U modernim mobilnim telefonima, laptopima, tabletima koriste se litijum-jonske baterije. Postepeno su zamijenili alkalne baterije sa tržišta prijenosne elektronike. Ranije su svi ovi uređaji koristili nikl-kadmijum i nikl-metal hidridne baterije. Ali njihovi dani su prošli jer Li─Ion baterije imaju bolje performanse. Istina, oni ne mogu zamijeniti alkalne u svakom pogledu. Njima su, na primjer, nedostižne struje koje nikl-kadmijumske baterije mogu pustiti. Ovo nije kritično za napajanje pametnih telefona i tableta. Međutim, u području prijenosnih električnih alata koji troše veliku struju, još uvijek se koriste alkalne baterije. Međutim, nastavlja se rad na razvoju baterija velike struje pražnjenja bez kadmija. Danas ćemo govoriti o litijum-jonskim baterijama, njihovoj strukturi, radu i perspektivama razvoja.

Prve baterije sa litijumskom anodom proizvedene su sedamdesetih godina prošlog veka. Imali su visok specifični energetski intenzitet, što ih je odmah učinilo traženim. Stručnjaci su dugo nastojali razviti izvor alkalnih metala koji ima visoku aktivnost. Kao rezultat, postignut je visok napon ove vrste baterija i specifična energija. Istovremeno, sam razvoj dizajna takvih elemenata obavljen je prilično brzo, ali je njihova praktična upotreba izazvala poteškoće. S njima su se izborili tek 90-ih godina prošlog vijeka.

Tokom ovih 20 godina, istraživači su došli do zaključka da je litijumska elektroda glavni problem. Ovaj metal je veoma aktivan i tokom rada je došlo do brojnih procesa koji su na kraju doveli do paljenja. Ovo je postalo poznato kao ventilacija plamena. Zbog toga su početkom 90-ih proizvođači bili primorani povući baterije puštene za mobilne telefone.

To se dogodilo nakon niza nesreća. U trenutku razgovora, struja potrošena iz baterije je dostigla svoj maksimum i ventilacija je počela emitovanjem plamena. Kao rezultat toga, bilo je mnogo slučajeva opekotina lica od strane korisnika. Stoga su naučnici morali poboljšati dizajn litijum-jonskih baterija.

Metalni litijum je izuzetno nestabilan, posebno tokom punjenja i pražnjenja. Stoga su istraživači počeli da stvaraju litijumsku bateriju za skladištenje bez upotrebe litijuma. Počeli su da se koriste joni ovog alkalnog metala. Odatle dolazi njihovo ime.

Litijum-jonske baterije imaju nižu specifičnu energiju od. Ali oni su sigurni ako se poštuju standardi punjenja i pražnjenja.

Reakcije se odvijaju u Li─Ion bateriji

Proboj u pravcu uvođenja litijum-jonskih baterija u potrošačku elektroniku bio je razvoj baterija, u kojima je negativna elektroda bila napravljena od ugljičnog materijala. Kristalna rešetka ugljika je vrlo pogodna kao matrica za interkalaciju litijum jona. Da bi se povećao napon baterije, pozitivna elektroda je napravljena od kobalt oksida. Potencijal livenog kobalt oksida je približno 4 volta.

Većina litijum-jonskih baterija ima radni napon od 3 volta ili više. Tokom pražnjenja na minus elektrodi, litijum se deinterkalira iz ugljenika i interkalira u kobaltov oksid plus elektrode. U procesu punjenja, procesi se odvijaju obrnuto. Ispostavilo se da u sistemu nema metalnog litijuma, već rade njegovi joni koji se kreću od jedne do druge elektrode stvarajući električnu struju.

Negativne reakcije elektrode

Sve trenutne komercijalne litijum-jonske baterije imaju ugljičnu negativnu elektrodu. Složeni proces interkalacije litijuma u ugljik uvelike ovisi o prirodi ovog materijala, kao i elektrolitskoj tvari. Ugljična matrica na anodi ima slojevitu strukturu. Struktura može biti naručena (prirodni ili sintetički grafit) ili djelomično naručena (koks, čađ, itd.).

Tokom interkalacije, joni litijuma razdvajaju slojeve ugljenika, prodirući između njih. Dobijaju se različiti interkalati. Tokom interkalacije i deinterkalacije, specifični volumen karbonske matrice se neznatno mijenja. U negativnoj elektrodi, osim ugljičnog materijala, mogu se koristiti srebro, kositar i njihove legure. Također pokušavaju koristiti kompozitne materijale sa silicijumom, kalajnim sulfidima, spojevima kobalta itd.

