история создания литий-ионных аккумуляторов / Блог компании Toshiba / Хабр

Перед тем как перейти к чтению, посчитайте, сколько устройств с аккумуляторами находится рядом с вами в радиусе нескольких метров. Наверняка, вы увидите смартфон, планшет, «умные» часы, фитнес-трекер, ноутбук, беспроводную мышь? Во всех этих устройствах установлены литий-ионные аккумуляторы — их изобретение можно считать одним из самых важных событий в области энергетики.

Легкие, ёмкие и компактные литий-ионные аккумуляторы способствовали буму портативной электроники, существование которой ранее было невозможным. Вот только гаджеты за последние 30 лет совершили фантастический технологический скачок, а современные литий-ионные аккумуляторы почти не отличаются от первых серийных образцов начала 1990-х годов. Кто и как изобрел литий-ионные перезаряжаемые батареи, какие составы в них используются и существует ли мировой заговор против «вечных» аккумуляторов? Рассказываем.

Легенда о первой батарейке

Между первой попыткой добыть электричество химическим способом и созданием литий-ионных аккумуляторов прошло, возможно, два тысячелетия. Существует неподтверждённая догадка, что первым рукотворным гальваническим элементом в истории человечества была «багдадская батарейка», найденная в 1936 году близ Багдада археологом Вильгельмом Кёнигом. Находка, датируемая II-IV веком до н. э., представляет собой глиняный сосуд, в котором находятся медный цилиндр и железный стержень, пространство между которыми могло заполняться «электролитом» — кислотой или щелочью. Современная реконструкция находки показала, что при заполнении сосуда лимонным соком можно добиться напряжения до 0,4 вольт.

«Багдадская батарейка» вполне похожа на портативный аккумулятор. Или чехол для папирусов? Источник: Ironie / Wikimedia

Для чего могла использоваться «багдадская батарейка», если до открытия электричества оставалась пара тысяч лет? Возможно, ее использовали для аккуратного нанесения золота на статуэтки методом гальванизации — тока и напряжения с «батарейки» для этого вполне хватает. Впрочем, это только теория, ибо никаких свидетельств об использовании электричества и этой самой «батарейки» древними народами до нас не дошло: позолоту в то время наносили методом амальгамирования, а сам необычный сосуд с тем же успехом мог быть всего лишь защищенным контейнером для свитков.

Теория небольшого взрыва

Русская поговорка «Не было бы счастья, да несчастье помогло» как нельзя лучше иллюстрирует ход работ над литий-ионными батареями. Без одного неожиданного и неприятного происшествия создание новых аккумуляторов могло бы задержаться на несколько лет.

Еще в 1970-х годах британец Стэнли Уиттингэм (Stanley Whittingham), работавший в топливно-энергетической компании Exxon, при создании перезаряжаемой литиевой батареи использовал анод из сульфида титана и литиевый катод. Первая перезаряжаемая литиевая батарея демонстрировала сносные показатели по току и напряжению, только периодически взрывалась и травила окружающих газом: дисульфид титана при контакте с воздухом выделял сероводород, дышать которым как минимум неприятно, как максимум — опасно. Помимо этого, титан во все времена был очень дорогим, а в 1970-е цена дисульфида титана составляла порядка $1000 за килограмм (эквивалент $5000 в наше время). Не говоря уже о том, что металлический литий на воздухе горит. Так что Exxon свернули проект Уиттингэма от греха подальше.

В 1978 году Коити Мидзусима (Koichi Mizushima), защитивший докторскую по физике, занимался исследовательской работой в Токийском университете, когда из Оксфорда ему пришло приглашение присоединиться к группе Джона Гуденафа (John Goodenough), занимавшейся поиском новых материалов для батарейных анодов. Это был очень многообещающий проект, так как потенциал литиевых источников питания уже был известен, но укротить капризный металл толком никак не удавалось — недавние эксперименты Уиттингэма показывали, что до начала серийного производства желанных литий-ионных батарей еще далеко.

В экспериментальных аккумуляторах использовались литиевый катод и сульфидный анод. Превосходство сульфидов над другими материалами в анодах задало Мидзусиме и его коллегам направление для поисков. Ученые заказали в свою лабораторию печь для производства сульфидов прямо на месте, чтобы быстрее экспериментировать с различными соединениями. Работа с печью закончилась не очень хорошо: в один день она взорвалась и вызвала пожар. Инцидент заставил команду исследователей пересмотреть свои планы: возможно, сульфиды, несмотря на их эффективность, были не лучшим выбором. Ученые сместили свое внимание в сторону оксидов, синтезировать которые было гораздо безопасней.

После множества тестов с различными металлами, в том числе железом и марганцем, Мидзусима обнаружил, что оксид литий-кобальта демонстрирует наилучшие результаты. Вот только использовать его надо не так, как до этого предполагала команда Гуденафа, — искать не материал, поглощающий ионы лития, а материал, который охотнее всего отдает ионы лития. Кобальт подходил лучше прочих ещё и потому, что отвечает всем требованиям по безопасности и к тому же повышает напряжение элемента до 4 вольт, то есть вдвое больше по сравнению с ранними вариантами батарей.

Применение кобальта стало важнейшим, но не последним шагом в деле создания литий-ионных аккумуляторов. Справившись с одной проблемой, ученые столкнулись с другой: плотность тока оказалась слишком мала, чтобы использование литий-ионных элементов было экономически оправданным. И команда, совершившая один прорыв, совершила и второй: при уменьшении толщины электродов до 100 микрон удалось повысить силу тока до уровня других типов аккумуляторов, при этом с удвоенным напряжением и емкостью.

Первые коммерческие шаги

На этом история изобретения литий-ионных батарей не заканчивается. Несмотря на открытие Мидзусимы, у команды Гуденафа ещё не было образца, готового к серийному производству. Из-за использования металлического лития в катоде во время заряда аккумулятора ионы лития возвращались на анод не ровным слоем, а дендритами — рельефными цепочками, которые, вырастая, вызывали короткое замыкание и фейерверк.

В 1980 году марокканский ученый Рашид Язами (Rachid Yazami) обнаружил, что графит отлично справляется с ролью катода, при этом он абсолютно пожаробезопасен. Вот только существующие в то время органические электролиты быстро разлагались при соприкосновении с графитом, поэтому Язами заменил их твердым электролитом. Графитовый катод Язами был вдохновлен открытием проводимости полимеров профессором Хидэки Сиракавой (Hideki Shirakawa), за что тот получил Нобелевскую премию по химии. А графитовый катод Язами до сих пор используется в большинстве литий-ионных аккумуляторов.

Запускаем в производство? И снова нет! Прошло еще 11 лет, исследователи повышали безопасность батарей, повышали напряжение, экспериментировали с разными материалами катода, прежде чем в продажу поступил первый литий-ионный аккумулятор.
Коммерческий образец был разработан Sony и японским химическим гигантом Asahi Kasei. Им стала батарея для пленочной любительской видеокамеры Sony CCD-TR1. Она выдерживала 1000 циклов зарядки, а остаточная емкость после такого износа была вчетверо выше, чем у никель-кадмиевого аккумулятора аналогичного типа.

Кобальтовый камень преткновения

До открытия Коити Мидзусимой литий-кобальтового оксида кобальт не был особо востребованным металлом. Его основные залежи были обнаружены на территории Африки в государстве, сейчас известном как Демократическая Республика Конго. Конго является крупнейшим поставщиком кобальта — 54% этого металла добывается здесь. Из-за политических потрясений в стране в 1970-х цена на кобальт взлетала на 2000%, но позже вернулась к прежним значениям.

Высокий спрос рождает высокие цены. Ни в 1990-х, ни в 2000-х годах кобальт не был одним из главных металлов на планете. Но что началось с популяризацией смартфонов в 2010-е! В 2000 году спрос на металл составлял примерно 2700 тонн в год. К 2010-му, когда по планете победно шагали iPhone и Android-смартфоны, спрос подскочил до 25000 тонн и продолжил расти год от года. Сейчас количество заказов превышает объем продаваемого кобальта в 5 раз. Для справки: более половины добываемого в мире кобальта идет на производство батарей.

График цен на кобальт за последние 4 года. Комментарии излишни. Источник: Elec.ru

Если в 2017 году цена за тонну кобальта составляла в среднем $24000, то с 2017 года она пошла круто вверх, в 2018 году достигнув пика на отметке $95500. Хоть в смартфонах используется всего 5-10 грамм кобальта, рост цен на металл отразился на стоимости устройств.

И это же одна из причин, почему производители электрокаров озаботились уменьшением доли кобальта в аккумуляторах автомобилей. Например, Tesla снизила массу дефицитного металла с 11 до 4,5 кг на одну машину, а в будущем планирует найти эффективные составы без кобальта вообще. Поднявшаяся аномально высоко цена на кобальт к 2019 году опустилась до значений 2015 года, но разработчики батарей активизировали работу по отказу или снижению доли кобальта.

В традиционных литий-ионных батареях кобальт составляет порядка 60% от всей массы. Используемый в автомобилях литий-никель-марганцевый состав включает от 10% до 30% кобальта в зависимости от желаемых характеристик батареи. Литий-никель-алюминиевый состав — всего 9%. Однако эти смеси не являются полноценной заменой оксиду литий-кобальта.

Проблемы Li-Ion

На сегодняшний день литий-ионные батареи различных типов — это лучшие аккумуляторы для большинства потребителей. Ёмкие, мощные, компактные и недорогие, они всё же имеют серьёзные недостатки, ограничивающие область использования.

Пожароопасность. Для нормальной работы литий-ионному аккумулятору обязательно нужен контроллер питания, предотвращающий перезаряд и перегрев. В противном случае батарея превращается в очень пожароопасную вещь, норовящую раздуться и взорваться на жаре или при заряде от некачественного адаптера. Взрывоопасность — пожалуй, главный недостаток литий-ионных аккумуляторов. Для повышения ёмкости внутри батарей уплотняется компоновка, из-за чего даже незначительное повреждение оболочки моментально приводит к пожару. Все помнят нашумевшую историю с Samsung Galaxy Note 7, в которых из-за тесноты внутри корпуса оболочка аккумулятора со временем перетиралась, внутрь проникал кислород и смартфон внезапно вспыхивал. С тех пор некоторые авиакомпании требуют перевозить литий-ионные батареи только в ручной клади, а на грузовых рейсах на упаковки с батареями лепят большую предупреждающую наклейку.

Разгерметизация — взрыв. Перезаряд — взрыв. За энергетический потенциал лития приходится платить мерами предосторожности

Старение. Литий-ионные батареи подвержены старению, даже если их не использовать. Поэтому купленный в качестве коллекционного нераспакованный смартфон 10-летней давности, например, самый первый iPhone, будет держать заряд значительно меньше из-за того самого старения батареи. Кстати, рекомендации хранить аккумуляторы заряженными до половины емкости имеют под собой основания — при полном заряде во время долгого хранения батарея гораздо быстрее теряет свою максимальную ёмкость.

