Литий ионный аккумулятор виды

Типы литий-ионных аккумуляторов

Статья обновлена: 2020-12-11

В последнее время можно заметить тенденцию того, как разновидности литиевых аккумуляторов стремительно пополняются новыми экземплярами, а их численность уже переваливает за десяток.

Каждый из представленных на рынке типоразмеров являет собой комбинацию лития и вспомогательных химических элементов, дающих название источникам питания. Основой таких изделий является литий, поэтому они имеют общие технические характеристики, хотя и отличий здесь немало, а зависят они от вспомогательных химических материалов, имеющих различные свойства, непосредственно влияющие на функциональные возможности накопителей.

Li-ion

Из материалов нашей статьи вы узнаете, какие типы современных аккумуляторов Li-ion существуют на рынке электроники, и где они используются чаще всего, но для начала стоит разобраться с устройством и принципом функционирования классических образцов литиевых элементов питания.

Итак, перезаряжаемые литий ионные аккумуляторы – это популярные накопители, в которых при разрядке происходит перемещение ионов лития от отрицательно заряженного электрода к положительному и в обратном направлении в момент их подзарядки.

Данный тип аккумуляторов часто встречается в быту и активно применяется для обеспечения работы портативных электронных устройств, и все благодаря отличной энергетической плотности и отсутствию эффекта памяти.

Li-ion характеризуется медленной разрядкой в режиме ожидания, так как демонстрирует низкий саморазряд. Данная серия аккумуляторов может выпускаться в форме цилиндра или призмы. Высокая плотность энергии в комбинации с малым весом и компактными габаритами, а также длительным функциональным циклом выводит литий-ионные элементы питания в настоящие лидеры.

В качестве примера предлагаем рассмотреть типы литиевых аккумуляторов 18650, которые с каждым днем становятся все более популярными. Они также сопровождаются маркировкой 168А, а по своей форме напоминают привычные пальчиковые АА батарейки, только большего размера.

Проблема быстрой потери номинальной емкости в процессе эксплуатации решается путем встраивания электросхемы, ограничивающей заряд, разряд и нагрузку на элемент. Подобные накопители применяются там, где требуется большая емкость для обеспечения питания мощных приборов. Из таких элементов обычно собирают АКБ для портативной компьютерной техники.

Литий-титановые аккумуляторы являются одной из новейших разработок в категории литий-ионных источников питания. Основное их преимущество заключается в длительном эксплуатационном периоде.

Данные образцы отличаются высокой степенью безопасности и устойчивостью перед негативными факторами. Их энергетическая плотность ниже, нежели у других типов литиевых накопителей, зато скорость зарядки здесь в десятки раз выше.

Такие аккумуляторы чаще всего устанавливают на электрический транспорт, а также ими комплектуют оборудование медицинского назначения.

Максимальная безопасность использования в данном случае объясняется применением особой технологии, основанной на использовании нанокристаллов на аноде. Из недостатков следует отметить сравнительно низкое среднее напряжение, нежели у других аккумуляторов.

Li-Pol

Li-Polymer аккумуляторы характеризуются большей энергетической емкостью, связующим при этом выступает полимер. Такие модели, имеющие форму призмы или цилиндра, демонстрируют стабильную работу в условиях высоких температур, к тому же они поддерживают высокие тока разряда.

К их преимуществам можно отнести широкий спектр размеров ячеек, что позволяет пользователям подбирать аккумулятор необходимой емкости для определенных целей. Чаще всего Li Pol моделями снабжаются всевозможные мобильные устройства, компьютерная техника, цифровое оборудование и прочие девайсы аналогичного назначения.

LiFePO4

Литий фосфатные аккумуляторы отлично зарекомендовали себя там, где наблюдаются высокие токи разрядки, и демонстрируют длительный срок службы, а также характеризуются высокой безопасностью. Поэтому ими комплектуют электротранспорт, строительный электроинструмент, компьютерную технику, источники бесперебойного питания и даже военную технику.