Pozitivne reakcije elektrode

Primarne litijumske ćelije (baterije) često koriste različite materijale za izradu pozitivne elektrode. To se ne može učiniti u baterijama i izbor materijala je ograničen. Stoga je pozitivna elektroda Li─Ion baterije napravljena od litizovanog nikl ili kobalt oksida. Mogu se koristiti i litijum-mangan spineli.

Trenutno su u toku istraživanja materijala napravljenih od miješanih fosfata ili oksida za katodu. Kao što su stručnjaci uspjeli dokazati, takvi materijali poboljšavaju električne karakteristike litijum-jonskih baterija. Razvijaju se i metode za nanošenje oksida na površinu katode.

Reakcije koje se odvijaju u litij-ionskoj bateriji kada se napune mogu se opisati sljedećim jednadžbama:

pozitivna elektroda

LiCoO 2 → Li 1-x CoO 2 + xLi + + xe -

negativna elektroda

S + xLi + + xe - → CLi x

Tokom procesa pražnjenja, reakcije idu u suprotnom smjeru.

Slika ispod šematski prikazuje procese koji se odvijaju u litijum-jonskoj bateriji tokom punjenja i pražnjenja.

Uređaj za litijum-jonsku bateriju

Prema svom dizajnu, Li─Ion akumulatori se izrađuju u cilindričnom i prizmatičnom dizajnu. Cilindrični dizajn je rola elektroda sa separatorom za odvajanje elektroda. Ova rolna se nalazi u aluminijumskom ili čeličnom kućištu. Na njega je spojena negativna elektroda.

Pozitivni kontakt se izvodi u obliku kontaktne pločice na kraju baterije.

Li─Ion baterije prizmatičnog dizajna izrađuju se slaganjem pravokutnih ploča jedna na drugu. Takve baterije omogućavaju da ambalaža bude gušća. Poteškoća leži u održavanju tlačne sile na elektrodama. Postoje prizmatične baterije sa rolni sklopom elektroda uvijenih u spiralu.

Svaka litijum-jonska baterija dizajnirana je sa mjerama koje osiguravaju siguran rad. Prije svega, to se tiče sprječavanja zagrijavanja i paljenja. Ispod poklopca baterije ugrađen je mehanizam koji povećava otpor baterije kako se povećava temperaturni koeficijent. Kada pritisak unutar baterije poraste iznad dozvoljene granice, mehanizam razbija pozitivni terminal i katodu.

Osim toga, za povećanje sigurnosti rada u Li-Ion baterijama, obavezna je elektronska ploča. Njegova svrha je kontrola procesa punjenja i pražnjenja, sprječavanje pregrijavanja i kratkih spojeva.

Danas je u proizvodnji mnogo prizmatičnih litijum-jonskih baterija. Koriste se u pametnim telefonima i tabletima. Dizajn prizmatičnih baterija se često može razlikovati od proizvođača do proizvođača, jer ne postoji jedinstvena standardizacija. Elektrode suprotnog polariteta razdvojene su separatorom. Za njegovu proizvodnju koristi se porozni polipropilen.

Dizajn Li-Ion i drugih tipova litijumskih baterija je uvek zapečaćen. Ovo je obavezan zahtjev, jer curenje elektrolita nije dozvoljeno. Ako iscuri, elektronika će se oštetiti. Osim toga, zatvoreni dizajn sprječava ulazak vode i kisika u bateriju. Ako uđu unutra, uništit će bateriju kao rezultat reakcije s elektrolitom i elektrodama. Proizvodnja komponenti za litijumske baterije i njihova montaža vrši se u posebnim suvim kutijama u atmosferi argona. U ovom slučaju se koriste složene tehnike zavarivanja, brtvljenja itd.

Što se tiče količine aktivne mase Li-Ion baterije, proizvođači uvijek traže kompromis. Moraju postići maksimalan kapacitet i osigurati siguran rad. Za osnovu se uzima stav:

A o / A n = 1.1, gdje je

I oko - aktivna masa negativne elektrode;

A p je aktivna masa pozitivne elektrode.

Ova ravnoteža sprečava stvaranje litijuma (čistog metala) i isključuje požar.

Parametri Li-Ion baterije

Litijum-jonske baterije koje se danas proizvode imaju visok specifični energetski kapacitet i radni napon. Potonji je u većini slučajeva između 3,5 i 3,7 volti. Potrošnja energije kreće se od 100 do 180 vat-sati po kilogramu ili od 250 do 400 po litru. Prije nekog vremena proizvođači nisu mogli proizvoditi baterije kapaciteta većeg od nekoliko amper-sati. Sada su otklonjeni problemi koji koče razvoj u ovom pravcu. Tako su se u prodaji počele naći litijumske baterije kapaciteta nekoliko stotina amper-sati.

