Преимущества и недостатки литиевых аккумуляторных батареек. Литейный аккумулятор


Литиевые батарейки: характеристики, правила зарядки

Литиевые батарейки — самые ходовые и популярные источники питания. Трудно сказать, где их сейчас нет. С одной стороны, это замечательно: Li Ion аккумуляторы имеют высокие показатели емкости и могут служить гораздо дольше других АКБ, но у них тоже имеются свои специфические особенности, которые стоит учитывать как при эксплуатации, так и в процессе зарядки.

Основные показатели и отличия от щелочных АКБ

В общих чертах, главные характеристики Li-Ion элементов питания — это постоянство показателей напряжения, высокий уровень емкости и большой энергетический ресурс, обусловленный спецификой их химического состава. Все литиевые батарейки состоят из катода и анода, их друг от друга отделяют диафрагма и сепаратор. Диафрагма имеет специальную органическую пропитку (ниже представлено фото).

Строение

Кроме того, емкость Li Ion батареек не имеет зависимости от нагрузочного тока, и именно это обеспечивает их максимально долгий срок службы — гораздо дольше, чем у щелочных, имеющих те же самые характеристики емкости. Элементы питания отличаются длительными сроками хранения и эксплуатации (в лучшем случае, до 12 лет), устойчивостью к высокой и низкой температуре и возможностью их изготовления в разных формах.

Более дешевыми и не менее популярными среди потребителей являются «предшественники» Li Ion АКБ — обычные щелочные батарейки, получившие название алкалиновых (на основании маркировки импортных моделей). Они и по сей день применяются в игрушках для детей, некоторых моделях плееров, бытовых фонариках. Однако они хуже справляются с более высокими нагрузками, и в фотоаппарате или ноутбуке алкалиновые элементы уже будут неэффективными по причине того, что разражаться они будут очень быстро.

Именно литиевые батарейки способны работать при постоянных и высоких нагрузках: любимые человечеством предметы техники на современном этапе используются почти в непрерывном режиме.

В камере

Существует множество примеров того, как литий-ионные аккумуляторы хранились долгое время без интенсивного использования, и качество их работы для пользователей не становилось хуже. Например, старый мобильный телефон с Li Ion АКБ, пролежавший в ящике пару лет, вполне может еще поработать, если батарейку хорошо зарядить. Безусловно, со временем показатели емкости у этих элементов заметно уменьшаются. Но поскольку они имеют очень мощный энергетический ресурс, немудрено, что их характеристики уже давно обогнали популярные щелочные аналоги.

Виды литиевых АКБ

Кроме основного элемента (лития), в этих аккумуляторах могут присутствовать и другие химические вещества.

«Начинка» литий-ионного элемента может содержать:

  • диоксид марганца;
  • оксид меди;
  • серный диоксид;
  • йод;
  • дисульфид железа;
  • полифторуглеродные соединения;
  • тионилхлорид.

Для широкого использования эти электрохимические различия не играют решающей роли. Важно то, что любое из этих соединений способно обеспечить оптимальную работу электрохимического источника питания.

В шуруповерте

Также литий-ионные АКБ могут иметь разный внешний вид, в зависимости от исполнения и целей их применения. Например, аккумуляторы 18650 имеют привычную корпусную форму в виде металлических «банок». Они широко применяются в шуруповертах и ноутбуках. Есть элементы прямоугольной формы, которые могут быть совсем плоскими (они устанавливаются в современные виды смартфонов и айфонов), а есть и гель-полимерные аккумуляторы, выполненные в форме блестящих пакетов с повышенным уровнем герметизации (их можно увидеть в планшетах и айпадах).

Номинальное напряжение любой литий-ионной батарейки, независимо от ее химического состава, составляет 3,7 вольт.

Немного о литии

Сам литий представляет собой металл, имеющий очень высокую мягкость и пластичность. Именно это в конечном итоге позволило изготавливать тонкие и легкие элементы, столь удобные в эксплуатации и высокие по мощности.

Производить АКБ на основе лития начали еще в 70-х годах ХХ века. Известно, что первые опыты такого производства часто были сопряжены с опасностью — многие батарейки взрывались, часто по причине перегрева или иных казусов, связанных с неправильной эксплуатацией. Со временем специалисты научились изготавливать батарейки, имеющие улучшенные характеристики. Однако обращаться с такими аккумуляторами и по сей день следует очень осторожно.

Сгорел аккумулятор

В сети существует большое количество фото и видео, на которых любители острых ощущений запечатлевали моменты взрыва сотовых телефонов или планшетов. Повторять подобные опыты, конечно же, не рекомендуется.

