементы 18650 имеют высоту 65, а диаметр ─ 18 мм.

Вернуться к содержанию
 

Призматические

Призматические литиевые АКБ выпускаются:

• С винтовыми борнами;
• С контактными площадками под приваривание лепестков.

Призматические модели часто используются в азиатских странах для обеспечения питанием электрических велосипедов.

Призматический корпус литиевого аккумулятора

Вне зависимости от формы корпуса, его материал должен быть инертным по отношению к электродам, электролиту, активной массе. Такое же требование выдвигается к соединительным элементам, крепежу, прокладкам и т. п.

Вернуться к содержанию
 

Оболочка из ламинированной фольги

Такой вид корпуса получил распространение благодаря появлению литий─полимерных аккумуляторов. В их случае для переноса заряда также используются ионы лития и в целом здесь идут аналогичные электрохимические процессы. Но здесь электролит полимерный с добавлением гелевого вещества, содержащего ионы лития. Можете подробнее прочитать о том, в чём отличие литий─полимерного аккумулятора от ионного.

Литий─полимерный аккумулятор в ламинированной фольге

По весу такие аккумуляторные элементы легче цилиндрических и призматических. Поэтому корпус для них не используют, а помещают в пакет из ламинированной фольги, и герметично запаивают. Это тем более удобно, поскольку Li─Pol аккумуляторы имеют самые разные размеры и форму.

Среди минусов таких корпусов специалисты называют небольшую механическую прочность и меньший диапазон рабочих температур, чем у корпусных АКБ. К тому же, чаще возникают проблемы со вздутием аккумуляторного элемента.

По исполнению аккумуляторы в ламинированной фольге бывают:

• С токовыводами на одной стороне;
• На противоположных. Такая конструкция используется в случае высоких разрядных токов. Она позволяет равномерно распределять ток в активной массе электродов.

Вернуться к содержанию
 

Защита

В заключение стоит сказать несколько слов о защите, устанавливаемой на литиевых аккумуляторах. Контроллер заряда-разряда. Эти печатные платы устанавливаются практически на все аккумуляторы литиевого типа, используемые в потребительской электронике. Те элементы, которые будут работать в составе батареи, такой защиты могут не иметь. Их зарядом и разрядом будет управлять общий контроллер батареи.

Контроллер литиевого аккумулятора

Ещё один вариант защиты устанавливается на многих корпусных литиевых элементах. Это предохранительные клапаны для сброса избыточного давления в корпусе элемента. Тем самым предотвращается разрушение корпуса.

Исполнение такой защиты может быть разным. К примеру, ряд производителей используют фольгу с насечками, рассчитанную на определённое значение давления. В других случаях может быть установлена пружина, которая при достижении критического значения открывается и сбрасывает давление. В цилиндрических корпусах такая защита ставится под токовыводом.

Если статья была для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Этим вы поможете развитию нашего сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

Цилиндрические литиевые аккумуляторы: ammo1 — LiveJournal

Всем известны литиевые аккумуляторы различных форм, использующимися во всех мобильных устройствах, причём каждый производитель для каждого устройства делает аккумулятор новой формы, чтобы он был несовместим со всеми остальными.

Существуют и стандартные литиевые аккумуляторы. Как правило, они цилиндрической формы. Тип аккумулятора обозначается пятью цифрами: первые две цифры — диаметр, последние три — длина аккумулятора. Самые распространённые аккумуляторы — 18650.

Такие аккумуляторы часто используются в батареях ноутбуков, в большинстве аварийных зарядных устройств (PowerBank’ов) и даже в электромобилях (http://ammo1.livejournal.com/291378.html).

Все цилиндрические литиевые аккумуляторы имеют номинальное напряжение 3.7 вольта. Реальное напряжение — от 4.2 вольта у полностью заряженного аккумулятора до 3.0 вольта у полностью разряженного.
Литиевые аккумуляторы очень боятся переразряда, поэтому выпускаются защищённые (protected) аккумуляторы со встроенной схемой, отключающей аккумулятор при падении напряжения ниже минимально допустимого. Такие аккумуляторы, как правило, чуть длиннее стандартных и могут не влезать на штатные места установки стандартных аккумуляторов.