Саморазряд. Накапливать в литий-ионных батареях энергию и хранить ее долгие годы — плохая идея. В принципе, все аккумуляторы теряют заряд, но литий-ионные делают этого особенно быстро. Если NiMH-ячейки теряют 0,08–0,33% за месяц, то Li-Ion-ячейки — по 2-3% в месяц. Таким образом, за год литий-ионных аккумулятор потеряет треть заряда, а через три года «сядет» до нуля. Справедливости ради скажем, что у никель-кадмиевых батарей всё ещё хуже — 10% в месяц. Но это совсем другая история.

Чувствительность к температуре. Охлаждение и перегрев сильно влияют на параметры такого аккумулятора: +20 °C градусов считаются идеальной температурой окружающей среды для литий-ионных батарей, если её уменьшить до +5 °C, то батарея отдаст устройству на 10% энергии меньше. Охлаждение ниже нуля забирает от емкости десятки процентов и к тому же влияет на здоровье аккумулятора: если пытаться его зарядить, например, от пауэр-банка — проявится «эффект памяти», а батарея безвозвратно потеряет емкость из-за образования на аноде металлического лития. При средних зимних российских температурах литий-ионная ячейка нефункциональна — оставьте телефон в январе на улице на полчаса, чтобы убедиться в этом.

Чтобы справиться с описанными проблемами, ученые экспериментируют с материалами анодов и катодов. При замене состава электродов одна большая проблема заменяется проблемами поменьше — пожаробезопасность влечет снижение жизненного цикла, а высокий ток разряда понижает удельную энергоемкость. Поэтому состав для электродов выбирается в зависимости от области применения аккумулятора.

Кто украл революцию?

Каждый год на новостных лентах появляются сообщения об очередном прорыве в деле создания чрезвычайно ёмких и выносливых аккумуляторов — вроде как, смартфоны будут работать по году без подзарядки, а заряжаться — за десять секунд. И где же та аккумуляторная революция, которую всем обещают учёные?

Часто в таких сообщениях журналисты передергивают факты, опуская какие-нибудь очень важные подробности. Например, у батареи с мгновенной зарядкой может оказаться очень низкая ёмкость, годная только для питания прикроватного будильника. Или напряжение не дотягивает и до одного вольта, хотя для смартфонов нужно 3,6 В. А ещё для получения путевки в жизнь аккумулятору нужно иметь низкую себестоимость и высокую пожаробезопасность. К сожалению, подавляющее большинство разработок уступало хотя бы по одному параметру, из-за чего «революционные» аккумуляторы так и не выходили за пределы лабораторий.

В конце 00-х Toshiba экспериментировала с перезаряжаемыми топливными ячейками на метаноле (на фото заправка батареи метанолом), но литий-ионные аккумуляторы всё равно оказались удобней. Источник: Toshiba

И, конечно, оставим в стороне теорию заговоров «производителям не выгодны бесконечные аккумуляторы». В наше время аккумуляторы в потребительских устройствах незаменяемые (вернее, поменять их можно, но сложно). 10-15 лет назад заменить испорченную батарею в мобильном телефоне было просто, но тогда источники питания и правда сильно теряли ёмкость за год-два активного использования. Современные литий-ионные аккумуляторы работают дольше, чем составляет средний жизненный цикл устройства. В смартфонах о замене батареи можно задумываться не ранее, чем через 500 циклов зарядки, когда она потеряет 10-15% емкости. И скорее сам телефон утратит актуальность, прежде чем аккумулятор окончательно выйдет из строя. То есть производители аккумуляторов зарабатывают не на замене, а на продаже батарей для новых устройств. Так что «вечная» батарейка в десятилетнем телефоне не нанесёт ущерба бизнесу.

Команда Гуденафа снова в деле

А что же стало с учеными группы Джона Гуденафа, совершившими открытие литий-кобальтового оксида и тем самым давшими жизнь эффективным литий-ионным аккумуляторам?

В 2017 году 94-летний Гуденаф заявил, что вместе с учеными Техасского университета разработал новый тип твердотельных аккумуляторов, которые могут хранить в 5-10 раз больше энергии, чем прежние литий-ионные батареи. Для этого электроды были сделаны из чистого лития и натрия. Обещана и низкая цена. Но конкретики и прогнозов о начале массового производства нет до сих пор. Учитывая долгий путь между открытием группы Гуденафа и началом серийного производства литий-ионных батарей, реальные образцы можно ждать лет через 8-10.

Коити Мидзусима продолжает исследовательскую работу в Toshiba Research Consulting Corporation. «Оглядываясь назад, я удивляюсь тому, что никто до нас не догадался использовать на аноде такой простой материал как оксид литий-кобальта. К тому моменту было испробовано множество других оксидов, поэтому, вероятно, если бы не мы, то в течение нескольких месяцев кто-нибудь другой совершил бы это открытие», — считает он.

Коити Мидзусима с наградой Королевского химического общества Великобритании, полученной за участие в создании литий-ионных аккумуляторов. Источник: Toshiba

История не терпит сослагательных наклонений, тем более что и сам господин Мидзусима признает, что прорыв в создании литий-ионных аккумуляторов был неизбежен. Но всё же интересно представить, каким был бы мир мобильной электроники без компактных и емких батарей: ноутбуки с толщиной в несколько сантиметров, огромные смартфоны, требующие зарядки два раза в день, и никаких умных часов, фитнес-браслетов, экшн-камер, квадрокоптеров и даже электромобилей. Каждый день ученые всего мира приближают новую энергетическую революцию, которая подарит нам более мощные и более компактные аккумуляторы, а вместе с ними — невероятную электронику, о которой мы пока можем только мечтать.

Обсуждение:Литий-ионный аккумулятор — Википедия

Литий-ионный аккумулятор устроен как обычный плёночный конденсатор. —80.241.252.242 20:26, 15 марта 2008 (UTC)

Глубокий разряд

«Глубокий разряд полностью выводит из строя литиево-ионный аккумулятор.» — Не уверен. Мой первый телефон был Nokia1100 с аккумулятором BL-5C, подали осенью 2004-го. Использовал эту нокию до осени 2010 года, пока она окончательно не сдохла. Эксплуатировал в режиме «полный разряд — полный заряд» с циклом в 6-9 дней. В начале 2007-го года по пьяни окунул мобилку в стакан с томатным соком, а потом в минералку, телефон вырубился. После просушки поставил на зарядку, через часа 2 на экране начала отображаться полоска заряда. Но через пару дней постоянно стал гореть светодиод торцевого фонарика, выключить нельзя было (на вмеря между зарядками это практически не повлияло). Осенью 2008-го года я поскользнулся и телефон выпал из кармана куртки в ручеёк, текший вдоль тропинки. В воде пролежал порядка двух часов (пока я обнаружил пропажу и не нашел его). После просушки поставил на зарядку, телефон несколько дней не подавал признаков жизни, но, где-то на 3-4 день сначала загорелся светодиод фонарика, а потом таки начал заряжаться. Осенью 2010 года у меня ночевали гости, я постелил себе на полу, телефон положил рядом. Среди ночи в туалете вырвало гайку фильтра перед счетчиком, затопило квартиру (1 этаж, не страшно, но если бы спал на кровати — проснулся бы утром, а не ночью). Вот после этого Nokia1100 умерла окончательно — при включении экран темнеет, динамик хрипит, микрофон не работает. Купил себе новую 2330с. Со старым аккумулятором, которому уже 7 лет, телефон прекрасно работает 5-7 дней между зарядками, как и на родном, новом и свежем аккумуляторе (BL-5C). За это время старый аккумулятор несколько раз подвергался глубокой разрядке до стадии, когда даже на тот вечногорящий светодиод энергии не хватало. —188.230.108.105 10:43, 20 апреля 2011 (UTC)

Тогда в мобильной технике использовались только никель-кадмиевые аккумуляторы, которые обожают глубокий разряд.

91.203.170.202 19:59, 6 октября 2011 (UTC)

Ссылки

Старение

Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются, а просто лежат на полке.

Соответственно, нет необходимости покупать аккумулятор «про запас» или чрезмерно увлекаться «экономией» его ресурса. При покупке обязательно посмотрите на дату производства, чтобы знать, сколько данный источник питания уже пролежал на складе. В случае, если с момента изготовления прошло более двух лет, лучше воздержитесь от покупки, т.к. более трети ресурса АКБ уже «вылежал».Литиево-ионные и литиево-полимерные аккумуляторы. iXBT (2001 г.)

— из статьи

Возможно стоит добавить ссылку на http://habrahabr.ru/blogs/hardware/123246/ 93.95.143.67 18:47, 3 июля 2011 (UTC)

«Дендриты опасны, они уменьшают емкость перезаряжаемых батарей..» — ученые нагревали элементы до 55 градусов Цельсия на протяжении двух дней. Выяснилось, что такой нагрев привел к уменьшению наростов на 36%.» [1] (2015)

Соединение елементарных аккумуляторов

Можно ли соединять отдельные аккумуляторы в бататеи последовательно? как на такое соединение реагирует защитная плата и сам аккумулятор?

Напряжение

Беглый просмотр не показал, какое там у него напряжение. Что это за статья про аккумулятор, где главного нет. PavelSI 22:40, 17 августа 2012 (UTC)

В свое время в ФИДО ходил слух что главный недостаток Li-On аккумуляторов, то что они не работают в космосе ))) 46.138.235.146 22:17, 29 марта 2013 (UTC)Fidonetchek

Успешно летают в космосе 10 лет!

Ну минимум 2,35 где-то зависит от компонентов защиты. Максимум 4,28 где-то, тоже зависит от компонентов защиты. То что в статье указано, это условные цифры к которым надо стремится, а не фактические характеристики.АмЫнЪ 15:07, 8 апреля 2013 (UTC)

Тут эту статью считают не заслуживающим доверия, хотя ссылаются на даташит ссылка 04.03.2015, 22:03 —85.254.159.48 15:16, 1 июля 2015 (UTC)

Кто внёс бред о том что минимальное напряжение 2,7 В? 5.189.44.188! Фирмой Panasonic же выпускаются аккумуляторы NCR18650B (pdf) и Sanyo NCR18650BF ёмкостью 3400 мА pdf и Sanyo/Panasonic NCR18650GA ёмкостью 3500 мАч pdf и на рабочее напряжение от 2,5 В до 4,2 В. Причём защита в защищённых аккумуляторах срабатывает при снижении напряжения до 2,4 В. —89.201.121.4 13:31, 5 мая 2016 (UTC)

Хранение

Логическая нестыковка: В одном месте написано, что хранить аккумуляторы нужно заряженными на 40%, а в другом месте — что их нужно подзаряжать до 70% раз в 6 месяцев. Но если подзарядить литиевый аккумулятор до 70%, то он и храниться будет заряженным на 70%, так как у него низкий саморазряд, что противоречит первоначальному утверждению про 40%. В итоге становится непонятно, при каком уровне заряда их нужно хранить на самом деле. 178.78.47.202 11:42, 18 ноября 2014 (UTC) 178.78.47.202 11:43, 18 ноября 2014 (UTC)

про «40%» — неверно, удалить (имеется в виду «не ниже 40%», наверное..) —Tpyvvikky 17:49, 18 ноября 2014 (UTC)

Литий-ионные батареи Википедия

Литий-ионный аккумулятор цилиндрический, типоразмера 18650 Литий-ионный аккумулятор сотового телефона Siemens, призматический

Литий-ионный аккумулятор (Li-ion) — тип электрического аккумулятора, который широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит своё применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах. Это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты, видеокамеры и электромобили.