«Безопасный литий» в облике надежных и емких аккумуляторов получили путем комбинирования лития с твердоорганическими электролитами. К тому же, идея полного отказа от электролита на водной основе позволила получить наиболее емкие и мощные модели. Например, две литиевые батарейки на 3V успешно заменяют четыре или пять алкалиновых, что делает значительно проще эксплуатацию многих приборов в быту. Конечно, высокая химическая активность лития по-прежнему остается потенциальной «гремучей смесью». Особенно в случае беспечного отношения к таким АКБ. Но, в целом, элементы вполне безопасны и по-прежнему очень надежны.

Роль защитной платы

Большую роль в предотвращении перегрева и воспламенения батарейки играет встроенная внутрь каждого элемента защитная плата. Она предотвращает короткие замыкания, переразряд и перезаряд, но главное — возможный перегрев. Безусловно, все литиевые элементы от надежных и проверенных производителей оснащены такой платой, на которой находятся клеммы элемента.

На фото: защитная плата литий-ионного аккумулятора.

Плата

Любая плата имеет шестиуровневый контроллер заряда-разряда, который всегда отключит АКБ от нагрузки в том случае, если она полностью разрядилась или, наоборот, если уровень ее заряда достигает показателя в 4,25 вольт.

Самые лучшие АКБ

Иногда спрашивают о том, какие Li Ion АКБ являются самыми современными. В последнее время широко рекламируются элементы Ultimate lithium от Energizer именно как лучшие литиевые батарейки последнего поколения. Они были разработаны для бытовых приборов с высоким уровнем потребления энергии (мощные фонари, фотокамеры, большие говорящие игрушки для детей). Рекламщики утверждают, что Ultimate lithium — это даже не аккумуляторы, а «элементы, которые никогда не нужно будет перезаряжать» — вследствие того, что их мощности хватает больше, чем на 12 лет.

Конечно, такое утверждение — всего лишь рекламный ход, и заряжаются эти АКБ обычным образом. Однако показатели их работы, действительно, очень высоки:

  • способность выдерживать большие температурные перепады;
  • работают при самых низких температурах —  -40-60°С;
  • самые легкие среди других литиевых аналогов;
  • высокая емкость — 3000 А;
  • утверждается, что срок их службы может достигать 15 лет.

На фото — литиевый аккумулятор Ultimate lithium.

Ultimate Lithium

Правильная зарядка

Самый верный способ, который максимально продлит и улучшит их работу, — это двухэтапная зарядка литиевых батареек. Только таким образом АКБ заряжается полноценно, и ее емкость используется в полной мере, без снижения потенциала в течение долгого периода времени.

Как заряжать литиевые аккумуляторы на первом этапе? Только постоянным током, который не должен превышать 0,2-0,5 С ( где С — это емкость АКБ). В крайнем случае, можно немного ускорить процесс, увеличив ток максимум до 1,0 С. К примеру, если емкость АКБ составляет 3000 мАч, а начальный ток от 600 до 1500 миллиампер, ускоренный ток должен находиться в пределах 1,5-3 ампер. Конечно, в данном случае должно применяться ЗУ с опцией настройки напряжения. Выражаясь простым языком, на начальном этапе зарядки устройство служит в качестве классического стабилизатора тока.

Важно помнить о том, что все литиевые АКБ оснащены защитной платой. Следовательно, показатель U «на холостом ходу» не должен превышать уровня 7 вольт. Высокое напряжение может погубить плату.

Зарядник

На протяжении процесса зарядки нужно осуществлять постоянный контроль напряжения. При его подъеме до 4,2 вольт следует знать о том, что батарейки восполнили свою емкость примерно на 80 процентов. Теперь нужно перейти к другому этапу зарядки.

Второй (и последний) шаг зарядки должен проводиться с помощью постоянного U, но снижающимся показателем уровня тока. Зарядник поддерживает U в пределах 4,14-4,24 вольт и регулирует ток, который постепенно становится меньше. При снижении показателя тока до 0,05-0,01 С можно считать зарядку завершенной. Остается добавить, что недостающий процент своей емкости, до 100%, аккумуляторы «добирают» в процессе второго этапа.

Если зарядное устройство хорошего качества, в нем непременно должно присутствовать отключение от источника питания после завершения процесса зарядки. Для литиевых элементов недопустим перезаряд, потому что они могут из-за него потерять больший процент своей емкости, восполнить которую будет уже невозможно. Следует вовремя снять аккумуляторы с зарядки и не забыть о них.

Техника безопасности

Как уже было сказано, нельзя допускать перегревания литий-ионных аккумуляторов, например, оставлять гаджеты с ними на солнце или в местах, где возможно воспламенение. Не следует самостоятельно вскрывать такой элемент питания и пытаться их восстанавливать — техника восстановления никель-кадмиевых элементов к ним не должна применяться. Также следует покупать аккумуляторы только у проверенных производителей, чтобы не приобрести «паленые» батарейки, в которых может отсутствовать защитная плата.