Особо хотелось бы отметить их низкое воздействие на окружающую среду, что очень актуально в настоящее время. По мнению специалистов, за такими батареями будущее, особенно в сегменте питания автономных электронных устройств.

Li-SO2

Такие типы литий ионных батарей имеют цилиндрическую форму и отличаются хорошей энергоемкостью. Они устойчивы к разряду на высокой мощности, поэтому данные элементы активно устанавливают на космическое и военное оборудование. Аккумуляторы на основе литий диоксида серы, снабженные литиевым анодом, имеют среднее напряжение в 2,9 В.

Li-MnO2

Литий-диоксид марганцевые батареи отличаются наличием твердого катода, погруженного в органический электролит, илегкого литиевого анода.

Большая емкость, высокая разрядка и длительный срок эксплуатации – вот основные преимущества данного типа источника питания. Данные элементы чаще всего устанавливают на ИБП, пожарные и охранные сигнализации, медицинское оборудование и цифровую технику.

Li-SOCL2

По аналогии с предыдущими образцами, хлорид тионил литиевые батареи комплектуются литиевым анодом и жидким катодом, включающим в свой состав пористый токосъемник, заполненный SOCl2.

Основная сфера использования данного типа накопителей – автомобилестроение, военная и космическая отрасль. Также их устанавливают на оборудование медицинского назначения, и все благодаря широкому диапазону рабочих температур (-60 — + 150С).Приведем самые распространенные размеры Li-ion аккумуляторов в таблице:

Таблица размеров Li-ion аккумуляторов

Тип

Обозначение

Типоразмеры

Схожие типоразмеры

XX – указание диаметра в мм,

YY – значение длины в мм,

0 – отражает исполнение в виде цилиндра

1/2 AAA (Ø соответствует ААА, но на половину длины)

Источник

Литий-Ионные аккумуляторы

В течение длительного времени кислотный аккумулятор был единственным устройством, способным обеспечивать электрическим током автономные объекты и механизмы. Несмотря на большой максимальный ток и минимальное внутреннее сопротивление, такие батареи имели ряд недостатков, которые ограничивали их применения в устройствах потребляющих большое количество электроэнергии или в закрытых помещениях. В этом плане литий-ионные аккумуляторы лишены многих негативных качеств своих предшественников, хотя и недостатки у них имеются.

Что такое литий ионный аккумулятор

Первые литиевые аккумуляторы появились 50 лет назад. Такие изделия представляли собой обычную батарейку, в которой для повышения уровня отдачи электроэнергии был установлен литиевый анод. Такие изделия имели очень высокие эксплуатационные характеристики, но одним из самых серьёзных недостатков являлась высокая вероятность воспламенения лития при перегреве катода. Учитывая эту особенность, учёные со временем заменили чистый элемент ионами металла, вследствие чего значительно увеличилась безопасность.

Современные li-ion аккумуляторы очень надёжны и способны выдерживать большое количество циклов заряда — разряда. Они имеют минимальный эффект памяти и относительно небольшой вес. Благодаря таким свойствам, литиевая батарея нашла широкое применение во многих устройствах. Изделие может применяться в качестве АКБ, в виде батареек для бытовой техники, а также как высокоэффективный тяговый источник электроэнергии.

На сегодняшний день такие устройства обладают несколькими недостатками:

• высокая стоимостью;
• не любят глубокие разряды;
• могут умереть при низких температурах;
• теряют емкость при перегреве.

В качестве более совершенных аналогов можно найти литий-полимерные или литий-титанатные аккумуляторы, но они стоят заметно дороже.

Как осуществляется производство li-ion АКБ

Литий-ионные аккумуляторы производятся в несколько этапов:

1. Изготовление электродов.
2. Объединение электродов в батарею.
3. Установка платы защиты.
4. Установка батареи в корпус.
5. Заливка электролита.
6. Тестирование и заряд.

На всех этапах производства должна быть соблюдена технология и меры безопасности, что в итоге позволяет получить качественное изделие.