Struja pražnjenja modernih Li─Ion baterija kreće se od 2C do 20C. Rade u rasponu temperatura okoline od -20 do +60 Celzijusa. Postoje modeli koji rade na -40 Celzijusa. Ali odmah treba reći da na niskim temperaturama rade posebne serije baterija. Konvencionalne litijum-jonske baterije za mobilne telefone postaju neupotrebljive na niskim temperaturama.

Samopražnjenje ove vrste baterija je 4-6 posto tokom prvog mjeseca. Zatim se smanjuje i iznosi postotak godišnje. To je znatno manje od nikl-kadmijum i nikl-metal hidridnih baterija. Vijek trajanja je otprilike 400-500 ciklusa punjenja-pražnjenja.

Sada razgovarajmo o karakteristikama rada litijum-jonskih baterija.

Korištenje litijum-jonskih baterija

Punjenje Li─Ion baterija

Punjenje litijum-jonskih baterija se obično kombinuje. Prvo se pune konstantnom strujom od 0,2-1C dok ne dobiju napon od 4,1-4,2 volta. Zatim se punjenje vrši konstantnim naponom. Prva faza traje oko sat vremena, a druga oko dva. Pulsni način rada se koristi za brže punjenje baterije. U početku su se proizvodile Li─Ion baterije sa grafitom i za njih je postavljeno ograničenje napona od 4,1 volta za jednu konzervu. Činjenica je da su pri većem naponu u ćeliji počele nuspojave koje skraćuju vijek trajanja ovih baterija.

Postepeno su ovi nedostaci otklonjeni dopiranjem grafita raznim aditivima. Moderne litijum-jonske ćelije mogu se lako puniti do 4,2 volta. Greška je 0,05 volti po ćeliji. Postoje grupe Li─Ion baterija za vojnu i industrijsku primjenu gdje je potrebna povećana pouzdanost i dug vijek trajanja. Za takve baterije, maksimalni napon po ćeliji je 3,90 volti. Imaju nešto manju gustoću energije, ali produženi vijek trajanja.

Ako punite litijum-jonsku bateriju strujom od 1C, tada će vrijeme za puni set kapaciteta biti 2─3 sata. Baterija se smatra potpuno napunjenom kada napon poraste do maksimuma, a struja se smanji na 3 posto vrijednosti na početku procesa punjenja. To se može vidjeti na grafikonu ispod.

Grafikon ispod prikazuje faze punjenja Li─Ion baterije.

Proces punjenja se sastoji od sljedećih koraka:

• Faza 1. U ovoj fazi, maksimalna struja punjenja teče kroz bateriju. Nastavlja se sve dok se ne dostigne granični napon;
• Faza 2. Sa konstantnim naponom na bateriji, struja punjenja se postepeno smanjuje. Ova faza se zaustavlja kada se struja smanji na 3 posto početne vrijednosti;
• Faza 3. Ako se baterija stavi u skladište, tada u ovoj fazi postoji periodično punjenje kako bi se nadoknadilo samopražnjenje. Radi se otprilike svakih 500 sati.
  Iz prakse je poznato da povećanje struje punjenja ne skraćuje vrijeme punjenja baterije. Kako struja raste, napon raste brže do granične vrijednosti. Ali tada druga faza punjenja traje duže. Neki punjači (punjači) mogu napuniti Li─Ion bateriju za sat vremena. Kod ovakvih punjača druga faza je odsutna, ali u stvarnosti je baterija u ovom trenutku napunjena oko 70 posto.

Što se tiče punjenja, ono nije primjenjivo na litijum-jonske baterije. To je zato što ova vrsta baterije ne može apsorbirati višak energije prilikom punjenja. Mlazno punjenje može dovesti do prijelaza nekih od litijum jona u metalno stanje (valencija 0).

Kratko punjenje dobro kompenzira samopražnjenje i gubitak električne energije. Treća faza se može puniti svakih 500 sati. U pravilu se izvodi kada napon baterije padne na 4,05 volti po ćeliji. Punjenje se vrši sve dok napon ne poraste na 4,2 volta.

Vrijedi napomenuti slabu otpornost litijum-jonskih baterija na prekomjerno punjenje. Kao rezultat dovoda viška naboja na karbonsku matricu (minus elektroda), može početi taloženje metalnog litija. Ima vrlo visoku hemijsku aktivnost i u interakciji je sa elektrolitom. Kao rezultat toga, oslobađanje kisika počinje na katodi, što prijeti povećanjem tlaka u tijelu i smanjenjem tlaka. Stoga, ako punite Li─Ion ćeliju zaobilazeći kontroler, ne dozvolite da napon poraste kada punite više od onoga što proizvođač baterije preporučuje. Kontinuirano punjenje baterije će skratiti njen vijek trajanja.