Правильная эксплуатация и зарядка обеспечат то, что батарейки будут служить исправно и не потеряют своей емкости в течение долгого времени.

batteryk.com

Тяговые литиевые аккумуляторы - Мобильные Электросистемы

Литий-ионные аккумуляторы имеют чрезвычайно высокую скорость приема заряда, выдерживают большое количество циклов и длительное время работают в режиме частичного зарядки. Однако потенциал самоуничтожения у них также гораздо выше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов.

 Безопасность

Существует много способов производства литий-ионных аккумуляторов. Постоянно появляются новые материалы и химические составы для катодов, анодов и активного материала. Однако все существующие в настоящее время технологии используют легко воспламеняющийся органический электролит на основе углеводородов.

Характер электрохимических процессов в отдельных элементах литиевого аккумулятора таков, что в определенных условиях в ячейке возникает само поддерживающаяся реакция, ведущая к неконтролируемому термическому разгону. В результате температура повышается и происходит самовозгорание. Если загоревшуюся ячейку не потушить, огонь распространится на соседние элементы и вспыхнет уже весь аккумулятор

В свинцово-кислотных батареях термический разгон возникает только в результате перезарядки и прекращается после отключения источника зарядки. В литиево-ионных неконтролируемое увеличение температуры это само поддерживающийся процесс, который возникает из-за перезарядки, глубокого разряда, короткого замыкания в ячейке или нагрева аккумулятора.Установленные литий-ионные аккумуляторы с системой управления и балансировки

Другое отличие между двумя типами аккумуляторов – свойства электролита. В свинцово-кислотных батареях используется негорючий электролит на водной основе, а в литий-ионных он легко воспламеняется.

Ключевое различие между различными типами литиево-ионных аккумуляторов — температура, при которой ячейки попадают в состояние термического разгона, скорость, с которой они продолжают нагреваться и максимально достижимая ячейкой температура. Для литиевых аккумуляторов важно знать произойдет ли воспламенение ячейки, если ее температура возрастет и распространится ли огонь на весь аккумулятор.

Очевидно, что больше всего вероятность возгорания у аккумуляторов с высокой плотностью энергии. Поэтому из-за соображений безопасности на судах используют устойчивые к внешнему воздействию LiFePO4 аккумуляторы, ячейки которых не боятся перезарядки, короткого замыкания и не воспламеняются. Несмотря на то, что в определенных условиях температура LiFePO4 аккумулятора может неконтролируемо возрастать, из-за чего содержимое ячеек увеличивается в объеме и иногда разрывает корпус, самопроизвольно такие аккумуляторы не загораются. Однако горючий электролит вспыхивает, если на него попадает искра.

Управление аккумулятором и балансировка ячеек

При перезарядке литиево-ионный аккумулятор попадает в экзотермическое состояние.  Его температура быстро возрастает и достигает опасного уровня. Регулярная перезарядка изменяет структуру ячейки и вызывает самонагрев уже и при последующей нормальной зарядке. При глубоких разрядах ячейка меняет полярность и также самопроизвольно нагревается.

Для предотвращения перезарядки и глубокого разряда состояние ячеек в литий-ионных аккумуляторов выравнивают с помощью встроенной системы управления (BMS). Балансировка ячеек может быть активной или пассивной. В первом случае зарядный ток отбирается из более заряженных ячеек в ячейки с низким зарядом до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. При пассивной балансировке зарядный ток более заряженных ячеек рассеивается через резистор.

Частичный разряд

В литиево-ионных аккумуляторах напряжение ячеек остается почти постоянными до тех пор, пока разряд или зарядка полностью не завершатся. Из-за этого разница напряжений между самой заряженной и разряженной ячейками часто незначительны, хотя их реальное состоянии сильно отличается. Если аккумулятор в течение длительного периода времени эксплуатируется в состоянии частичной зарядки, ячейки разбалансируются все больше и больше, но многие системы балансировки не обнаружат этого, поскольку реагируют на разность напряжений.

В разбалансированном аккумуляторе более заряженные ячейки приблизятся к верхнему порогу напряжения тогда, когда ток еще относительно высок.

Напряжение на полностью заряженной ячейке быстро поднимется до опасного уровня, цепь балансировки сработает, но балансировочные токи окажутся больше расчётных, и схема балансировки может сгореть. Чтобы защитить аккумулятор BMS отключит его от нагрузки, но если в это время к батарее подключены работающие зарядные устройства, всплеск напряжения может вывести из строя их диоды или повредить бортовое оборудование.