Вторые по популярности аккумуляторы — 14500, по размеру совпадающие с батарейкой AA. Аккумуляторы 10440 по размеру совпадают с батарейкой ААА.

В некоторых случаях такие аккумуляторы можно ставить вместо батареек, но нужно не забывать, что их напряжение более, чем вдвое выше, чем у батарейки.

Выпускаются также аккумуляторы 16340 (по размеру, как 123A), 15270 (по размеру, как CR2), 18350, 26650, 32650.

Стандартная ёмкость аккумуляторов 18650 — 2600 mAh, но в продаже встречаются китайские аккумуляторы до 4900 mAh. По результатам многочисленных тестов, все аккумуляторы китайских брендов имеют значительно меньшую ёмкость, чем заявлено. Так в тесте пятнадцати аккумуляторов (http://mysku.ru/blog/others/9018.html) некоторые аккумуляторы 3600 mAh были на самом деле всего-то 250 mAh и в самом лучшем случае 1800 mAh при заявленных 3000 mAh. Только аккумуляторы известных брендов (Sony, Panasonic, Sanyo, Samsung) имели реальную ёмкость, соответствующую заявленной.

Честные 2600 mAh Samsung (розовые на моей картинке) стоят $4.65 за штуку. Я их брал на Aliexpress (http://www.aliexpress.com/item/4pcs-lot-Original-18650-ICR18650-26F-2600mAh-Li-ion-3-7v-Battery-For-Samsung-laptop-Free/654187341.html), прочитав хорошие отзывы в комментариях к вот этому обзору: http://mysku.ru/blog/everbuying/12293.html.

Красные Ultrafire 3000 mAh с моей картинки фактически имеют ёмкость 850 mAh, а безымянный синий 2200 mAh — фактически всего 450 mAh.

Самые маленькие 10440 обычно имеют ёмкость 600 mAh и стоят около $2.
У 14500 стандартная ёмкость 900 mAh, но встречаются китайские шедевры с ёмкостью якобы 1600 mAh. Цена — $1.5-2.5.
Самые ёмкие — толстые 26650 (4000-5000 mAh за $6.5-7.5) и 32650 (5500-6000 mAh за $11-12).

Недавно появился новый вид литий-ионных аккумуляторов — литий-железо-фосфатные LiFePO4 (http://ru.wikipedia.org/wiki/Литий-железо-фосфатный_аккумулятор). Они отличаются высокой токоотдачей (до 120 А 10 сек.), продолжительным сроком службы (в десятки раз больше, чем у обычных Li-Ion аккумуляторов), большим сроком хранения (за 3 года хранения потеря емкости 3%), большей безопасностью (нет риска воспламенения или взрыва даже при быстрой зарядке за 15 минут током, в четыре раза превышающим ёмкость (4,3С). Номинальное напряжение у этих аккумуляторов чуть ниже — 3.3 V.

Аккумуляторы LiFePo4 выпускаются в типоразмере 26650 (3000 mAh, $10), 14500 (700 mAh, $3), 18650 (1100 mAh, $4). Продаются и «Rechargeable li-ion battery lifepo4 18650 3000mah» по $3, но это, разумеется, подделка.

Дешёвые и ёмкие 18650 могут найти массу применений. Ими можно заменить батарейки в переносной магнитоле или старые аккумуляторы в электроинструментах (ещё в 2010 году я рассказывал об этом: http://ammo1.livejournal.com/63051.html). Для удобства можно купить вот такие кассеты для 1, 2, 3 или 4 18650 с контактами и проводами за $0.05-$1.35: http://www.buyincoins.com/new_en/pages/search—wire+18650—-1.html.