Proizvođači obraćaju ozbiljnu pažnju na sigurnost Li-Ion baterija. Punjenje prestaje kada napon poraste iznad dozvoljenog nivoa. Također je instaliran mehanizam za isključivanje punjenja kada temperatura baterije poraste iznad 90 Celzijusa. Neki moderni modeli baterija imaju u svom dizajnu prekidač mehaničkog tipa. Aktivira se kada pritisak unutar kućišta baterije poraste. Mehanizam za kontrolu napona elektronske ploče odspaja staklenku od vanjskog svijeta za minimalni i maksimalni napon.

Postoje litijum-jonske baterije bez zaštite. Ovo su modeli koji sadrže mangan. Ovaj element, kada je previše napunjen, pomaže u inhibiciji metalizacije litijuma i evolucije kisika. Stoga u takvim baterijama zaštita postaje nepotrebna.

Karakteristike skladištenja i pražnjenja litijum ─ jonskih baterija

Litijumske baterije se dosta dobro čuvaju i samopražnjenje godišnje je samo 10-20%, u zavisnosti od uslova skladištenja. Ali u isto vrijeme, degradacija ćelija baterije se nastavlja čak i ako se ne koristi. Općenito, svi električni parametri litijum-jonske baterije mogu se razlikovati za svaki pojedinačni slučaj.

Na primjer, napon pražnjenja se mijenja u zavisnosti od stanja napunjenosti, struje, temperature okoline, itd. Na vijek trajanja baterije utiču struje i načini ciklusa pražnjenje-punjenje, temperatura. Jedan od glavnih nedostataka Li-Ion baterija je njihova osjetljivost na način punjenja-pražnjenja, zbog čega pružaju mnogo različitih vrsta zaštite.

Donji grafikoni pokazuju karakteristike pražnjenja litijum-jonskih baterija. Razmatrali su zavisnost napona od struje pražnjenja i temperature okoline.

Kao što vidite, s povećanjem struje pražnjenja, pad kapaciteta je beznačajan. Ali u isto vrijeme, radni napon je primjetno smanjen. Slična slika se opaža i na temperaturama ispod 10 stepeni Celzijusa. Također je vrijedno napomenuti početni pad napona baterije.

U savremenim mobilnim telefonima, fotoaparatima i drugim uređajima najčešće se koriste litijum-jonske baterije koje zamenjuju alkalne i nikl-kadmijum baterije koje po mnogo čemu nadmašuju. Po prvi put, baterije sa litijumskom anodom pojavile su se 70-ih godina prošlog veka i odmah postale veoma popularne zbog visokog napona i energetskog intenziteta.

Istorija izgleda

Razvoj je bio kratkog daha, ali su se na praktičnom nivou pojavile poteškoće koje su rešene tek 90-ih godina prošlog veka. Zbog visoke aktivnosti litijuma, unutar elementa su se odvijali hemijski procesi koji su doveli do sagorevanja.

Početkom 90-ih dogodio se niz nesreća – korisnici telefona su prilikom razgovora zadobili teške opekotine kao rezultat spontanog zapaljenja elemenata, a potom i samih komunikacionih uređaja. S tim u vezi, baterije su u potpunosti ukinute, a prethodno puštene baterije vraćene iz prodaje.

U modernim litijum-jonskim baterijama se ne koristi čisti metal, već samo njegova jonizovana jedinjenja, jer su stabilnija. Nažalost, naučnici su morali ići na značajno smanjenje kapaciteta baterije, ali su uspjeli postići glavno - ljudi više nisu patili od opekotina.

Utvrđeno je da je kristalna rešetka različitih ugljičnih spojeva pogodna za interkalaciju litijevih jona na negativnoj elektrodi. Prilikom punjenja prelaze sa anode na katodu, a prilikom pražnjenja, obrnuto.

Princip rada i sorte

U svakoj litijum-jonskoj bateriji negativna elektroda je bazirana na supstancama koje sadrže ugljik, čija se struktura može naručiti ili djelomično naručiti. Proces interkalacije Li u C mijenja se ovisno o materijalu.Pozitivna elektroda je uglavnom izrađena od oksida nikla ili kobalta.

Sumirajući sve reakcije, one se mogu predstaviti u sljedećim jednadžbama:

1. LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi + + xe - za katodu.
2. S + xLi + + xe → CLix - za anodu.

Jednačine su predstavljene za slučaj pražnjenja; kada su napunjene, one teku u suprotnom smjeru. Naučnici provode istraživanja na novim materijalima koji se sastoje od miješanih fosfata i oksida. Planirano je da se ovi materijali koriste za katodu.

Postoje dvije vrste Li-Ion baterija:

1. cilindrični;
2. prizmatični.