История

Впервые принципиальная возможность создания литиевых аккумуляторов на основе способности дисульфид титана или дисульфид молибдена включать в себя ионы лития при разряде аккумулятора и экстрагировать их при зарядке была показана в 1970 году Майклом Стэнли Уиттингемом. Существенным недостатком таких аккумуляторов являлось низкое напряжение — 2,3 В и высокая пожароопасность вследствие образования дендритов металлического лития, замыкающих электроды.

Позднее Дж. Гуденафом были синтезированы другие материалы для катода литиевого аккумулятора — кобальтит лития Li_xCoO₂(1980 год), феррофосфат лития LiFePO₄ (1996 год). Преимуществом таких аккумуляторов является более высокое напряжение — около 4 В.

Современный вариант литий-ионного аккумулятора с анодом из графита и катодом из кобальтита лития изобрёл в 1991 году Акира Ёсино. Первый литий-ионный аккумулятор по его патенту выпустила корпорация Sony в 1991 году.

В настоящее время ведутся исследования по поиску материалов на основе кремния и фосфора, обеспечивающих повышенную ёмкость интеркалирования ионов лития и по замене ионов лития на ионы натрия.

Уиттингем, Гуденаф и Ёсино получили Нобелевскую премию по химии в 2019 году с формулировкаой «За создание литий-ионных батарей».

Характеристики

При использовании литий-ионных аккумуляторов в составе батарей без балансирующего устройства, часть из них окажется переразряженной (B) при работе батареи или перезаряженной (C) либо не дозаряженной (D) до номинальной ёмкости во время зарядки батареи

Характеристики литий-ионных аккумуляторов зависят от химического состава составляющих компонентов и варьируются в следующих пределах:

Контроллер заряда/разряда (плата защиты) цилиндрического литий-ионного аккумулятора, конструкционно припаянный к отрицательному контакту аккумулятора и обратной фольгированной стороной выполняющий его функции. На снимке частично демонтирован и отсоединён от проводника, идущего к положительному контакту аккумулятора

Часто в корпус аккумулятора встраивают контроллер защиты (или PCM-плата (англ. Protection Circuit Module)), который отключает аккумулятор, предотвращая превышение напряжения заряда, чрезмерный разряд и превышение температуры, приводящие его к преждевременной деградации или разрушению. Также этот контроллер может опционально ограничивать ток потребления. Тем не менее, надо учитывать, что не все аккумуляторы снабжаются защитой. В целях снижения стоимости производители могут не устанавливать её. Кроме того, в устройствах, в которых встроен контроллер защиты, а также в аккумуляторных батареях (к примеру, ноутбуков) используются только аккумуляторы без встроенной платы защиты^[5].

Литиевые аккумуляторы имеют специальные требования при подключении нескольких ячеек последовательно. Зарядные устройства для таких многосоставных аккумуляторов с ячейками или сами аккумуляторные батареи снабжаются схемой балансировки ячеек. Смысл балансировки в том, что электрические свойства ячеек могут немного отличаться, и какая-то ячейка достигнет полного заряда/разряда раньше других. При этом необходимо прекратить заряд этой ячейки, продолжая заряжать остальные, так как переразряд или перезаряд литий-ионных аккумуляторов выводит их из строя. Эту функцию выполняет специальный узел — балансир^[en] (или BMS-плата (англ. Battery Management System)^[6]). Он шунтирует заряженную ячейку так, чтобы ток заряда шёл мимо неё. Балансиры одновременно выполняют функцию платы защиты в отношении каждого из аккумуляторов, так и батареи в целом^[7][8].

Зарядные устройства могут поддерживать конечное напряжение заряда в диапазоне 4,15—4,25В.

Существуют литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы типоразмеров АА и ААА с напряжением 1,5 В. Они имеют не только схему защиты, но также встроенный электронный преобразователь напряжения (англ. DC-DC converter). Отличие таких аккумуляторов — стабилизированное напряжение на контактах в 1,5 В вне зависимости от рабочего напряжения самой ячейки аккумулятора и его моментальное обнуление, когда литиевая ячейка разряжается до нижнего допустимого предела и срабатывает защита от чрезмерного разряда. Такие аккумуляторы можно спутать с похожими по размерам аккумуляторами 14500 и 10440 напряжением 3,7 В, а также с незаряжаемыми одноразовыми литиевыми элементами питания. Все они отличаются маркировкой.

Устройство

Литий-ионный аккумулятор. Схема работы

Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделённых пористым сепаратором, пропитанным электролитом. Пакет электродов помещён в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъёмникам. Корпус иногда оснащают предохранительным клапаном, сбрасывающим внутреннее давление при аварийных ситуациях или нарушениях условий эксплуатации. Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу используемого катодного материала. Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который имеет способность внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решётку других материалов (например, в графит, оксиды и соли металлов) с образованием химической связи, например: в графит с образованием LiC₆, оксиды (LiMnO₂) и соли (LiMn_RO_N) металлов.

Первоначально в качестве отрицательных пластин применялся металлический литий, затем — каменноугольный кокс. В дальнейшем стал применяться графит. Применение оксидов кобальта позволяет аккумуляторам работать при значительно более низких температурах, повышает количество циклов разряда/заряда одного аккумулятора. Распространение литий-железо-фосфатных аккумуляторов обусловлено их относительно низкой стоимостью. Литий-ионные аккумуляторы применяются в комплекте с системой контроля и управления — СКУ или BMS (battery management system), — и специальным устройством заряда/разряда.

В настоящее время в массовом производстве литий-ионных аккумуляторов используются три класса катодных материалов:

• кобальтат лития LiCoO₂ и твёрдые растворы на основе изоструктурного ему никелата лития
• литий-марганцевая шпинель LiMn₂O₄
• литий-феррофосфат LiFePO₄.

Электрохимические схемы литий-ионных аккумуляторов:

• литий-кобальтовые LiCoO₂ + 6C → Li_1-xCoO₂ + LiC₆
• литий-ферро-фосфатные LiFePO₄ + 6C → Li_1-xFePO₄ + LiC₆

Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов заряда/разряда, Li-ion-аккумуляторы наиболее предпочтительны для применения в альтернативной энергетике. При этом, помимо системы СКУ они укомплектовываются инверторами (преобразователи напряжения).

Преимущества

• Высокая энергетическая плотность (ёмкость).^{[источник не указан 862 дня]}
• Низкий саморазряд.
• Высокая токоотдача.
• Большое число циклов заряд-разряд.
• Не требуют обслуживания.

Недостатки

Широко применяемые литий-ионные аккумуляторы при перезаряде, несоблюдении условий заряда или при механическом повреждении часто бывают чрезвычайно огнеопасными.

• Огнеопасны
• Теряют работоспособность при переразряде
• Теряют ёмкость на холоде

Взрывоопасность

Статья или раздел содержит противоречия и не может быть понята однозначно. Следует разрешить эти противоречия, используя более точные авторитетные источники или корректнее их цитируя. На странице обсуждения должны быть подробности.

Вздувшийся литий-ионный аккумулятор в плоском алюминиевом корпусе типоразмера ENEL10 (Li-42B, NP-45). Бумажная этикетка снята

Аккумуляторы Li-ion первого поколения были подвержены взрывному эффекту. Это объяснялось тем, что в них использовался анод из металлического лития, на котором в процессе многократных циклов зарядки/разрядки возникали пространственные образования (дендриты), приводящие к замыканию электродов и, как следствие, возгоранию или взрыву. Этот недостаток удалось окончательно устранить заменой материала анода на графит. Подобные процессы происходили и на катодах литий-ионных аккумуляторов на основе оксида кобальта при нарушении условий эксплуатации (перезарядке). Литий-ферро-фосфатные аккумуляторы полностью лишены этих недостатков. Кроме того, все современные зарядные устройства для литий-ионных аккумуляторов предотвращают перезаряд и перегрев вследствие слишком интенсивного заряда.^{[источник не указан 741 день]}

Литиевые аккумуляторы изредка проявляют склонность к взрывному самовозгоранию.^[16][17][18] Интенсивность горения даже от миниатюрных аккумуляторов такова, что может приводить к тяжким последствиям.^[19] Авиакомпании и международные организации принимают меры к ограничению перевозок литиевых аккумуляторов и устройств с ними на авиатранспорте.^[20][21]

Самовозгорание литиевого аккумулятора очень плохо поддаётся тушению традиционными средствами. В процессе термического разгона неисправного или повреждённого аккумулятора происходит не только выделение запасённой электрической энергии, но и ряд химических реакций, выделяющих вещества для поддержания горения, горючие газы от электролита^[22], а также в случае не LiFePO4 электродов^[23], выделяется кислород. Потому вспыхнувший аккумулятор способен гореть без доступа воздуха и для его тушения непригодны средства изоляции от атмосферного кислорода. Более того, металлический литий активно реагирует с водой с образованием горючего газа водорода, потому тушение литиевых аккумуляторов водой эффективно только для тех видов аккумуляторов, где масса литиевого электрода невелика. В целом тушение загоревшегося литиевого аккумулятора неэффективно. Целью тушения может быть лишь снижение температуры аккумулятора и предотвращение распространения пламени^[24][25][26].

Эффект памяти

Традиционно считается, что, в отличие от Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов, Li-Ion аккумуляторы полностью избавлены от эффекта памяти. По результатам исследований учёных Института Пауля Шерера (Швейцария) в 2013 году этот эффект был таки обнаружен, но оказался ничтожен.^[27]

Причиной его является то, что основой работы батареи являются процессы высвобождения и обратного захвата ионов лития, динамика которых ухудшается в случае неполной зарядки.^[28] Во время зарядки ионы лития один за другим покидают частицы литий-феррофосфата, размер которых составляет десятки микрометров. Катодный материал начинает разделяться на частицы с разным содержанием лития. Зарядка батареи происходит на фоне возрастания электрохимического потенциала. В определённый момент он достигает предельного значения. Это приводит к ускорению высвобождения оставшихся ионов лития из катодного материала, но они уже не меняют суммарного напряжения батареи. Если батарея не будет полностью заряжена, то на катоде останется некоторое число частиц, близких к пограничному состоянию. Они практически достигли барьера высвобождения ионов лития, но не успели его преодолеть. При разряде свободные ионы лития стремятся вернуться на место и рекомбинировать с ионами феррофосфата. Однако на поверхности катода их также встречают частицы в пограничном состоянии, уже содержащие литий. Обратный захват затрудняется, и нарушается микроструктура электрода.

В настоящее время просматриваются два пути решения проблемы: внесение изменений в алгоритмы работы системы управления батареями и разработка катодов с увеличенной площадью поверхности.