При глубоком разряде разбалансированного аккумулятора одна ячейка разрядится сильнее остальных и станет небезопасной. Чтобы не допустить этого многие системы контроля литиевых аккумуляторов периодически проводят «кондиционирование», которое напоминает выравнивание аккумуляторов с жидким электролитом. В этом режиме аккумуляторы заряжаются малым током в течении нескольких часов, а если ячейки разбалансированы сильно, то процесс растягивается на несколько суток.

Независимо от способа балансировки, наилучшей является BMS, которая обеспечивает балансировку ячеек в состоянии частичного разряда без дополнительного кондиционирования аккумулятора.

Способы подключения

Электрическая система в которой пусковой и «домашний» аккумуляторы отделены друг от друга оптимальна для свинцово-кислотных аккумуляторов. Такая компоновка концентрирует энергию в одной группе аккумуляторов, увеличивает скорость приема заряда и продлевает срок службы батарей.

Схема подключения тяговых литиевых аккумуляторовСхема подключения тяговых литиевых аккумуляторов при которой каждая батарея может быть изолирована от устройства зарядки или нагрузки, при этом второй аккумулятор продолжит работу

В отличии от свинцово-кислотных у литиево-ионных аккумуляторов напряжение во время разряда поддерживается постоянным, а скорость приема заряда и количество рабочих циклов велики. Для этих аккумуляторов важнее не допустить ущерба из-за глубокого разряда или перезаряда одной или нескольких ячеек.

За состоянием ячеек следят устройства балансировки, которые при возникновении проблем отключают аккумулятор от бортовой сети. Однако мгновенное обесточивание может нанести ущерб электронному оборудованию и устройствам зарядки и привести к полному отключению энергии на лодке.

Если основная аккумуляторная батарея состоит из двух частей, связанных между собой реле и при отключении одного аккумулятора второй подключается автоматически, электросистема всегда будет иметь действующий источник энергии. Другой способ повысить надежность– подключить нагрузку и устройства зарядки одновременно к двум аккумуляторным батареям, но разделить их изолирующими реле.

Хранение литий –ионных аккумуляторов

Как и свинцово-кислотные литий-ионные аккумуляторы лучше всего хранить в прохладном месте. Высокая окружающая температура снижает срок службы аккумуляторов, независимо от того, используются они или нет. В отличие от свинцово-кислотных продолжительность жизни литий-ионных батарей возрастает, если их хранят в частично разряженном состоянии.

Во время хранения литий-ионных аккумуляторов важно не допускать паразитных нагрузок, которые могут разрядить ячейки.

На современных лодках небольшие нагрузки, например, от устройств мониторинга и контроля, присутствуют даже если главный переключатель выключен, поэтому если одна из ячеек разрядится во время хранения, весь аккумулятор станет небезопасным при последующей зарядке.

advanced-power.ru

Технологии | Литиевые аккумуляторы | Литиевые аккумуляторы: от сырья, до готовых химических источников тока.

  Литий-ионный аккумулятор - самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки, электромобили, цифровые фотоаппараты и видеокамеры. Литий - наиболее химически активный металл, он является самым легким металлом, в то же время он обладает сильно отрицательным электрохимическим потенциалом. Благодаря этому литий характеризуется наибольшей теоретической удельной электрической энергией. В литий-ионных элементах ионы лития связаны молекулами других материалов. Наиболее популярными материалами для создания данных аккумуляторов в настоящее время являются графит и литийкобальтоксид (LiCoO2). Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов заряда-разряда, Li-ion аккумуляторы наиболее предпочтительны для применения в альтернативной энергетике. Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol) сравнимы с характеристиками литий-ионных аккумуляторов. Благодаря отсутствию жидкого электролита они более безопасны в использовании, компактны и могут быть выполнены в любой конфигурации. В настоящее время большая часть литий-ионных аккумуляторов коммерческого назначения на самом деле представляет собой литий-полимерные аккумуляторы с гелиевым электролитом.

     Современные Li-Ion аккумуляторы обладают следующими характеристиками: плотность – 150-200 Втч/кг или 350-450 Втч/л, рабочее напряжение 3,6-3,7 В и диапазон рабочих температур от -20 до +50◦С. Рабочий ресурс до потери 20% ёмкости составляет 500-1000 рабочих циклов заряд/разряд. 

     Процесс производства литиевых аккумуляторов, связан с высокой активностью химикатов используемых в литиевых ячейках, аноды и катоды в них имеют похожие формы и изготавливаются схожими процессами на том же оборудовании. Эти материалы не должны быть смешаны, иначе они могут разрушить батарею. По этой причине аноды и катоды обычно производят в разных помещениях. Материалы измельчают, чтобы достичь максимальной площади поверхности электродов, что увеличивает ток ячейки.