В качестве катода в литий-ионных батареях используется фольга, с нанесённым на её поверхности содержащий литий веществом.

В зависимости от назначения АКБ могут быть использованы следующие соединения лития:

При изготовлении цилиндрических источников электроэнергии типоразмера AA и AAA основной электрод скручивается в рулон, который отделяется от анода сепаратором. При большой площади катода, плёнка которого имеет минимальную толщину, удаётся добиться высокой энергоёмкости изделия.

Принцип работы и устройство li-ion аккумулятора

Литий ионный аккумулятор работает следующим образом:

1. При подаче на контакты батареи постоянного электрического тока катионы лития перемещаются в материал анода.
2. В процессе разрядки ионы лития покидают анод и проникают в диэлектрик на глубину до 50 нм.

В «жизни» литий-ионного аккумулятора таких циклов может быть до 3 000 при этом батарея может отдать практически весь электрический ток накопленный в процессе зарядки. Глубокий разряд не приводит к окислению пластин, что выгодно выделяет такие изделия по сравнению с кислотными АКБ.

Не все li-ion АКБ хорошо переносят глубокие разряды. Если подобная батарея установлена в телефоне или фотоаппарате (типа AAA), то при глубоком разряде контроллерная плата в целях безопасности блокирует возможность заряда батареи, поэтому без специального зарядного устройства зарядить ее не получится. Если это тяговая литиевая батарея для лодочного мотора, то ей глубокий разряд будет совсем не страшен.

В отличие от пальчиковых аккумуляторов сложные батареи состоят из нескольких отдельных источников электроэнергии соединённых параллельно или последовательно. Способ соединения зависит от того, какой показатель электричества необходимо увеличить.

Типоразмеры и виды li-ion батарей

Литий-ионные аккумуляторы получили широкое распространение. Такие источники электрического тока используются в различных бытовых устройствах, гаджетах и даже автомобилях. Кроме этого, изготавливаются промышленные литий ионные аккумуляторы, имеющие большую ёмкость и высокое напряжение. Наиболее востребованными являются следующие типы литиевых аккумуляторов:

Название	Диаметр, мм	Длинна, мм	Емкость, мАч
10180	10	18	90
10280	10	28	180
10440 (AAA)	10	44	250
14250 (AA/2)	14	25	250
14500	14	50	700
15270 (CR2)	15	27	750-850
16340 (CR123A)	17	34.5	750-1500
17500 (A)	17	50	1100
17670	17	67	1800
18500	18	50	1400
18650 (168A)	18	65	2200-3400
22650	22	65	2500-4000
25500 (тип C)	25	50	2500-5000
26650	26	50	2300-5000
32600 (тип D)	34	61	3000-6000

Первые две цифры таких обозначений указывают на диаметр изделия, вторая пара – на длину. Последний «0» ставится, если батарейки имеют цилиндрическую форму.

Кроме аккумуляторов цилиндрической формы промышленностью выпускаются батареи типа «Крона» напряжением 9v и мощные промышленные АКБ с напряжением 12v, 24v, 36v и 48v.

Батарея для штабелера

В зависимости от элементов, которые добавляется в изделие, на корпусе батареи может быть следующая маркировка:

• ICR – содержащие кобальт;
• IMR — — — — марганец;
• INR — — — — никель и марганец;
• NCR — — — — никель и кобальт.

Литиевые батареи отличаются не только размером и химическими добавками, но прежде всего по ёмкости и напряжению. Эти два параметра и определяют возможность их использования в тех или иных видах электрических приборов.

Где применяются li-ion АКБ

Литий-ионные батареи не имеют альтернативы там, где необходим аккумулятор способный отдавать электричество практически в полном объёме, и совершать большое количество циклов заряд/разряд без снижения ёмкости. Преимуществом таких устройств является относительно малый вес, ведь использовать свинцовые решётки в таких устройствах нет никакой необходимости.