Требования к режимам заряда/разряда

Глубокий разряд полностью выводит из строя литий-ионный аккумулятор. Также на жизненный цикл аккумуляторов влияет глубина его разряда перед очередной зарядкой и зарядка токами выше установленных производителем. Из-за низкого внутреннего сопротивления аккумулятора зарядный ток сильно зависит от напряжения на его клеммах во время зарядки. Ток зарядки зависит от разницы напряжений между аккумулятором и зарядным устройством и от сопротивления как самого аккумулятора, так и подводимых к нему проводов. Увеличение напряжения зарядки на 4 % может приводить к увеличению тока зарядки в 10 раз, что отрицательно сказывается на аккумуляторе, при недостаточном отводе тепла он перегревается и деградирует. В результате, если напряжение на аккумуляторе превысить всего на 4 %, он будет вдвое быстрее терять ёмкость от цикла к циклу^[29].

Старение

Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются. Соответственно, нет смысла покупать аккумулятор «про запас» или чрезмерно увлекаться «экономией» его ресурса.

Оптимальные условия хранения Li-ion-аккумуляторов достигаются при 40-процентном заряде от ёмкости аккумулятора и температуре 0…10 °C^[30].

Температура, ⁰C	С 40%-м зарядом, % за год	Со 100%-м зарядом, % за год
0	2	6
25	4	20
40	15	35
60	25	40 % за три месяца

Снижение ёмкости при низких температурах

Как и в других типах аккумуляторов, разрядка в условиях низких температур приводит к снижению отдаваемой энергии, в особенности при температурах ниже 0 ⁰C. Так, снижение запаса отдаваемой энергии при понижении температуры от +20 ⁰C до +4 ⁰C приводит к уменьшению отдаваемой энергии на ~5-7 %, дальнейшее понижение температуры разрядки ниже 0 ⁰C приводит к потере отдаваемой энергии на десятки процентов. Разряд аккумулятора при температуре не ниже, указанной производителем аккумуляторов, не приводит к их деградации (преждевременному исчерпанию ресурса). Химия литий-ионных аккумуляторов более чувствительна к температурам при зарядке АКБ, и оно оптимально при температурах ~ +20 ⁰C, а при температурах ниже +5 ⁰C не рекомендовано.^{[источник?]} Как и для других типов аккумуляторов, одним из вариантов решения проблемы являются аккумуляторы с внутренним подогревом^[31].

См. также

Примечания

1. ↑ Li-ion 4.35V vs 4.20V сколько теряем? Тест SANYO UR18650ZTA. / Зарядки, пауэрбанки, провода и переходники / iXBT Live (рус.). iXBT Live (26 августа 2018). Дата обращения 18 октября 2019.
2. ↑ Топовые аккумуляторы 21700: LG M50 5000мАч vs Samsung 48G 4800мАч / iXBT Live (рус.). iXBT Live (30 июня 2018). Дата обращения 18 октября 2019.
3. ↑ Sony VTC6A и VTC6 с одинаковыми Matrix-кодами — результаты тестов (рус.). ecigtalk.ru. Дата обращения 18 октября 2019.
4. ↑ Samsung INR18650-25R Specification
5. ↑ Н. Бровка, О. Янченков Применение специализированных микропроцессоров для построения схем контроля и защиты литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторных батарей // Журнал «Компоненты и Технологии». — № 3, 2007 г. С. 132—135. ISSN 2079-6811.
6. ↑ Обзор BMS контроллера заряда литий-ионных аккумуляторов 18650 3.7В на YouTube
7. ↑ Сердечный Д. В., Томашевский Ю. Б. Управление процессом заряда многоэлементных литий-ионных аккумуляторных батарей / Научная статья // Журнал «Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль». — № 3 (21), 2017 г. С. 115—123. УДК 621.314. DOI 10.21685/2307-5538-2017-3-16. ISSN 1999-5458.
8. ↑ Сазонов И. Е., Лукьяненко М. В. Выравнивание заряда в литий-ионных аккумуляторных батареях / Научная статья // Сборник материалов IX Междунарародной научно-практической конференции, посвящённой Дню космонавтики]]. «Актуальные проблемы авиации и космонавтики» [Электронныйресурс]. Красноярск: СибГУ им. М. Ф. Решетнева — № 9, т. 1, 2013 г. С. 204. УДК 537.22. ISSN 1999-5458.
9. ↑ [1].
10. ↑ [2].
11. ↑ [3].
12. ↑ [4]
13. ↑ [5]
14. ↑ [6].
15. ↑ [7].
16. ↑ Возгорания на Dreamliner связаны с аккумуляторами
17. ↑ Samsung отзывает Galaxy Note 7 из-за возможности возгорания
18. ↑ Находившийся за рулем Tesla бывший агент ФБР погиб в ДТП
19. ↑ Should You Be Worried About Your E-Cigarette Exploding?
20. ↑ Лайнер экстренно сел из-за загоревшегося планшета Samsung
21. ↑ Lithium Batteries as Cargo in 2016 Update III
22. ↑ Bandhauer Todd M., Garimella Srinivas, Fuller Thomas F. A Critical Review of Thermal Issues in Lithium-Ion Batteries (англ.) // Journal of The Electrochemical Society. — 2011. — Vol. 158, no. 3. — P. R1. — ISSN 0013-4651. — doi:10.1149/1.3515880. []
23. ↑ Zaghib K., Dubé J., Dallaire A., Galoustov K., Guerfi A., Ramanathan M., Benmayza A., Prakash J., Mauger A., Julien C.M. Enhanced thermal safety and high power performance of carbon-coated LiFePO4 olivine cathode for Li-ion batteries (англ.) // Journal of Power Sources. — 2012. — December (vol. 219). — P. 36—44. — ISSN 0378-7753. — doi:10.1016/j.jpowsour.2012.05.018. []
24. ↑ http://www.powerinfo.ru/accumulator-liion.php
25. ↑ Гореть, а не тлеть! Что на самом деле случилось с электроседаном Tesla Motors?
26. ↑ Аспекты безопасности литий-ионных аккумуляторов
27. ↑ Paul Scherrer Institut (PSI) :: Memory effect now also found in lithium-ion batteries (рус.). Дата обращения 2 мая 2013. Архивировано 11 мая 2013 года.
28. ↑ Экономия батареи на Андроид: советы и мифы (рус.). androidlime.ru. Дата обращения 29 февраля 2016.
29. ↑ Мельничук, О. В. Особенности заряда и разряда литиевых аккумуляторных батарей и современные технические средства управления этими процессами / О. В. Мельничук, В. С. Фетисов // Электротехнические и информационные комплексы и системы : журн. — 2016. — Т. 12, № 2. — С. 41–48. — УДК 621.355.9^(G). — ISSN 1999-5458.
30. ↑ Дмитрий. 5 практических советов по эксплуатации литий-ионных аккумуляторов // Блог компании Mugen Power Batteries : [электр. ресурс]. — 2013. — 6 февраля.
31. ↑ Комов С. Созданы литий-ионные аккумуляторы с подогревом / Сергей Комов // Новый взгляд : [электр. ресурс]. — 2016. — 22 января.

Литература

• ГОСТ 15596-82 «Источники тока химические. Термины и определения»
• ГОСТ Р МЭК 61960-2007 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы и аккумуляторные батареи литиевые для портативного применения»
• Хрусталёв, Д. А. Аккумуляторы. — М. : Изумруд, 2003.
• Филипповский Ю. Мобильное питание : Ч. 2 : [арх. 29 мая 2009] / Юрий Филипповский // Компьютерра-онлайн : [электр. ресурс]. — 2009. — 26 мая.
• Скундин, А. М. Наноматериалы в современных химических источниках тока : методическая разработка к программам повышения квалификации / А. М. Скундин, О. А. Брылев. — М. : МГУ, 2011. — 56 с.
• Lithium batteries : Status, prospects and future : [англ.] / // Journal of Power Sources. — 2010. — Vol. 195, no. 9 (May). — P. 2419—2430. — ISSN 0378-7753. — doi:10.1016/j.jpowsour.2009.11.048.
• Sasaki, Tsuyoshi. Memory effect in a lithium-ion battery : [англ.] / Tsuyoshi Sasaki, Yoshio Ukyo, Petr Novák // Nature Materials : журн. — 2013. — Vol. 12. — P. 569–575. — doi:10.1038/nmat3623.

Ссылки

Литий-ионный аккумулятор Википедия

Литий-ионный аккумулятор цилиндрический, типоразмера 18650 Литий-ионный аккумулятор сотового телефона Siemens, призматический

Литий-ионный аккумулятор (Li-ion) — тип электрического аккумулятора, который широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит своё применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах. Это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты, видеокамеры и электромобили.

История

Впервые принципиальная возможность создания литиевых аккумуляторов на основе способности дисульфид титана или дисульфид молибдена включать в себя ионы лития при разряде аккумулятора и экстрагировать их при зарядке была показана в 1970 году Майклом Стэнли Уиттингемом. Существенным недостатком таких аккумуляторов являлось низкое напряжение — 2,3 В и высокая пожароопасность вследствие образования дендритов металлического лития, замыкающих электроды.

Позднее Дж. Гуденафом были синтезированы другие материалы для катода литиевого аккумулятора — кобальтит лития Li_xCoO₂(1980 год), феррофосфат лития LiFePO₄ (1996 год). Преимуществом таких аккумуляторов является более высокое напряжение — около 4 В.

Современный вариант литий-ионного аккумулятора с анодом из графита и катодом из кобальтита лития изобрёл в 1991 году Акира Ёсино. Первый литий-ионный аккумулятор по его патенту выпустила корпорация Sony в 1991 году.

В настоящее время ведутся исследования по поиску материалов на основе кремния и фосфора, обеспечивающих повышенную ёмкость интеркалирования ионов лития и по замене ионов лития на ионы натрия.

Уиттингем, Гуденаф и Ёсино получили Нобелевскую премию по химии в 2019 году с формулировкаой «За создание литий-ионных батарей».

Характеристики

При использовании литий-ионных аккумуляторов в составе батарей без балансирующего устройства, часть из них окажется переразряженной (B) при работе батареи или перезаряженной (C) либо не дозаряженной (D) до номинальной ёмкости во время зарядки батареи

Характеристики литий-ионных аккумуляторов зависят от химического состава составляющих компонентов и варьируются в следующих пределах:

Контроллер заряда/разряда (плата защиты) цилиндрического литий-ионного аккумулятора, конструкционно припаянный к отрицательному контакту аккумулятора и обратной фольгированной стороной выполняющий его функции. На снимке частично демонтирован и отсоединён от проводника, идущего к положительному контакту аккумулятора

Часто в корпус аккумулятора встраивают контроллер защиты (или PCM-плата (англ. Protection Circuit Module)), который отключает аккумулятор, предотвращая превышение напряжения заряда, чрезмерный разряд и превышение температуры, приводящие его к преждевременной деградации или разрушению. Также этот контроллер может опционально ограничивать ток потребления. Тем не менее, надо учитывать, что не все аккумуляторы снабжаются защитой. В целях снижения стоимости производители могут не устанавливать её. Кроме того, в устройствах, в которых встроен контроллер защиты, а также в аккумуляторных батареях (к примеру, ноутбуков) используются только аккумуляторы без встроенной платы защиты^[5].