      Рассмотрим последовательность изготовления цилиндрических Li-Ion аккумуляторов оборудованием американской фирмы “MTIcorporation”, которая уже давно зарекомендовала себя на мировом рынке как надёжный производитель и поставщик нано материалов и оборудования.

- Шаг 1: Процесс обработки сырья и покрытие электродов

Сначала в трубчатую печь OTF-1200X-4-R (рис.1)помещают активное вещество (сырьё), где оно спекается, температура может достигать 1200оС, затем происходит размалывание спеченного материала низко шумовой шаровой мельницей MSK- FM-1 (рис.2), способной размельчать различные материалы сухим и мокрым методами.                                                                                                                                                                                                                                                                                              Рисунок 1 - Трубчатая печь OTF-1200X-4-R           Рисунок 2 - Шаровая мельница MSK-SFM-1

 Максимальное увеличение площади электродов и, соответственно, повышение тока ячейки, достигается путем измельчения материала. Следующий этап - это смешивание под вакуумом до образования суспензии с помощью вакуумных миксеров MSKSFM-6 или более крупной модели MSKSFM-7 (рис.3), способных достичь наилучшей дисперсии и однородности суспензии без образования пузырьков газа. 

                                

                                           Рисунок 3 - Вакуумный миксер MSK-SFM-7 и MSK-SFM-6

 

     Затем ракельной установкой MSK-AFA-E300 (рис.4), полученную суспензию слоями наносят на токоприёмник, после чего плёнка подвергается термической обработке в печи, так как оно должно иметь не только определённый химический состав, но и влажность. Далее рулон помещается в электронный прецизионный пресс прокатки MSK-HRP-01. На лучших заводах используют полностью автоматизированную сборку, но все еще много небольших производств, где используют ручной метод сборки.

 

                                  

 

      Рисунок 4 - Ракельная установка MSK-AFA-E300;  Рисунок 5 - Прецизионный пресс MSK-HRP-01 

 

 - Шаг 2: Придание формы и подготовка к сборке

Специальной полуавтоматической установкой резки MSK-CSE-300 (рис.6), полученные заготовки разрезают на полосы, требуемых размеров, в зависимости от параметров электрода. Полосы электродов необходимо просушить, для чего используется вакуумная печь серии EQ-DZF-6050 (рис.7), рабочая температура которой, достигает 250оС.Стоит отметить, что любые неровности в нарезке могут привести к внутренним коротким замыканиям в ячейке, поэтому такие машины высокоточные и требуют профессионального обслуживания. Следующий этап: ультразвуковым сварочным аппаратом типа MSK-800 (рис.8), многослойные электроды соединяются с токосъёмниками. Обмоточная установка MSK-112A-Cylinder (рис.9), позволяет аноду и катоду придать форму аккумулятора. Далее, проходит тест на короткое замыкание и сохранность, и для удаления имеющейся влаги аккумулятор помещают в вакуумную печь.

         

Рисунок 6 - Установка резки MSK-CSE-300; Рисунок 7 - Вакуумная печь EQ-DZF-6050; Рисунок 8 - Ультразвуковой сварочный аппарат MSK-800

                                 Рисунок 9 - Обмоточная установка MSK-112A-Cylinder

 

- Шаг 3: Сборка аккумулятора пока невозможна без применения ручного труда. Но она грамотно организована: везде, где только возможно, применяется специальное оборудование и конвейера.

     Точечным сварочным аппаратом MSK-330A (рис.10)приваривается отрицательная клемма, затем пазовальным станком MSK-500 (рис.11) вокруг создаётся углубление, что в дальнейшем позволяет установить крышку аккумулятора.  

                          

Рисунок 10 - Точечный сварочный аппарат MSK-330A;   Рисунок 11 - Пазовальный станок MSK-500;

   В перчаточном боксе EQ-VGB-6 (рис.12) в корпус производят инъекцию электролита дозатором BD-10ML (рис.13). В бокс закачан инертный газ, для того, чтобы в аккумулятор не попал кислород, который может служить окислителем и тем самым вывести аккумулятор из строя в короткое время  .

                               

Рисунок 12 - Перчаточный бокс EQ-VGB-6; Рисунок 13 - Дозатор BD-10ML;

Там же происходит центровка крышки, с последующей герметизацией устройством опрессовки  MSK-510 (рис.14). Это выполняется в сухих условиях, так как электролит реагирует с водой. Вода приводит к разложению электролита и образованию токсичных газов.  Далее следует обернуть готовый аккумулятор термоусадочным ПВХ для изоляции положительной и отрицательной клемм. Когда аккумулятор собран – с помощью анализатора BST8-3 (рис.15) он должен пройти как минимум один контрольный заряд/разряд для активации рабочих материалов, преобразующий их в рабочее состояние

         

Рисунок 14 - Устройство опрессовки MSK-510; Рисунок 15 - Анализатор BST8-3;

 

- Шаг 4: Контроль качества

Последний этап – это проведение испытания на производительность аккумулятора и измерение внутреннего сопротивления.