Учитывая высокие эксплуатационные характеристики, такие изделия могут использоваться:

1. В качестве стартерных батарей. Литиевые аккумуляторы для автомобилей с каждым годом дешевеют, благодаря новым разработкам, которые позволяют снизить издержки производства. К сожалению цена таких батарей может быть очень высокой, поэтому многим владельцам машин такой аккумулятор оказывается не по карману. К недостаткам литий-ионных батарей можно отнести существенное падение мощности при температуре ниже минус 20 градусов, поэтому в северных районах эксплуатация таких изделий будет непрактичной.
2. В качестве тяговых устройств. Благодаря тому, что литий-ионные аккумуляторы легко переносят глубокий разряд их нередко используют как тяговые для лодочных электромоторов. Если мощности двигателя не слишком велика, то одного заряда хватает на 5 – 6 часов непрерывной работы, что вполне достаточно для рыбалки или совершения водной прогулки. Тяговый литий-ионный аккумуляторы устанавливают и на различную погрузочную технику (электроштабелеры, электропогрузчики), работающую в закрытых помещениях.
3. В бытовой технике. Литий-ионные аккумуляторы применяются в различных бытовых устройствах вместо стандартных батареек. У таких изделий напряжение 3,6v — 3,7v, но существуют модели, которые способны заменить обычную солевую или щелочную батарейку на 1,5 Вольта. Также можно встретить батареи напряжением 3v (15270, CR2), которые можно установить вместо 2 стандартных батареек.

Используются такие изделия в основном в мощных приборах, в которых обычные солевые батарейки очень быстро разряжаются.

Тяговой АКБ

Правила эксплуатации li ion аккумуляторов

На срок службы литиевого аккумулятора влияют многие факторы, знание которых позволит существенно увеличить ресурс. При использовании этого вида батарей необходимо:

1. Стараться не допускать полного разряда батареи. Несмотря на высокую устойчивость батареи к такому воздействию, желательно не выжимать из него все «соки». Особенно следует соблюдать осторожность при эксплуатации таких батарей с ИБП и электрическими двигателями высокой мощности. Если полный разряд батареи произошёл необходимо её незамедлительно оживить, то есть подключить к специальному зарядному устройству. Раскачать аккумулятор можно и после длительного пребывания в состоянии глубокого разряда, для чего необходимо произвести качественную зарядку в течение 12 часов, затем разрядить батарею.
2. Не допускать перезаряда. Перезаряд негативно влияет на характеристики изделия. Встроенный контроллёр не всегда способен вовремя отключить батарею, особенно в том случае, когда зарядка осуществляется в холодном помещении.

Кроме перезаряда и чрезмерного разряда батарею следует оберегать от чрезмерных механических воздействий, которые могут вызвать разгерметизацию корпуса и возгоранию внутренних компонентов аккумулятора. По этой причине существует запрет пересылки почтой батарей, в которых содержание чистого лития превышает 1 г.

Применяется в качестве АКБ для шуруповертов, ноутбуков и телефонов

Как хранить литий ионные аккумуляторы

Если возникает необходимость в длительном хранении литий-ионных аккумуляторов, то для минимизации негативного воздействия на изделия, необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

1. Хранить изделие только в сухом, прохладном помещении.
2. Аккумулятор обязательно извлекается из электрического прибора.
3. Батарею необходимо зарядить перед консервацией. Минимальное напряжение, при котором не будут образовываться внутренние коррозионные процессы равно 2,5 Вольт на 1 элемент.

Учитывая малый саморазряд таких батарей, хранить таким образом аккумулятор можно в течение нескольких лет, но в течение этого срока всё равно неминуемо произойдёт уменьшение ёмкости элемента.

Утилизация литий ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы содержат опасные для здоровья вещества, поэтому ни в коем случае не следует их разбирать в домашних условиях. После того как батарея выработает свой ресурс её необходимо сдать для дальнейшей переработки. В специализированных приёмных пунктах можно получить денежную компенсацию за старый литиевый аккумулятор, ведь такие изделия содержат дорогостоящие элементы, которые могут быть использованы повторно.

Источник