Литиевые аккумуляторы имеют специальные требования при подключении нескольких ячеек последовательно. Зарядные устройства для таких многосоставных аккумуляторов с ячейками или сами аккумуляторные батареи снабжаются схемой балансировки ячеек. Смысл балансировки в том, что электрические свойства ячеек могут немного отличаться, и какая-то ячейка достигнет полного заряда/разряда раньше других. При этом необходимо прекратить заряд этой ячейки, продолжая заряжать остальные, так как переразряд или перезаряд литий-ионных аккумуляторов выводит их из строя. Эту функцию выполняет специальный узел — балансир^[en] (или BMS-плата (англ. Battery Management System)^[6]). Он шунтирует заряженную ячейку так, чтобы ток заряда шёл мимо неё. Балансиры одновременно выполняют функцию платы защиты в отношении каждого из аккумуляторов, так и батареи в целом^[7][8].

Зарядные устройства могут поддерживать конечное напряжение заряда в диапазоне 4,15—4,25В.

Существуют литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы типоразмеров АА и ААА с напряжением 1,5 В. Они имеют не только схему защиты, но также встроенный электронный преобразователь напряжения (англ. DC-DC converter). Отличие таких аккумуляторов — стабилизированное напряжение на контактах в 1,5 В вне зависимости от рабочего напряжения самой ячейки аккумулятора и его моментальное обнуление, когда литиевая ячейка разряжается до нижнего допустимого предела и срабатывает защита от чрезмерного разряда. Такие аккумуляторы можно спутать с похожими по размерам аккумуляторами 14500 и 10440 напряжением 3,7 В, а также с незаряжаемыми одноразовыми литиевыми элементами питания. Все они отличаются маркировкой.

Устройство

Литий-ионный аккумулятор. Схема работы

Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделённых пористым сепаратором, пропитанным электролитом. Пакет электродов помещён в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъёмникам. Корпус иногда оснащают предохранительным клапаном, сбрасывающим внутреннее давление при аварийных ситуациях или нарушениях условий эксплуатации. Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу используемого катодного материала. Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который имеет способность внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решётку других материалов (например, в графит, оксиды и соли металлов) с образованием химической связи, например: в графит с образованием LiC₆, оксиды (LiMnO₂) и соли (LiMn_RO_N) металлов.

Первоначально в качестве отрицательных пластин применялся металлический литий, затем — каменноугольный кокс. В дальнейшем стал применяться графит. Применение оксидов кобальта позволяет аккумуляторам работать при значительно более низких температурах, повышает количество циклов разряда/заряда одного аккумулятора. Распространение литий-железо-фосфатных аккумуляторов обусловлено их относительно низкой стоимостью. Литий-ионные аккумуляторы применяются в комплекте с системой контроля и управления — СКУ или BMS (battery management system), — и специальным устройством заряда/разряда.

В настоящее время в массовом производстве литий-ионных аккумуляторов используются три класса катодных материалов:

• кобальтат лития LiCoO₂ и твёрдые растворы на основе изоструктурного ему никелата лития
• литий-марганцевая шпинель LiMn₂O₄
• литий-феррофосфат LiFePO₄.

Электрохимические схемы литий-ионных аккумуляторов:

• литий-кобальтовые LiCoO₂ + 6C → Li_1-xCoO₂ + LiC₆
• литий-ферро-фосфатные LiFePO₄ + 6C → Li_1-xFePO₄ + LiC₆

Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов заряда/разряда, Li-ion-аккумуляторы наиболее предпочтительны для применения в альтернативной энергетике. При этом, помимо системы СКУ они укомплектовываются инверторами (преобразователи напряжения).

Преимущества

• Высокая энергетическая плотность (ёмкость).^{[источник не указан 862 дня]}
• Низкий саморазряд.
• Высокая токоотдача.
• Большое число циклов заряд-разряд.
• Не требуют обслуживания.

Недостатки

Широко применяемые литий-ионные аккумуляторы при перезаряде, несоблюдении условий заряда или при механическом повреждении часто бывают чрезвычайно огнеопасными.

• Огнеопасны
• Теряют работоспособность при переразряде
• Теряют ёмкость на холоде

Взрывоопасность

Статья или раздел содержит противоречия и не может быть понята однозначно. Следует разрешить эти противоречия, используя более точные авторитетные источники или корректнее их цитируя. На странице обсуждения должны быть подробности.

Вздувшийся литий-ионный аккумулятор в плоском алюминиевом корпусе типоразмера ENEL10 (Li-42B, NP-45). Бумажная этикетка снята

Аккумуляторы Li-ion первого поколения были подвержены взрывному эффекту. Это объяснялось тем, что в них использовался анод из металлического лития, на котором в процессе многократных циклов зарядки/разрядки возникали пространственные образования (дендриты), приводящие к замыканию электродов и, как следствие, возгоранию или взрыву. Этот недостаток удалось окончательно устранить заменой материала анода на графит. Подобные процессы происходили и на катодах литий-ионных аккумуляторов на основе оксида кобальта при нарушении условий эксплуатации (перезарядке). Литий-ферро-фосфатные аккумуляторы полностью лишены этих недостатков. Кроме того, все современные зарядные устройства для литий-ионных аккумуляторов предотвращают перезаряд и перегрев вследствие слишком интенсивного заряда.^{[источник не указан 741 день]}

Литиевые аккумуляторы изредка проявляют склонность к взрывному самовозгоранию.^[16][17][18] Интенсивность горения даже от миниатюрных аккумуляторов такова, что может приводить к тяжким последствиям.^[19] Авиакомпании и международные организации принимают меры к ограничению перевозок литиевых аккумуляторов и устройств с ними на авиатранспорте.^[20][21]

Самовозгорание литиевого аккумулятора очень плохо поддаётся тушению традиционными средствами. В процессе термического разгона неисправного или повреждённого аккумулятора происходит не только выделение запасённой электрической энергии, но и ряд химических реакций, выделяющих вещества для поддержания горения, горючие газы от электролита^[22], а также в случае не LiFePO4 электродов^[23], выделяется кислород. Потому вспыхнувший аккумулятор способен гореть без доступа воздуха и для его тушения непригодны средства изоляции от атмосферного кислорода. Более того, металлический литий активно реагирует с водой с образованием горючего газа водорода, потому тушение литиевых аккумуляторов водой эффективно только для тех видов аккумуляторов, где масса литиевого электрода невелика. В целом тушение загоревшегося литиевого аккумулятора неэффективно. Целью тушения может быть лишь снижение температуры аккумулятора и предотвращение распространения пламени^[24][25][26].

Эффект памяти

Традиционно считается, что, в отличие от Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов, Li-Ion аккумуляторы полностью избавлены от эффекта памяти. По результатам исследований учёных Института Пауля Шерера (Швейцария) в 2013 году этот эффект был таки обнаружен, но оказался ничтожен.^[27]

Причиной его является то, что основой работы батареи являются процессы высвобождения и обратного захвата ионов лития, динамика которых ухудшается в случае неполной зарядки.^[28] Во время зарядки ионы лития один за другим покидают частицы литий-феррофосфата, размер которых составляет десятки микрометров. Катодный материал начинает разделяться на частицы с разным содержанием лития. Зарядка батареи происходит на фоне возрастания электрохимического потенциала. В определённый момент он достигает предельного значения. Это приводит к ускорению высвобождения оставшихся ионов лития из катодного материала, но они уже не меняют суммарного напряжения батареи. Если батарея не будет полностью заряжена, то на катоде останется некоторое число частиц, близких к пограничному состоянию. Они практически достигли барьера высвобождения ионов лития, но не успели его преодолеть. При разряде свободные ионы лития стремятся вернуться на место и рекомбинировать с ионами феррофосфата. Однако на поверхности катода их также встречают частицы в пограничном состоянии, уже содержащие литий. Обратный захват затрудняется, и нарушается микроструктура электрода.

В настоящее время просматриваются два пути решения проблемы: внесение изменений в алгоритмы работы системы управления батареями и разработка катодов с увеличенной площадью поверхности.

Требования к режимам заряда/разряда

Глубокий разряд полностью выводит из строя литий-ионный аккумулятор. Также на жизненный цикл аккумуляторов влияет глубина его разряда перед очередной зарядкой и зарядка токами выше установленных производителем. Из-за низкого внутреннего сопротивления аккумулятора зарядный ток сильно зависит от напряжения на его клеммах во время зарядки. Ток зарядки зависит от разницы напряжений между аккумулятором и зарядным устройством и от сопротивления как самого аккумулятора, так и подводимых к нему проводов. Увеличение напряжения зарядки на 4 % может приводить к увеличению тока зарядки в 10 раз, что отрицательно сказывается на аккумуляторе, при недостаточном отводе тепла он перегревается и деградирует. В результате, если напряжение на аккумуляторе превысить всего на 4 %, он будет вдвое быстрее терять ёмкость от цикла к циклу^[29].

Старение

Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются. Соответственно, нет смысла покупать аккумулятор «про запас» или чрезмерно увлекаться «экономией» его ресурса.

Оптимальные условия хранения Li-ion-аккумуляторов достигаются при 40-процентном заряде от ёмкости аккумулятора и температуре 0…10 °C^[30].

Температура, ⁰C	С 40%-м зарядом, % за год	Со 100%-м зарядом, % за год
0	2	6
25	4	20
40	15	35
60	25	40 % за три месяца

Снижение ёмкости при низких температурах

Как и в других типах аккумуляторов, разрядка в условиях низких температур приводит к снижению отдаваемой энергии, в особенности при температурах ниже 0 ⁰C. Так, снижение запаса отдаваемой энергии при понижении температуры от +20 ⁰C до +4 ⁰C приводит к уменьшению отдаваемой энергии на ~5-7 %, дальнейшее понижение температуры разрядки ниже 0 ⁰C приводит к потере отдаваемой энергии на десятки процентов. Разряд аккумулятора при температуре не ниже, указанной производителем аккумуляторов, не приводит к их деградации (преждевременному исчерпанию ресурса). Химия литий-ионных аккумуляторов более чувствительна к температурам при зарядке АКБ, и оно оптимально при температурах ~ +20 ⁰C, а при температурах ниже +5 ⁰C не рекомендовано.^{[источник?]} Как и для других типов аккумуляторов, одним из вариантов решения проблемы являются аккумуляторы с внутренним подогревом^[31].