Glavna razlika je raspored ploča (u prizmatičnom - jedna na drugu). Veličina litijumske baterije zavisi od toga. Prizmatični su po pravilu gušći i kompaktniji.

Osim toga, unutra se nalazi sigurnosni sistem - mehanizam koji povećava otpor kada temperatura poraste i prekida anodno-katodni krug pri povećanom pritisku. Zahvaljujući elektronskoj ploči postaje nemoguće doći do kratkog spoja, jer ona kontrolira procese unutar baterije.

Elektrode suprotnog polariteta razdvojene su separatorom. Kućište mora biti zapečaćeno, curenje elektrolita ili ulazak vode i kiseonika će uništiti i bateriju i sam elektronski uređaj.

Različiti proizvođači imaju litijumsku bateriju mogu izgledati potpuno drugačije, nema ujednačenog oblika proizvoda. Omjer aktivnih masa anode i katode trebao bi biti približno 1: 1, inače je moguće stvaranje metala litija, što će dovesti do požara.

Prednosti i nedostaci

Baterije imaju odlične performanse koje se razlikuju od proizvođača do proizvođača. Nominalni napon je 3,7-3,8 V sa maksimalno 4,4 V. Gustoća energije (jedan od glavnih pokazatelja) je 110-230 W * h / kg.

Unutrašnji otpor je 5 do 15 mΩ / 1Ah. Vijek trajanja u smislu broja ciklusa (pražnjenje/punjenje) je 1000-5000 jedinica. Vrijeme za brzo punjenje je 15-60 minuta. Jedna od najznačajnijih prednosti je spor proces samopražnjenja (samo 10-20% godišnje, od čega 3-6% za prvi mjesec). Raspon radne temperature je 0 C - +65 C, na temperaturama ispod nule punjenje je nemoguće.

Punjenje se odvija u nekoliko faza:

1. do određene tačke teče maksimalna struja punjenja;
2. nakon postizanja radnih parametara, struja se postepeno smanjuje na 3% od maksimalne vrijednosti.

Tokom skladištenja otprilike svakih 500 sati, potrebno je periodično punjenje kako bi se nadoknadilo samopražnjenje. Kada se prepuni, može se taložiti metalni litijum, koji u interakciji sa elektrolitom stvara kiseonik. Ovo povećava rizik od curenja zbog povećanog unutrašnjeg pritiska.

Često punjenje značajno će smanjiti vijek trajanja baterije. Osim toga, utiče na okolinu, temperatura, struja itd.

Element ima nedostatke, među kojima se razlikuju sljedeće:

Radni uslovi

Najbolje je čuvati bateriju pod sljedećim uvjetima: Napunjenost treba biti najmanje 40%, a temperatura ne smije biti niska ili visoka. Najbolja opcija je raspon od 0C do +10C. Obično se za 2 godine izgubi oko 4% kapaciteta, zbog čega se ne preporučuje kupovina baterija sa ranijim datumima proizvodnje.

Naučnici su izmislili način da produže rok trajanja. U elektrolit se dodaje odgovarajući konzervans. Međutim, takve baterije treba "obučiti" u obliku 2-3 puna ciklusa pražnjenja/punjenja kako bi kasnije mogle normalno raditi. U suprotnom može doći do "efekta pamćenja" i naknadnog oticanja cijele strukture. Uz pravilnu upotrebu i pridržavanje svih standarda skladištenja, baterija može služiti dugo vremena, a njen kapacitet ostaje na visokom nivou.

Litijum-jonske baterije nisu tako izbirljive kao njihove nikl-metal hidridne kolege, ali ipak zahtijevaju određeno održavanje. Pridržavajući se pet jednostavnih pravila, ne samo da možete produžiti životni ciklus litijum-jonskih punjivih baterija, već i povećati vrijeme rada mobilnih uređaja bez ponovnog punjenja.

Nemojte dozvoliti potpuno pražnjenje. Litijum-jonske baterije nemaju takozvani memorijski efekat, pa se mogu i, osim toga, moraju puniti bez čekanja da se isprazne do nule. Mnogi proizvođači računaju vijek trajanja litijum-jonske baterije kao broj ciklusa punog pražnjenja (do 0%). Za kvalitetne baterije, ovo je 400-600 ciklusa... Da biste produžili vijek trajanja svoje litijum-jonske baterije, češće punite telefon. Optimalno, čim napunjenost baterije padne ispod granice od 10-20 posto, možete staviti telefon na punjenje. Ovo će povećati broj ciklusa pražnjenja na 1000-1100 .
Stručnjaci opisuju ovaj proces indikatorom kao što je dubina pražnjenja. Ako je vaš telefon ispražnjen do 20%, tada je dubina pražnjenja 80%. Tabela ispod pokazuje odnos između broja ciklusa pražnjenja litijum-jonske baterije i dubine pražnjenja:

Otpuštanje svaka 3 mjeseca. Dugotrajno puno punjenje jednako je štetno za litijum-jonske baterije kao i stalno pražnjenje do nule.
Zbog izuzetno nestabilnog procesa punjenja (telefon često punimo po potrebi, a tamo gdje radi, sa USB-a, iz utičnice, iz eksterne baterije itd.), stručnjaci preporučuju potpuno pražnjenje baterije jednom svaka 3 mjeseca, a zatim punjenje na 100% i držanje napunjenog 8-12 sati. Ovo pomaže da se resetuju takozvane oznake visoke i niske napunjenosti baterije. Možete pročitati više o tome.

Skladište djelimično napunjeno... Najbolji uvjet za dugotrajno skladištenje litijum-jonske baterije je između 30 i 50 posto napunjenosti na 15 °C. Ako se baterija ostavi potpuno napunjena, njen kapacitet će se vremenom značajno smanjiti. Ali baterija, koja je dugo skupljala prašinu na polici ispražnjena na nulu, najvjerovatnije više nije podstanar - vrijeme je da je pošaljete na reciklažu.
Tabela u nastavku pokazuje koliki kapacitet ostaje u litijum-jonskoj bateriji u zavisnosti od temperature skladištenja i nivoa napunjenosti kada se čuva 1 godinu.

Koristite originalni punjač. Malo ljudi zna da se u većini slučajeva punjač ugrađuje direktno u mobilne uređaje, a eksterni adapter samo snižava napon i ispravlja struju kućnog napajanja, odnosno ne utiče direktno na bateriju. Neki uređaji, poput digitalnih fotoaparata, nemaju ugrađeni punjač, ​​pa se njihove litijum-jonske baterije ubacuju u eksterni „punjač“. Ovdje korištenje eksternog punjača upitnog kvaliteta umjesto originalnog može negativno utjecati na performanse baterije.

Nemojte pregrijati. Pa, najgori neprijatelj litijum-jonskih baterija je visoka temperatura – one uopšte ne podnose pregrijavanje. Stoga ne izlažite mobilne uređaje direktnoj sunčevoj svjetlosti niti ih ostavljajte u neposrednoj blizini izvora topline kao što su električni grijači. Maksimalne dozvoljene temperature na kojima se mogu koristiti litijum-jonske baterije: od –40°C do +50°C

Takođe, možete videti

Koja je rasprostranjena u modernoj kućnoj elektronskoj opremi i nalazi svoju primenu kao izvor energije u električnim vozilima i sistemima za skladištenje energije u energetskim sistemima. To je najpopularniji tip baterija u uređajima kao što su mobilni telefoni, laptopi, električna vozila, digitalni fotoaparati i kamkorderi. Prvu litijum-jonsku bateriju objavila je Sony Corporation 1991. godine.

Specifikacije

Litijum-jonske baterije pokazuju sledeće karakteristike, u zavisnosti od elektrohemijske šeme:

• Napon jedne ćelije je 3,6 V.
• Maksimalni napon 4,2 V, minimalni 2,5-3,0 V. Punjači održavaju napon u rasponu od 4,05-4,2 V
• Gustoća energije: 110 ... 230 W * h / kg
• Unutrašnji otpor: 5 ... 15 mOhm / 1Ah
• Broj ciklusa punjenja/pražnjenja do gubitka kapaciteta od 20%: 1000-5000
• Brzo vrijeme punjenja: 15 min - 1 sat
• Samopražnjenje na sobnoj temperaturi: 3% mjesečno
• Struja opterećenja u odnosu na kapacitet (C):
  • konstantna - do 65C, pulsna - do 500C
  • najprihvatljivije: do 1C
• Raspon radne temperature: -0 ... +60 °C (punjenje baterije nije moguće na negativnim temperaturama)