    На протяжении всего производственного процесса необходимы жесткие допуски и строгий контроль. Загрязнения и физические повреждения на электродах особенно опасны, так как они могут привести к повреждению сепаратора, вследствие чего возникают короткие замыкания в ячейке. Наряду с контрольно-измерительной аппаратурой на самом производстве, производитель должен иметь лабораторию для полного анализа используемых материалов, а также проводить анализ отказов.

Ниже приведен список некоторого оборудования:

·  Оборудование для тестирования циклов заряд/разряд и проверки срока эксплуатации.

· Климатические камеры и вибрационные столы для исследования производительности аккумуляторов при ожидаемых условиях эксплуатации.

·   Оборудование для механического стресс-теста.

Было обнаружено, что литий-ионные аккумуляторы имеют так называемый эффект памяти, но сейчас появились литий-полимерные аккумуляторы на базе литий-ионных, в которых этот эффект памяти отсутствует.

Преимущества Li-Ion аккумуляторов:

  • Высокая энергетическая плотность (ёмкость).
  • Низкий саморазряд.
  • Не требуют обслуживания.

     Под воздействием заряда Li-ion аккумуляторы снижают ёмкость в зависимости от температурного режима. Глубокий разряд полностью выводит из строя литий-ионный аккумулятор. Оптимальные условия хранения этих аккумуляторов достигаются при 40-процентном заряде от ёмкости аккумулятора и температуре 0-10 градусов.

     Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются. Через 2 года батарея теряет около 20 % ёмкости. 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.

С первого взгляда может показаться, что процесс изготовления литиевых аккумуляторов достаточно сложный и трудоёмкий, но это не так. Благодаря новейшим технологическим разработкам, большую часть высокоточной работы выполняют машины. Для изготовления аккумуляторов не является обязательными наличия огромных производственных площадей и специализированных условий. Благодаря компактности оборудования, весь процесс может быть ограничен лабораторией, а ориентировочная стоимость необходимого комплекта технологического оборудования, составит порядка от 100 до 350 тысяч долларов США в зависимости от требуемой производительности.  

 

 

 

 

 

www.est-nano.ru

Литиевые батарейки - отличная замена щелочным и соленым аналогам

Литиевые батарейки, как следует из названия, работают на мягком щелочном металле под названием "литий". Данный природный материал является самым легким из всех известных металлов. Он легче воды, следовательно, обладает плавучестью, причем не только в водных растворах, но даже в керосине. Соответственно, литий обладает широчайшим электрохимическим потенциалом, что позволяет смело считать его наиболее активным металлом.

Литиевые батарейки

Батарейки литиевые, созданные на его основе, обладают низкими масса-габаритными показателями, а также достаточно высоким значением плотности энергии.

Основными преимуществами, которыми обладает каждая литиевая батарейка, являются:

  1. Малое значение тока самозаряда. Это позволяет увеличить срок службы в неактивном состоянии в несколько раз по сравнению с щелочными аналогами.

  2. Отсутствует необходимость периодической подпитки от внешнего источника энергии.

  3. Практически отсутствует потеря емкости при отрицательных температурах окружающей среды, что делает литиевые батарейки незаменимыми в условиях Крайнего Севера.

  4. Длительный срок эксплуатации.

  5. Малая масса.

Заводы-изготовители выпускают литиевые батарейки с различным химическим составом, что позволяет получить продукцию, ориентированную на различное рабочее напряжение, а также имеющую разную энергоемкость.

Батарейки литиевые

Наиболее распространенными являются литиевые батарейки следующих типов:

1. Li-MnO2 с номинальным напряжением 3 В. Наиболее часто встречающийся тип. Он обладает высокими показателями емкости и значительным температурным диапазоном использования. Способен отдавать ток значительной величины.

2. Li-FeS2 или литий-железодисульфидные батареи. Выпускаются на напряжение 1,5 В и представляют собой прекрасную альтернативу солевым и щелочным батарейкам. Малая величина номинального напряжения позволяет напрямую использовать их в приборах.

Преимущества данного типа батареек следующие:

А) Срок эксплуатации дольше примерно в 4 раза по сравнению со щелочными батарейками.

Б) Масса снижена на 30%.

В) Отдача большого тока.

Г) Срок хранения превышает 10 лет.

Недостаток всего один: высокая стоимость.