См. также

Примечания

1. ↑ Li-ion 4.35V vs 4.20V сколько теряем? Тест SANYO UR18650ZTA. / Зарядки, пауэрбанки, провода и переходники / iXBT Live (рус.). iXBT Live (26 августа 2018). Дата обращения 18 октября 2019.
2. ↑ Топовые аккумуляторы 21700: LG M50 5000мАч vs Samsung 48G 4800мАч / iXBT Live (рус.). iXBT Live (30 июня 2018). Дата обращения 18 октября 2019.
3. ↑ Sony VTC6A и VTC6 с одинаковыми Matrix-кодами — результаты тестов (рус.). ecigtalk.ru. Дата обращения 18 октября 2019.
4. ↑ Samsung INR18650-25R Specification
5. ↑ Н. Бровка, О. Янченков Применение специализированных микропроцессоров для построения схем контроля и защиты литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторных батарей // Журнал «Компоненты и Технологии». — № 3, 2007 г. С. 132—135. ISSN 2079-6811.
6. ↑ Обзор BMS контроллера заряда литий-ионных аккумуляторов 18650 3.7В на YouTube
7. ↑ Сердечный Д. В., Томашевский Ю. Б. Управление процессом заряда многоэлементных литий-ионных аккумуляторных батарей / Научная статья // Журнал «Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль». — № 3 (21), 2017 г. С. 115—123. УДК 621.314. DOI 10.21685/2307-5538-2017-3-16. ISSN 1999-5458.
8. ↑ Сазонов И. Е., Лукьяненко М. В. Выравнивание заряда в литий-ионных аккумуляторных батареях / Научная статья // Сборник материалов IX Междунарародной научно-практической конференции, посвящённой Дню космонавтики]]. «Актуальные проблемы авиации и космонавтики» [Электронныйресурс]. Красноярск: СибГУ им. М. Ф. Решетнева — № 9, т. 1, 2013 г. С. 204. УДК 537.22. ISSN 1999-5458.
9. ↑ [1].
10. ↑ [2].
11. ↑ [3].
12. ↑ [4]
13. ↑ [5]
14. ↑ [6].
15. ↑ [7].
16. ↑ Возгорания на Dreamliner связаны с аккумуляторами
17. ↑ Samsung отзывает Galaxy Note 7 из-за возможности возгорания
18. ↑ Находившийся за рулем Tesla бывший агент ФБР погиб в ДТП
19. ↑ Should You Be Worried About Your E-Cigarette Exploding?
20. ↑ Лайнер экстренно сел из-за загоревшегося планшета Samsung
21. ↑ Lithium Batteries as Cargo in 2016 Update III
22. ↑ Bandhauer Todd M., Garimella Srinivas, Fuller Thomas F. A Critical Review of Thermal Issues in Lithium-Ion Batteries (англ.) // Journal of The Electrochemical Society. — 2011. — Vol. 158, no. 3. — P. R1. — ISSN 0013-4651. — doi:10.1149/1.3515880. []
23. ↑ Zaghib K., Dubé J., Dallaire A., Galoustov K., Guerfi A., Ramanathan M., Benmayza A., Prakash J., Mauger A., Julien C.M. Enhanced thermal safety and high power performance of carbon-coated LiFePO4 olivine cathode for Li-ion batteries (англ.) // Journal of Power Sources. — 2012. — December (vol. 219). — P. 36—44. — ISSN 0378-7753. — doi:10.1016/j.jpowsour.2012.05.018. []
24. ↑ http://www.powerinfo.ru/accumulator-liion.php
25. ↑ Гореть, а не тлеть! Что на самом деле случилось с электроседаном Tesla Motors?
26. ↑ Аспекты безопасности литий-ионных аккумуляторов
27. ↑ Paul Scherrer Institut (PSI) :: Memory effect now also found in lithium-ion batteries (рус.). Дата обращения 2 мая 2013. Архивировано 11 мая 2013 года.
28. ↑ Экономия батареи на Андроид: советы и мифы (рус.). androidlime.ru. Дата обращения 29 февраля 2016.
29. ↑ Мельничук, О. В. Особенности заряда и разряда литиевых аккумуляторных батарей и современные технические средства управления этими процессами / О. В. Мельничук, В. С. Фетисов // Электротехнические и информационные комплексы и системы : журн. — 2016. — Т. 12, № 2. — С. 41–48. — УДК 621.355.9^(G). — ISSN 1999-5458.
30. ↑ Дмитрий. 5 практических советов по эксплуатации литий-ионных аккумуляторов // Блог компании Mugen Power Batteries : [электр. ресурс]. — 2013. — 6 февраля.
31. ↑ Комов С. Созданы литий-ионные аккумуляторы с подогревом / Сергей Комов // Новый взгляд : [электр. ресурс]. — 2016. — 22 января.

Литература

• ГОСТ 15596-82 «Источники тока химические. Термины и определения»
• ГОСТ Р МЭК 61960-2007 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы и аккумуляторные батареи литиевые для портативного применения»
• Хрусталёв, Д. А. Аккумуляторы. — М. : Изумруд, 2003.
• Филипповский Ю. Мобильное питание : Ч. 2 : [арх. 29 мая 2009] / Юрий Филипповский // Компьютерра-онлайн : [электр. ресурс]. — 2009. — 26 мая.
• Скундин, А. М. Наноматериалы в современных химических источниках тока : методическая разработка к программам повышения квалификации / А. М. Скундин, О. А. Брылев. — М. : МГУ, 2011. — 56 с.
• Lithium batteries : Status, prospects and future : [англ.] / // Journal of Power Sources. — 2010. — Vol. 195, no. 9 (May). — P. 2419—2430. — ISSN 0378-7753. — doi:10.1016/j.jpowsour.2009.11.048.
• Sasaki, Tsuyoshi. Memory effect in a lithium-ion battery : [англ.] / Tsuyoshi Sasaki, Yoshio Ukyo, Petr Novák // Nature Materials : журн. — 2013. — Vol. 12. — P. 569–575. — doi:10.1038/nmat3623.

Ссылки

Обсуждение:Литий-ионный аккумулятор — Википедия

Литий-ионный аккумулятор устроен как обычный плёночный конденсатор. —80.241.252.242 20:26, 15 марта 2008 (UTC)

Глубокий разряд

«Глубокий разряд полностью выводит из строя литиево-ионный аккумулятор.» — Не уверен. Мой первый телефон был Nokia1100 с аккумулятором BL-5C, подали осенью 2004-го. Использовал эту нокию до осени 2010 года, пока она окончательно не сдохла. Эксплуатировал в режиме «полный разряд — полный заряд» с циклом в 6-9 дней. В начале 2007-го года по пьяни окунул мобилку в стакан с томатным соком, а потом в минералку, телефон вырубился. После просушки поставил на зарядку, через часа 2 на экране начала отображаться полоска заряда. Но через пару дней постоянно стал гореть светодиод торцевого фонарика, выключить нельзя было (на вмеря между зарядками это практически не повлияло). Осенью 2008-го года я поскользнулся и телефон выпал из кармана куртки в ручеёк, текший вдоль тропинки. В воде пролежал порядка двух часов (пока я обнаружил пропажу и не нашел его). После просушки поставил на зарядку, телефон несколько дней не подавал признаков жизни, но, где-то на 3-4 день сначала загорелся светодиод фонарика, а потом таки начал заряжаться. Осенью 2010 года у меня ночевали гости, я постелил себе на полу, телефон положил рядом. Среди ночи в туалете вырвало гайку фильтра перед счетчиком, затопило квартиру (1 этаж, не страшно, но если бы спал на кровати — проснулся бы утром, а не ночью). Вот после этого Nokia1100 умерла окончательно — при включении экран темнеет, динамик хрипит, микрофон не работает. Купил себе новую 2330с. Со старым аккумулятором, которому уже 7 лет, телефон прекрасно работает 5-7 дней между зарядками, как и на родном, новом и свежем аккумуляторе (BL-5C). За это время старый аккумулятор несколько раз подвергался глубокой разрядке до стадии, когда даже на тот вечногорящий светодиод энергии не хватало. —188.230.108.105 10:43, 20 апреля 2011 (UTC)

Тогда в мобильной технике использовались только никель-кадмиевые аккумуляторы, которые обожают глубокий разряд.

91.203.170.202 19:59, 6 октября 2011 (UTC)

Ссылки

Старение

Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются, а просто лежат на полке.

Соответственно, нет необходимости покупать аккумулятор «про запас» или чрезмерно увлекаться «экономией» его ресурса. При покупке обязательно посмотрите на дату производства, чтобы знать, сколько данный источник питания уже пролежал на складе. В случае, если с момента изготовления прошло более двух лет, лучше воздержитесь от покупки, т.к. более трети ресурса АКБ уже «вылежал».Литиево-ионные и литиево-полимерные аккумуляторы. iXBT (2001 г.)

— из статьи

Возможно стоит добавить ссылку на http://habrahabr.ru/blogs/hardware/123246/ 93.95.143.67 18:47, 3 июля 2011 (UTC)

«Дендриты опасны, они уменьшают емкость перезаряжаемых батарей..» — ученые нагревали элементы до 55 градусов Цельсия на протяжении двух дней. Выяснилось, что такой нагрев привел к уменьшению наростов на 36%.» [1] (2015)

Соединение елементарных аккумуляторов

Можно ли соединять отдельные аккумуляторы в бататеи последовательно? как на такое соединение реагирует защитная плата и сам аккумулятор?

Напряжение

Беглый просмотр не показал, какое там у него напряжение. Что это за статья про аккумулятор, где главного нет. PavelSI 22:40, 17 августа 2012 (UTC)

В свое время в ФИДО ходил слух что главный недостаток Li-On аккумуляторов, то что они не работают в космосе ))) 46.138.235.146 22:17, 29 марта 2013 (UTC)Fidonetchek

Успешно летают в космосе 10 лет!

Ну минимум 2,35 где-то зависит от компонентов защиты. Максимум 4,28 где-то, тоже зависит от компонентов защиты. То что в статье указано, это условные цифры к которым надо стремится, а не фактические характеристики.АмЫнЪ 15:07, 8 апреля 2013 (UTC)

Тут эту статью считают не заслуживающим доверия, хотя ссылаются на даташит ссылка 04.03.2015, 22:03 —85.254.159.48 15:16, 1 июля 2015 (UTC)

Кто внёс бред о том что минимальное напряжение 2,7 В? 5.189.44.188! Фирмой Panasonic же выпускаются аккумуляторы NCR18650B (pdf) и Sanyo NCR18650BF ёмкостью 3400 мА pdf и Sanyo/Panasonic NCR18650GA ёмкостью 3500 мАч pdf и на рабочее напряжение от 2,5 В до 4,2 В. Причём защита в защищённых аккумуляторах срабатывает при снижении напряжения до 2,4 В. —89.201.121.4 13:31, 5 мая 2016 (UTC)

Хранение

Логическая нестыковка: В одном месте написано, что хранить аккумуляторы нужно заряженными на 40%, а в другом месте — что их нужно подзаряжать до 70% раз в 6 месяцев. Но если подзарядить литиевый аккумулятор до 70%, то он и храниться будет заряженным на 70%, так как у него низкий саморазряд, что противоречит первоначальному утверждению про 40%. В итоге становится непонятно, при каком уровне заряда их нужно хранить на самом деле. 178.78.47.202 11:42, 18 ноября 2014 (UTC) 178.78.47.202 11:43, 18 ноября 2014 (UTC)

про «40%» — неверно, удалить (имеется в виду «не ниже 40%», наверное..) —Tpyvvikky 17:49, 18 ноября 2014 (UTC)

Литий-ионный аккумулятор — Википедия

Литий-ионный аккумулятор
Особенности
Энергия / Масса	160 [1] Вт / кг
Energie / inhoud	270 [2] Вт / л
Вермоген / Масса	190–1200 [3] Вт / кг
Laad / ontlaadefficiëntie	80–90%
Энергопотребление / потребление	4–8 Втч / €
Zelfontlading	5–10% / маанд
Левенсдуур	24–36 манден
Aantal laadcycli	500–1000
Бронспаннинг	3,6–3,7 В

Cilindrische cel voordat Hij Gesloten Wordt (18650)

Een Литий-ионный аккумулятор из Литий-ионный аккумулятор является непревзойденным аккумулятором в области потребительской электроники, в том числе и в области энергетики.