Uređaj

Litijum-jonska baterija se sastoji od elektroda (katodni materijal na aluminijskoj foliji i anodni materijal na bakrenoj foliji) razdvojenih poroznim separatorima impregniranim elektrolitom. Paket elektroda je smješten u zatvorenom kućištu, katode i anode su spojene na terminale strujnog kolektora. Telo ima sigurnosni ventil koji smanjuje unutrašnji pritisak u slučaju nužde i kršenja uslova rada. Litijum-jonske baterije se razlikuju po vrsti katodnog materijala koji se koristi. Nositelj struje u litijum-jonskoj bateriji je pozitivno nabijeni litijum-jon, koji ima sposobnost da se ugradi (interkalira) u kristalnu rešetku drugih materijala (na primjer, grafita, oksida i metalnih soli) uz stvaranje hemijska veza, na primer: u grafit sa stvaranjem LiC6, oksida (LiMO 2) i soli metala (LiM RON). U početku se kao negativne ploče koristio metalni litijum, zatim ugljeni koks. U budućnosti se počeo koristiti grafit. Donedavno su se kao pozitivne ploče koristili litijum oksidi sa kobaltom ili manganom, ali ih sve više zamjenjuje litij fero-fosfat, koji se pokazao sigurnim, jeftinim i netoksičnim te se može reciklirati na ekološki prihvatljiv način. Litijum-jonske baterije se koriste u kombinaciji sa sistemom upravljanja i upravljanja - BMS ili BMS (battery management system) i posebnim uređajem za punjenje/pražnjenje. Trenutno se u masovnoj proizvodnji litijum-jonskih baterija koriste tri klase katodnih materijala: - litijum kobaltat LiCoO 2 i čvrsti rastvori na bazi izostrukturnog litijum nikelata - litijum mangan spinel LiMn 2 O 4 - litijum ferofosfat LiFePO 4. Elektrohemijske šeme litijum-jonskih baterija: litijum-kobalt LiCoO2 + 6xC → Li1-xCoO2 + xLi + C6 litijum-fero-fosfat LiFePO4 + 6xC → Li1-xFePO4 + xLi + C6

Zbog niskog samopražnjenja i velikog broja ciklusa punjenja-pražnjenja, Li-ion baterije su najpoželjnije za korištenje u alternativnoj energiji. Štaviše, pored BMS sistema (IMS), opremljeni su inverterima (konverterima napona).

Prednosti

• Visoka gustina energije.
• Nisko samopražnjenje.
• Nedostatak memorijskog efekta.
• Bez održavanja.

Nedostaci

Li-jonske baterije prve generacije bile su izložene eksplozivnim efektima. To je bilo zbog činjenice da su koristili metalnu litij anodu, na kojoj su se u procesu višestrukih ciklusa punjenja / pražnjenja pojavile prostorne formacije (dendriti), što je dovelo do zatvaranja elektroda i, kao rezultat, požara ili eksplozije. . Ovaj problem je konačno riješen zamjenom materijala anode grafitom. Slični procesi su se odvijali i na katodama litijum-jonskih baterija na bazi kobalt oksida kada su narušeni uslovi rada (prepunjenje). Litijum-fero-fosfatne baterije su potpuno lišene ovih nedostataka. Osim toga, sve moderne litijum-jonske baterije imaju ugrađena elektronska kola za sprječavanje prekomjernog punjenja i pregrijavanja zbog prekomjernog punjenja.

Li-ion baterije sa nekontrolisanim pražnjenjem mogu imati kraći životni ciklus od drugih tipova baterija. Kada se potpuno isprazne, litijum-jonske baterije gube sposobnost punjenja kada je priključen napon punjenja. Ovaj problem se može riješiti primjenom impulsa višeg napona, ali to negativno utiče na daljnje performanse litijum-jonskih baterija. Maksimalni "život" Li-ion baterije se postiže kada je punjenje ograničeno odozgo na 95% i pražnjenje je 15-20%. Ovaj način rada podržava BMS sistem za nadzor i kontrolu (BMS), koji je uključen u bilo koju litijum-jonsku bateriju.

Optimalni uslovi skladištenja za Li-ion baterije se postižu pri nivou napunjenosti od 40-70% kapaciteta baterije i temperaturi od oko 5°C. U ovom slučaju, niska temperatura je važnija za male gubitke kapaciteta tokom dugotrajnog skladištenja. Prosječni vijek trajanja (vek trajanja) litijum-jonske baterije je u prosjeku 36 mjeseci, iako može biti u rasponu od 24 do 60 mjeseci.

Gubitak skladišnog kapaciteta:

temperaturu	sa 40% punjenja	sa 100% napunjenosti
0 ⁰C	2% godišnje	6% godišnje
25 ⁰C	4% godišnje	20% godišnje
40 ⁰C	15% godišnje	35% godišnje
60 ⁰C	25% godišnje	40% za tri mjeseca

Prema svim važećim propisima za skladištenje i rad litijum-jonskih baterija, da bi se obezbedilo dugotrajno skladištenje, potrebno ih je puniti do 70% kapaciteta jednom svakih 6-9 meseci.

vidi takođe

Bilješke (uredi)

Književnost

• Khrustalev D.A. Akumulatori. M: Emerald, 2003.
• Yuri Filippovsky Mobilna hrana. Dio 2. (RU). ComputerraLab (26. maj 2009.). - Detaljan članak o Li-ion baterijama .. Pristupljeno 26. maja 2009.