Литиевая батарейка

3. Li-Ion или литий-ионные батарейки. Выпускаются на диапазон номинальных напряжений от 3,5 до 4 В. В источниках питания данного типа металлический литий заменяется на его ионы, что позволяет сделать их эксплуатацию более безопасной. Подобный тип батареек обладает способностью к перезаряду, поэтому их зачастую называют аккумуляторами. Они не подвержены так называемому «эффекту памяти» и имеют высокие энергетические показатели. В неактивном режиме происходит саморазряд, который составляет около 5-ти процентов в месяц. Чувствительны к воздействию высоких температур.

Поскольку литий является активным металлом, производство литиевых батарей зачастую затруднено особыми требованиями к технике безопасности. Этот металл активно взаимодействует с водой, результатом чего является выделение водорода и щелочи. Кроме того, нельзя допускать смешения с кислородом, поскольку это может привести к взрыву.

fb.ru

Литиевые батареи для подлодок прошли испытания

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, электромобили, цифровые фотоаппараты и видеокамеры. Первый литий-ионный аккумулятор выпустила корпорация Sony в 1991 году.

Устройство

Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделённых пропитанными электролитом пористыми сепараторами. Пакет электродов помещён в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъёмникам. Корпус имеет предохранительный клапан, сбрасывающий внутреннее давление при аварийных ситуациях и нарушении условий эксплуатации. 

Литий-ионные аккумуляторы могут заряжаться меньше минуты / Фото: apploidnews.com

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, окислы и соли металлов) с образованием химической связи, например: в графит с образованием LiC6, окислы (LiMO2) и соли (LiMRON) металлов. 

Первоначально в качестве отрицательных пластин применялся металлический литий, затем — каменноугольный кокс. В дальнейшем стал применяться графит. Применение оксидов кобальта позволяет аккумуляторам работать на значительно более низких температурах, повышает количество циклов разряда/заряда одного аккумулятора. Распространение литий-феррум-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.

Все современные литий-ионные аккумуляторы снабжаются встроенной электронной схемой, которая предотвращает перезаряд и перегрев вследствие слишком интенсивного заряда / Фото: building-forum.ru

Преимущества

  • Высокая энергетическая плотность (ёмкость). 
  • Низкий саморазряд. 
  • Не требуют обслуживания. 

Недостатки

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. 

Эту проблему удалось окончательно решить 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 литий-ионные аккумуляторы снабжаются встроенной электронной схемой, которая предотвращает перезаряд и перегрев вследствие слишком интенсивного заряда.

www.arms-expo.ru

Литий-ионная аккумуляторная батарея Sacred Sun

Литиевые аккумуляторы

Накопление и хранение электрической энергии становится все более актуальным в современной жизни. И производители аккумуляторов постоянно усовершенствуют свою продукцию, чтобы увеличить мощность, срок службы и в целом улучшить процесс применения.

Литий-ионная аккумуляторная батарея относится к наиболее распространенным источникам питания для работ в автономном режиме. Это самый популярный тип батарей, который успешно применяют в бытовой технике, ноутбуках, фотоаппаратах, видеокамерах, а также в электромобилях и системах уличного освещения. Первый литиево ионный аккумулятор был произведен в 1991 году. С тех пор этот источник питания во многом усовершенствован, сохраняя свои основные принципы и преимущества.

Преимущества литиевой аккумуляторной батареи

Литий-ионная аккумуляторная батареяЛитиевая аккумуляторная батарея имеет ряд достоинств:

  • Высокую емкость.
  • Принцип работы не требует обслуживания батареи.
  • Низкий саморазряд обеспечивает способность длительно поставлять резервное питание.

Основные характеристики литиевых батарей зависят от химических составляющих компонентов, их которых они изготовлены. Главные показатели это:

  • Напряжение ед. элемента (min 2.5-3.0 В, max. - 4,23 В).
  • Диапазон рабочих температур ( от -20 до +60°C). Самой оптимальной для более длительного обеспечения резервного питания считается температура +20°C.
  • Внутреннее сопротивление может колебаться от 5 до 15 мОм/А ? ч.
  • Количество циклов (разряд/заряд) – 600 (до достижения 80% емкости).
  • Быстрый заряд по времени от 15 мин до 1 часа.
  • Саморазрядка при комнатной температуре до 3 % за тридцать дней.

Китайские литиевые аккумуляторы компании Sacred Sun предлагаются для практически всех сфер их возможного применения.

Аккумуляторы связи

Этот тип отличается длительным сроком службы, отличной безопасностью, широким диапазоном рабочей температуры, высокой плотностью энергии. Дополнительно снабжаются функцией связи. Это позволяет добиться удаленного регулирования, телеметрии и дистанционной коммуникации.

Основные параметры литиевых аккумуляторов связи:

  • Номинальное напряжение – 48 В.
  • Номинальная мощность от 10 до 500 Ач.
  • Рабочая температура от -20 до + 55°C.