Er kleven echter ook een paar nadelen aan dit type acc. В настоящее время он не может похвастаться тем, что у него есть дело, и не так ли это? Система управления батареями BMS. Данные системы вошли в систему. В этом разделе описывается, что касается аппаратного обеспечения, в том числе и биография, никель-мета-гидридрид (NiMH) и никель-кадмиумакку (NiCd). De Li-ion-accent een aantal vormen. Де Бекендсте является 18650 цилиндриче цел.Maar ook de Li-polymeerpouchcellen zijn литий-ионный аккумулятор. De bekendste Li-ionsamenstellingen zijn: литийкобальтоксид (LiCoO ₂ ) и литийионмангааноксид (LiMn ₂ O ₄ , Li ₂ MnO ₃ LiMnO)

Diepontlading gebeurt wanneer de acc verder ontladen wordt dan de minimale toegestane incuspanning. Afhankelijk van de chemie ligt die Tussen 2,8 Вольт и 3,0 Вольт. Дьеп накрывает пяточную кость, идущую к нему. Это было сделано, и я всегда был в курсе событий.

Де-литий-ионные аккумуляторы Niet te Verder Verded Met de (niet-oplaadbare) Литиевые батареи зумов andere lithiumaccu LiFePO ₄ ru Литиевый титанаат. Deze andere lithiumachtige batterijen hebben heel and andere eigenschappen en Спецификации.

В настоящее время он получает информацию о графике работы LiCoO ₂ мужчин и женщин:

анод: LiC 6 ⟶ С 6 + Li + + е — {\ displaystyle {\ ce {LiC6-> C6 + Li + + e-}}}

катод: CoO 2 + Li + + е — ⟶ LiCoO 2 {\ displaystyle {\ ce {CoO2 + Li + + e- -> LiCoO2}}}

Het elektrolyt tussen de anode en kathode geleid de ionen.В настоящее время Li 9009 + иен высшей категории verantwoordelijk zijn.

Ideaal zou voor de anode van de lithiumbatterij zuiver метаал лития, гербрукт. Het commerciële gebruik van lithium heeft echter enkele nadelen. Десять лет назад литиевые и химические реактивы. Десять тиде заль литий тиденс, которые он получил, и их структуру, дендриет ван дендриет. Дендриет Ворминг Кан Нейлик Лейден Тот Кортслойтинг Дверь Шейд ан бе бенген ан де Сепаратор.Что касается проблем, связанных с литиевой интеркалатой? Intercalatie betekent dat молекулярный (ионен) вихревая структура в материальном и геологическом строении. Dit wil zeggen dat литий-ионный ворлд гелаагд в графическом стиле. Разъясняйте, что вы любите, когда вы едите. ^[4]

Opbouw van de Lithium-ion-acc

Tussen de anode en kathode wordt een separator aangebracht, de vorm van polyethyleen of polypropyleen.Сепаратор зоо д т е д а н и е ан ан ан кат кат ван ван элькаар ге зееер, тервейл де нон н н е р н г х е н к х юн куннен бевеген. В настоящее время электролитическая интерференция связана с тем, что она является обязательной. Этот способ пассивен, но не имеет ничего общего с электродом, связанным с электролитическим связыванием. В целом он отрицательный и отрицательный эффект от предварительных действий, в том числе и в целом.

Номинальное напряжение, охватывающее ван энкель энкель чел кан афханкелик ван де гебруйкт анод разный фургон 3,6 вольт 3,8 вольт. De spanning varieert echter van 2,4 общая 4,2 вольт. Als de spanning on 2,4 de Komt de de ce meestal дефект. Daarom Wordt 3,0 из 2,8 вольт Местный также минимальный охват aangehouden. Hogere accuspanningen worre bereikt Дверь Целлен в серии те щакелен.

Hoe lang het duurt om een ​​Li-ion-аккумуляторная батарея с высокой нагрузкой. Вердер дит афханкелик ван де ладер.Het laden van een typische 18650 Li-ion-accur duurt ongeveer 3 uur. Bij Proven является Gebleken Dat Laden встретил Een Hoge Laadstroom Niet Sneller Gaat — De Accull Тох Дри Uur Nodig Voordat Hij Helemaal Geladen является. Это зависит от обстоятельств.

De levensduur — это лучший способ сделать все возможное, чтобы он мог поселиться 500 человек. Открыт момент, когда возникнет необходимость в том, чтобы сказать, что он перерабатывает кан варден.De levensduur является передовой дверью, занимающейся поставками автомобилей, с минимальной загрузкой и продажей на 100%. Температура биджаге (<0 ° C). Отличное качество Li-ion-аккумуляторной батареи. Dit beschadigt de acc.

Voordelen:

• Hoogste energiedichtheid, op de lium-ion-polymeer-acc. Na.
• Геринге Зельфонтлейдинг (Alleen Door Geïntegreerd Regelsysteem).
• Geen geheugeneffect (geen емкость, непредсказуемость в зависимости от обстоятельств).
• Hoog vermogen (sterk afhankelijk van kathodemateriaal).
• Milieuvriendelijker dan andere batterijen.
• Lange levensduur.

Наделен:

• Hoge kostprijs.
• Kans op explosie ru.

Een Nadeel Dat de Li-ion-Accu продолжает непрерывную работу, в том числе и в гебрукте. Это очень важно. Дверь прощай, я люблю тебя, нокаутирую 3 часа 5 минут.Это очень важно, так как это очень важно.

Bewaartemperatuur	Capaciteitsverlies na 1 jaar	Capaciteitsverlies na 1 jaar
	(полуопгеладенский аккумулятор)	(добровольный опрос)
0 ° C	2%	6%
25 ° C	4%	20%
40 ° C	15%	35%
60 ° C	25%	40% (на 3 месяца)

Брон: Университет Батарей.ком

Vanwege de hoge kostprijs van Li-ion-accus is het verantwoord om de levensduur ervan te verhogen. Дит-кан встретился с Инахнемингом ван де Волганде Маатрегеленом:

Осторожно:

• Bij een koele omgevingstemperatuur (<25 ° C)
• Niet Lee Осторожно, максимальный объем продаж 80%

Tijdens Gebruik:

• Niet geheel, опция ontladen. Indien mogelijk de accu tussen 30 en 80% Van Zijn Capititit Houden Zorgt voor een maximale levensduur.Een diepe laadcyclus является ведущим специалистом в области интеллектуальных технологий.
• Zo veel mogelijk opladen встретил нетводинг. Хет Гебруик ван Снелладерс Вермиден.

De fabrikanten leveren hun Meestal Li-ion-acc встретился с 40% накладных. Даарби Блифт де Ак Хет Лангсте ушел.

Литий-ионный аккумуляторный комплекс в естественных условиях. Hierdoor является утилизируемым литий-ионным аккумулятором. De acc ondergaat Eerst Mechanische behandelingen Zoals Scheiding, переоснащение en vermaling.Gedurende deze processsen worden de scheikundige verbindingen waaruit de kunststoffen bestaan ​​niet afgebroken. Даарна Уорден пластик, алюминий и копеечан, ан-де-ван ван пиролиз. De gepyrolyseerde materialen worden vermalen en gezeefd. Двери магнетической сепарации в мире. Het mengsel dat nu overblijft, bestaat uit lithium, mangaan, kobalt en nikkel in verschillende verhoudingen. De metalen dienen opnieuw als grondstoffen для различных отраслей промышленности.Литий-ионные аккумуляторы, как известно, являются экономическими (Nog) Niet Interessant (Total 2020).

Bronnen, примечание en / of ссылок

,

Информация о литий-ионных батареях — Battery University

Лишь в начале 1970-х годов первые не перезаряжаемые литиевые батареи стали коммерчески доступными. Попытки разработать перезаряжаемые литиевые батареи последовали в 1980-х годах, но усилия не увенчались успехом из-за нестабильности металлического лития, используемого в качестве материала анода. Литий является самым легким из всех металлов, обладает наибольшим электрохимическим потенциалом и обеспечивает наибольшую удельную энергию на вес.Аккумуляторные батареи с металлическим литием на аноде (отрицательные электроды) могут обеспечить необычайно высокую плотность энергии, однако, циклически создавая нежелательные дендриты на аноде, которые могут проникать в сепаратор и вызывать короткое замыкание. Температура в ячейке быстро повышается и приближается к точке плавления лития, вызывая тепловое убегание, также известное как «выброс из пламени» Нестабильность металлического лития, особенно во время зарядки, сместила исследования в неметаллический раствор с использованием ионов лития .Несмотря на меньшую удельную удельную энергию, чем у литий-металлического, литий-ионный является безопасным, при условии, что производители элементов и упаковщики батарей соблюдают меры безопасности для поддержания напряжения и тока на безопасном уровне. В 1991 году Sony выпустила на рынок первую литий-ионную батарею, и сегодня эта химия стала самой перспективной и быстрорастущей на рынке. Тем временем продолжаются исследования по разработке безопасной металлической литиевой батареи в надежде сделать ее безопасной. В 1994 году производство литий-ионной батареи в цилиндрической ячейке 18650 * стоило более 10 долларов США, обеспечивая емкость 1100 мАч.В 2001 году цена упала до 2 долларов, а емкость выросла до 1900 мАч. Сегодня высокоплотные 18650 ячеек обеспечивают более 3000 мАч, а затраты еще больше снизились. Снижение затрат, увеличение удельной энергии и отсутствие токсичных материалов проложили путь к тому, чтобы сделать литий-ионную батарею универсально приемлемой для портативного применения, в первую очередь в легкой промышленности, а теперь и в тяжелой промышленности, включая электрические силовые агрегаты для транспортных средств. В 2009 году примерно 38 процентов всех батарей по выручке были литий-ионными.Литий-ионный аккумулятор — это батарея, не требующая особого технического обслуживания. Это преимущество, на которое многие другие химические предприятия не могут претендовать. Аккумулятор не имеет памяти и не требует упражнений для поддержания формы. Саморазряд составляет менее половины по сравнению с системами на основе никеля. Это делает Li-ion хорошо подходящим для применения в топливомерах. Номинальное напряжение ячейки 3,6 В может напрямую питать сотовые телефоны и цифровые камеры, предлагая упрощения и снижение затрат по сравнению с конструкциями с несколькими ячейками. Недостатком была высокая цена, но это выравнивание, особенно на потребительском рынке.