Linkovi

• GOST 15596-82 Termini i definicije.
• GOST 61960-2007 Litijumski akumulatori i baterije za skladištenje
• Litijum-jonske i litijum-polimerske baterije. iXBT (2001)
• Domaće litijum-jonske baterije

Galvanska ćelija	Daniel Galvanic Cell | Alkalni element | | Suhi element | Koncentracioni element | Zinc Air Cell | Normalni Weston Element
Električni akumulatori	Olovna kiselina | Srebro-cink | Nikl-kadmijum | Nikl metal hidrid | Nikl-cink baterija | Litijum jonski | Lithium Polymer | Litijum gvožđe sulfid | Litijum gvožđe fosfat | Litijum titanat | Vanadijum | Gvožđe-nikl
Gorivne ćelije	Direktni metanol | Čvrsti oksid | Alkalna
Modeli	Baterija | Električna baterija | Gorivna ćelija
Uređaj

Vrijeme rada modernih pametnih telefona bez punjenja je određeno njihovom baterijom i njenim karakteristikama.

Koje vrste baterija postoje?

Nikl-kadmijum (Ni-Cd) i nikl-metal hidrid (Ni-MH) baterije više nisu relevantne - radile su dobro dugo vremena, ali su imale niz nedostataka. U našim gadžetima se u većini slučajeva koriste litijumske baterije - litijum-jonske (Li-Ion) i litijum-polimerske (Li-Pol).

Jedna od glavnih karakteristika baterije je njen kapacitet. Određuje koliko električne energije baterija može pohraniti i koliko dugo uređaj može raditi autonomno. Najčešće baterije su one kapaciteta od 2.000 do 3.000 mAh (miliampera/sat). Dimenzije litijum-jonskih izvora ostaju veoma kompaktne, za razliku od svojih prethodnika.

Litijum-polimerske baterije se razlikuju od litijum-jonskih baterija po raznim geometrijskim oblicima i, što je sada posebno važno, po minimalnoj debljini, koja počinje od 1 mm. To im omogućava da se koriste u veoma tankim pametnim telefonima.

Litijumske baterije imaju dug radni vek kada se pravilno koriste. Proizvođači mnogih poznatih pametnih telefona osigurali su zamjenu baterije samo u servisnom centru, čineći tijelo uređaja monolitnim, a stražnji poklopac i bateriju se ne mogu ukloniti. Bez posebne opreme i znanja, korisnik neće moći samostalno izvršiti ovu operaciju.

Temperatura tokom rada. Kapacitet baterije je direktno pogođen. Visoka temperatura pospješuje brže skladištenje energije, na niskoj temperaturi kapacitet značajno opada. Ako koristite nedovoljno napunjenu, brzo će se isprazniti. Štoviše, postoji rizik od snižavanja punjenja na nulu, što je krajnje nepoželjno - litijumske baterije pate od potpunog pražnjenja.

I suprotna situacija. 100% napunjen pametni telefon koristi se na direktnoj sunčevoj svjetlosti. Slikovito rečeno, u ovom slučaju 100% punjenja se pretvara u 110%, a dobije se višak akumulirane električne energije, što može dovesti do smanjenja kapaciteta.

Na osnovu toga, vrijedi promatrati temperaturne uvjete uređaja. I ne govorimo o prirodnom grijanju tijekom aktivne upotrebe - takvo povećanje temperature za bateriju ne predstavlja opasnost

Vrijeme punjenja i punjač. Svaki izvor litija opremljen je posebnim kontrolerom koji ga mora zaštititi od viška struje. Kada se dostigne puno punjenje, dolazna struja se prekida.

Moguće su greške i nepreciznosti u radu kontrolera, koje dovode do prekomjernog punjenja. Ponekad je to zbog upotrebe neoriginalnih punjača za pametne telefone. Nije preporučljivo ostaviti pametni telefon koji se puni u utičnici duže vrijeme nakon što se napuni do kraja. Također morate koristiti originalne punjače ili one čiji su parametri.

Litijumske baterije treba puniti bez čekanja da se uređaj potpuno isključi, na primjer, za 10-15% preostalog napunjenosti. Mogu se napajati kad god je to moguće tokom dana, na primjer, sa USB porta radnog računara ili u automobilu. Nije potrebno postići potpuno punjenje.

Skladištenje. Ako vlasnik pametnog telefona planira da ne koristi uređaj duže vrijeme, preporučeni nivo napunjenosti baterije u ovom slučaju trebao bi biti oko 50%.

Litijumske baterije se pune približno 1200 puta. Jednostavna aritmetika sugerira da će vijek trajanja baterije trajati najmanje 3 godine. Slijedeći gore navedene smjernice, možete produžiti vijek trajanja baterije.