Батареи для устройств накапливания энергии

Это промышленные литиевые аккумуляторы, которые отличаются особенно высокой плотностью энергии. Преимущество – установка и ввод в эксплуатацию в сжатые сроки. Благодаря функции связи, можно организовать мониторинг в реальном времени. Назначение - для аварийного питания, ветряной и солнечной энергии.

Основные параметры:

  • Номинальное напряжение – 600 В.
  • Номинальная мощность 800 Ач.
  • Рабочая температура от -20 до + 55°C.

Аккумуляторные батареи для электромобилей

Литиевая аккумуляторная батареяОбладают основными преимуществами этого вида. Такими как хорошая безопасность, длительность эксплуатации, высокая плотность энергии и широкий диапазон температуры. Используют для гольф автомобилей и других типов электромобилей.

Основные параметры:

  • Номинальное напряжение – 24/37/48 В.
  • Номинальная мощность 10-24 Ач.
  • Рабочая температура от -10 до + 55°C.

Другие литиевые аккумуляторы

Этот тип используется для портативных систем связи, а также источников бесперебойного питания. Некоторые батареи возможно настроить по требованиям заказчиков.

Для упрощения обслуживания, выбора аккумулятора и его последующей правильной эксплуатации, обязательно обращайте внимание на маркировку. Специалисты компании Sacred Sun помогут сделать разумный выбор и предложат качественную продукцию по оптимальной цене.

sacred-sun.com

Преимущества и недостатки литиевых аккумуляторных батареек

Профессионалы в один голос твердят, что уже в ближайшее время большинство литий-ионных аккумуляторных батареек будет заменено новыми литий-полимерными моделями и стандартами. И даже если большая часть потребителей не заметит разницу между работоспособностью этих видов аккумуляторов, данное новшество просто обязано отразиться в цене.

Для тех пользователей, которые совершенно не вникают в тип используемого аккумулятора, но периодически сталкиваются с необходимостью выбора при его покупке в магазине или на рынке, необходимо подчеркнуть преимущества и недостатки различных аккумуляторных батарей. Таким образом, ознакомившись с материалом статьи, уже можно сделать правильный выбор при покупке новой батареи, например, для ноутбука или планшета.

Плюсы и минусы аккумуляторных батареек

1. Наиболее распространенным классом портативных аккумуляторов сегодня являются литий-ионные модели, применяемые практически в любой портативной и переносной технике.

2. Литий-ионный аккумулятор (батарейка) прост, практичен, долговечен, удобен в эксплуатации, имеет большую плотность энергии, малый разряд при хранении, устраивает пользователя по рабочим характеристикам. При этом злополучный «эффект памяти» в литий-ионном аккумуляторе отсутствует.

3. Литий-ионные аккумуляторы при выходе из строя контроллеров и их перезаряде практически сразу разогреваются и разрушаются.

4. Неаккуратная транспортировка литиевого аккумулятора в кармане, короткое замыкание контактов, глубокий разряд, — все это в значительной мере уменьшает срок службы батареи.

5. Для длительного хранения литий-ионный аккумулятор рекомендуют подзарядить/разрядить до 40-50% его емкости, сберегая при температуре воздуха плюс 5 градусов Цельсия (в шкафу, кладовой, ящике стола).

6. Пониженная температура окружающей среды может навредить аккумулятору. По этой причине литий-ионная модель не может считаться универсальной для всех случаев. И это весомый недостаток.

7. Литий-ионный и литий-полимерный аккумулятор имеет схожую структуру, хотя последний выгодно отличается улучшенными параметрами конструкции. Наличие в составе батарейки полимера (заменяет электролит) и литий-проводящего наполнителя в некоторой степени повышает параметры и срок службы батарейки, делая ее (ко всему прочему) более экологичной. 8. Литиевые аккумуляторы, как уже не раз отмечалось на сайте http://батарейку.рф, обладают малым саморазрядом и малой толщиной, продаются в заряженном виде. Притом что плотность энергии в такой конструкции очень высока, емкость батарейки может существенно превосходить показатели NiCd или NiMH элементов (даже при аналогичных размерах и форме).

9. Количество циклов «разряд/заряд» для литиевых батареек колеблется в пределах 500-1000 циклов, что несколько уступает данным никелевых аккумуляторов. С другой стороны, меньшее количество циклов обеспечивает лучшую работоспособность и эффективность.

10. Еще одним недостатком литий-ионного и литий-полимерного источника тока можно назвать повышенную пожароопасность. В случае перезаряда элемента, он начинает сильно разогреваться, что может привести к возгораниям.

С другой стороны, качественная контрольная и защитная система нового литиевого аккумулятора (если она действительно качественна и надежна) никогда не допустит перезаряда, автоматически ограничив подачу тока на элемент.

xn--80aabsug3boo.xn--p1ai