Рис. 1. Поток ионов в литий-ионной батарее Когда элемент заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом (положительный электрод) и анодом (отрицательный электрод). При разряде анод подвергается окислению или потере электронов, а катод видит уменьшение или усиление электронов. Заряд меняет направление движения. Все материалы в батарее обладают теоретической удельной энергией, и ключ к высокой емкости и превосходной подаче энергии лежит в основном на катоде .В течение последних 10 лет катод характеризовал литий-ионную батарею. Общим материалом катода являются оксид лития-кобальта (или литий кобальтат), оксид лития-марганца (также известный как шпинель или литий-марганат), литий-фосфат железа, , а также литий никель-марганец кобальт (или ) ) ** и Литий Никель-кобальт Оксид алюминия (или NCA). Оригинальная литий-ионная батарея Sony использовала кокс в качестве анода (угольный продукт), а с 1997 года большинство литий-ионных батарей используют графит для получения более плоской кривой разряда.Разработки также происходят на аноде, и в настоящее время пробуются несколько добавок, в том числе сплавы на основе кремния. Кремний обеспечивает увеличение удельной энергии на 20-30% за счет меньших токов нагрузки и сокращенного срока службы. Наноструктурированный литий-титанат в качестве анодной добавки демонстрирует многообещающий срок службы цикла, хорошие нагрузочные способности, отличные характеристики при низких температурах и превосходную безопасность, но удельная энергия низкая. Смешивание катодного и анодного материала позволяет производителям усилить внутренние качества; однако улучшение в одной области может поставить под угрозу что-то другое.Производители аккумуляторов могут, например, оптимизировать удельную энергию (емкость) для продления времени работы, увеличить удельную мощность для улучшения нагрузки по току, продлить срок службы для увеличения срока службы и повысить безопасность при интенсивном воздействии окружающей среды, но недостатком более высокой емкости является снижение нагрузки. ; Оптимизация для работы с высоким током снижает удельную энергию, и делает ее прочной ячейкой для длительного срока службы и повышенной безопасности увеличивает размер батареи и увеличивает стоимость за счет более толстого сепаратора.Сепаратор считается самой дорогой частью батареи. В таблице 2 приведены характеристики литий-иона с различным катодным материалом. Таблица ограничивает химию четырьмя наиболее часто используемыми литий-ионными системами и применяет краткую форму для их описания. NMC обозначает никель-марганец-кобальт, химию, которая является относительно новой и может быть адаптирована для высокой нагрузки или большой нагрузки. Литий-ион-полимер не упоминается, так как это не уникальная химия и отличается только конструкцией.Li-полимер может быть изготовлен в различных химических составах, и наиболее широко используемым форматом является Li-кобальт.

Как продлить литиевые батареи

Узнайте, что приводит к старению Li-ion и что может сделать пользователь батареи, чтобы продлить срок его службы.

Исследования аккумуляторов настолько сосредоточены на химии лития, что можно себе представить, что будущее аккумуляторов лежит исключительно на литии. Есть веские основания для оптимизма, поскольку литий-ионный во многих отношениях превосходит другие химические препараты. Приложения растут и выходят на рынки, которые ранее были прочно удержаны свинцовой кислотой, например, в режиме ожидания и выравнивания нагрузки.Многие спутники также питаются от Li-ion.

Литий-ионный еще не полностью созрел и все еще совершенствуется. Заметные успехи были достигнуты в долговечности и безопасности, в то время как емкость увеличивается постепенно. Сегодня Li-ion отвечает ожиданиям большинства потребительских устройств, но приложения для электромобилей нуждаются в дальнейшем развитии, прежде чем этот источник питания станет общепринятой нормой.

Как помощник по уходу за батареей, у вас есть выбор, как продлить срок службы батареи. Каждая аккумуляторная система имеет уникальные потребности в отношении скорости зарядки, глубины разряда, нагрузки и воздействия неблагоприятных температур.Проверьте, что вызывает потерю емкости, как повышение внутреннего сопротивления влияет на производительность, что делает повышенный саморазряд и насколько низко может разрядиться аккумулятор? Вы также можете быть заинтересованы в основах тестирования батареи.

BU-415: как заряжать и когда заряжать?
BU-706: краткое изложение того, что можно и чего нельзя делать

Что вызывает литий-ионный возраст?

Литий-ионный аккумулятор работает на движение ионов между положительным и отрицательным электродами.Теоретически такой механизм должен работать вечно, но цикличность, повышенная температура и старение снижают производительность с течением времени. Производители придерживаются консервативного подхода и указывают, что срок службы литий-иона в большинстве потребительских товаров составляет от 300 до 500 циклов разрядки / зарядки.

Оценка срока службы батареи по счетным циклам не является окончательной, поскольку разрядка может варьироваться по глубине и нет четко определенных стандартов того, что составляет цикл (см. BU-501: Основы разрядки).Вместо подсчета циклов некоторые производители устройств предлагают замену батареи на отметке даты, но этот метод не учитывает использование. Батарея может выйти из строя в течение отведенного времени из-за интенсивного использования или неблагоприятных температурных условий; однако, большинство упаковок длится значительно дольше, чем указано на марке.

Производительность батареи измеряется емкостью, что является основным показателем работоспособности. Внутреннее сопротивление и саморазряд также играют роль, но они менее значимы в прогнозировании окончания срока службы батареи с помощью современного литий-ионного аккумулятора.

На рисунке 1 показано падение емкости 11 литий-полимерных батарей, которые были задействованы в лаборатории Cadex. Ячеистые ячейки емкостью 1500 мАч для мобильных телефонов сначала заряжались с током 1500 мА (1C) до 4,20 В / элемент, а затем им давали насыщение до 0,05C (75 мА) как часть полного насыщения заряда. Батареи затем разряжали при 1500 мА до 3,0 В / элемент, и цикл повторяли. Ожидаемая потеря емкости литий-ионных батарей была равномерной в течение доставленных 250 циклов, и батареи работали, как ожидалось.

Рисунок 1. Падение мощности при езде на велосипеде. Одиннадцать новых Li-ion были протестированы на анализаторе батареи Cadex C7400. Все упаковки начинали с емкости 88–94% и уменьшались до 73–84% после 250 полных циклов разряда. Пакеты на 1500 мАч используются в м

.

Информация о литиевых батареях — Battery University

Узнайте, почему литий-ионный аккумулятор является превосходной системой батарей.

Новаторская работа литиевой батареи началась в 1912 году при Г.Н. Льюис, но только в начале 1970-х годов первые не перезаряжаемые литиевые батареи стали коммерчески доступными. Попытки разработать перезаряжаемые литиевые батареи последовали в 1980-х годах, но потерпели неудачу из-за нестабильности металлического лития, используемого в качестве материала анода.(Металлическая литиевая батарея использует литий в качестве анода; литий-ионный использует графит в качестве анода и активные материалы в катоде.)

Литий является самым легким из всех металлов, обладает наибольшим электрохимическим потенциалом и обеспечивает наибольшую удельную энергию на вес. Аккумуляторы с металлическим литием на аноде могут обеспечить чрезвычайно высокую плотность энергии; однако в середине 1980-х годов было обнаружено, что езда на велосипеде приводит к появлению на аноде нежелательных дендритов. Эти частицы роста проникают в сепаратор и вызывают короткое замыкание.Температура в ячейке быстро повышалась и приближалась к точке плавления лития, вызывая тепловое убегание, также известное как «вентиляция пламенем». Большое количество перезаряжаемых металлических литиевых батарей, отправленных в Японию, было отозвано в 1991 году после того, как батарея в мобильном телефоне испускала горючие газы и наносила ожоги лицу человека.

Нестабильность металлического лития, особенно во время зарядки, сместила исследования в неметаллический раствор с использованием ионов лития. В 1991 году Sony выпустила на рынок первый литий-ионный аккумулятор, и сегодня эта химия стала самой многообещающей и наиболее быстро растущей батареей на рынке.Несмотря на то, что удельная энергия ниже, чем у литий-металлического, ион Li безопасен при условии соблюдения ограничений по напряжению и току. (См. BU-304a: вопросы безопасности при использовании литий-ионных аккумуляторов.)

Авторы изобретения литий-кобальт-оксидной батареи должны получить Джон Б. Гуденоу (1922). Говорят, что во время разработки аспирант, работавший в Nippon Telephone & Telegraph (NTT), работал с Goodenough в США. Вскоре после прорыва студент отправился обратно в Японию, взяв находку с собой.Затем в 1991 году Sony объявила о международном патенте на литий-кобальт-оксидный катод. Последовали годы судебных разбирательств, но Sony смогла сохранить патент, а Гуденоф ничего не получил за свои усилия. В знак признания вклада, внесенного в разработки Li-ion, Национальная инженерная академия США в 2014 году наградила Гуденофа и других авторов премией имени Чарльза Старка Дрэйпера. В 2015 году Израиль наградил Гуденафа призом в 1 миллион долларов, который он пожертвует компании Texas Materials. Институт помощи в исследованиях материалов.

Ключом к превосходной удельной энергии является высокое напряжение элемента 3,60 В. Усовершенствования в активных материалах и электролитах имеют потенциал для дальнейшего повышения плотности энергии. Характеристики нагрузки хорошие, а плоская кривая разряда обеспечивает эффективное использование накопленной энергии в желаемом и плоском спектре напряжения 3,70-2,80 В / элемент.

В 1994 году стоимость изготовления Li-ion в цилиндрической ячейке 18650 превысила 10 долларов США, а емкость — 1100 мАч. В 2001 году цена упала до уровня ниже 3 долларов, а емкость выросла до 1900 мАч.Сегодня 18650 ячеек с высокой энергоемкостью обеспечивают более 3000 мАч, а затраты снижаются. Снижение затрат, увеличение удельной энергии и отсутствие токсичных материалов проложили путь к тому, чтобы сделать Li-ion универсально приемлемой батареей для портативных применений, тяжелой промышленности, электрических трансмиссий и спутников. 18650 имеет размеры 18 мм в диаметре и 65 мм в длину. (См. BU-301: взгляд на старую и новую упаковку батарей.)

Литий-ионная батарея — это батарея, не требующая особого обслуживания, — преимущество, на которое не может претендовать большинство других химических компаний.Аккумуляторная батарея не имеет памяти и не нуждается в упражнениях (преднамеренная полная разрядка), чтобы поддерживать ее в хорошем состоянии. Саморазряд составляет менее половины от систем на основе никеля, и это помогает в применении топливомеров. Номинальное напряжение ячейки 3,60 В может напрямую питать мобильные телефоны, планшеты и цифровые камеры, предлагая упрощения и снижение затрат по сравнению с конструкциями с несколькими ячейками. Недостатками являются необходимость схем защиты для предотвращения злоупотреблений, а также высокая цена.

Типы литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионный использует катод (положительный электрод), анод (отрицательный электрод) и электролит в качестве проводника.(Анод разрядной батареи отрицательный, а катод положительный (см.

.