امروز لیتیوم است باتری های یونیاغلب در مناطق مختلف. آنها به طور گسترده ای در لوازم الکترونیکی سیار (PDA ها، تلفن های همراه، لپ تاپ ها و موارد دیگر)، وسایل نقلیه الکتریکی و غیره استفاده می شوند. این به دلیل مزایای آنها نسبت به باتری های نیکل-کادمیم (Ni-Cd) و نیکل-فلز هیدرید (Ni-MH) است که قبلاً به طور گسترده استفاده می شد. و اگر دومی به حد تئوریک خود نزدیک شده باشد، فناوری باتری های لیتیوم یونیدر ابتدای سفر هستند

دستگاه

در باتری های لیتیوم یون، آلومینیوم به عنوان الکترود منفی (کاتد) و مس به عنوان الکترود مثبت (آند) عمل می کند. الکترودها را می توان در اشکال مختلف ساخت، با این حال، به عنوان یک قاعده، آنها فویل به شکل یک بسته مستطیلی یا یک استوانه هستند.

• مواد آند روی فویل مس و مواد کاتد روی فویل آلومینیومی توسط یک جداکننده متخلخل که با الکترولیت آغشته شده است از هم جدا می شوند.
• بسته الکترود در یک محفظه مهر و موم شده نصب می شود و آندها و کاتدها به پایانه های کلکتور جریان متصل می شوند.
• ممکن است دستگاه های خاصی در زیر پوشش باتری وجود داشته باشد. یک دستگاه با افزایش مقاومت در برابر ضریب دمایی مثبت پاسخ می دهد. دستگاه دوم خراب می شود اتصال الکتریکیبین ترمینال مثبت و کاتد زمانی که فشار گاز در باتری بالاتر از حد مجاز افزایش می یابد. در برخی موارد، محفظه مجهز به یک شیر اطمینان است که در صورت نقض شرایط عملیاتی یا شرایط اضطراری، فشار داخلی را کاهش می دهد.
• برای افزایش ایمنی عملیات، تعدادی از باتری ها نیز از خارجی استفاده می کنند حفاظت الکترونیکی. از احتمال گرم شدن بیش از حد، اتصال کوتاه و شارژ بیش از حد باتری جلوگیری می کند.
• از نظر ساختاری، باتری ها در نسخه های منشوری و استوانه ای تولید می شوند. یک بسته رول شده از جداکننده و الکترود در باتری های استوانه ای در آلومینیوم یا بدنه فولادی، که الکترود منفی به آن متصل است. قطب مثبت باتری از طریق عایق به درپوش خارج می شود. باتری های منشوری با چیدن صفحات مستطیلی شکل روی هم ایجاد می شوند.

این نوع باتری‌های لیتیوم یون بسته‌بندی محکم‌تری را ممکن می‌سازند، اما حفظ نیروهای فشاری روی الکترودها نسبت به باتری‌های استوانه‌ای دشوارتر است. تعدادی از باتری های منشوری از یک مجموعه رول از بسته ای از الکترودها استفاده می کنند که به شکل یک مارپیچ بیضوی پیچیده شده اند.

اکثر باتری ها در نسخه های منشوری تولید می شوند، زیرا هدف اصلی آنها اطمینان از عملکرد لپ تاپ ها و تلفن های همراه است. طراحی باتری های لیتیوم یون کاملا آب بندی شده است. این الزامدیکته شده توسط عدم پذیرش نشت الکترولیت مایع. اگر بخار آب یا اکسیژن وارد شود، واکنشی با الکترولیت و مواد الکترود رخ می دهد که منجر به از کار افتادن کامل باتری می شود.

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

• باتری های لیتیوم یونی دارای دو الکترود به شکل آند و کاتد هستند که یک الکترولیت بین آنها قرار دارد. در آند، هنگامی که یک باتری در یک مدار بسته متصل می شود، یک واکنش شیمیایی تشکیل می شود که منجر به تشکیل الکترون های آزاد می شود.
• این الکترون ها تمایل دارند به کاتد برسند، جایی که غلظت آنها کمتر است. با این حال، چیزی که آنها را از رفتن مستقیم به کاتد از آند باز می دارد، الکترولیت است که بین الکترودها قرار دارد. تنها راه باقی مانده از طریق مداری است که باتری بسته است. در این حالت، الکترون‌ها که در امتداد مدار مشخص شده حرکت می‌کنند، انرژی دستگاه را تامین می‌کنند.
• یون‌های لیتیوم با بار مثبت که توسط الکترون‌های فراری باقی مانده‌اند، در همان زمان از طریق الکترولیت به کاتد هدایت می‌شوند تا تقاضا برای الکترون‌ها در سمت کاتد را برآورده کنند.
• پس از حرکت تمام الکترون ها به کاتد، "مرگ" باتری اتفاق می افتد. اما باتری لیتیوم یون قابل شارژ است، به این معنی که این فرآیند می تواند معکوس شود.

با استفاده از یک شارژر، می توانید انرژی را به مدار وارد کنید و در نتیجه واکنش را در جهت مخالف شروع کنید. نتیجه تجمع الکترون ها روی آند خواهد بود. هنگامی که یک باتری دوباره شارژ شد، تا زمانی که فعال شود، در بیشتر موارد به همین شکل باقی می ماند. با این حال، با گذشت زمان، باتری حتی در حالت آماده به کار مقداری از شارژ خود را از دست می دهد.

• ظرفیت باتری به تعداد یون های لیتیومی اشاره دارد که می توانند خود را در دهانه ها و منافذ ریز آند یا کاتد قرار دهند. با گذشت زمان، پس از شارژهای متعدد، کاتد و آند تخریب می شوند. در نتیجه، تعداد یون هایی که می توانند در خود جای دهند کاهش می یابد. در این حالت باتری دیگر نمی تواند همان مقدار شارژ را نگه دارد. در نهایت، عملکرد خود را به طور کامل از دست می دهد.

باتری‌های لیتیوم یونی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که شارژ آن‌ها باید دائماً کنترل شود. برای این منظور یک برد مخصوص در کیس تعبیه شده که به آن شارژ کنترلر می گویند. تراشه روی برد فرآیند شارژ باتری را کنترل می کند.

شارژ باتری استاندارد به شکل زیر است:

• در ابتدای فرآیند شارژ، کنترل کننده جریانی معادل 10 درصد از جریان نامی را تامین می کند. که در این لحظهولتاژ به 2.8 ولت افزایش می یابد.
• سپس جریان شارژ به اسمی افزایش می یابد. که در این دورهولتاژ در دی سیبه 4.2 ولت می رسد.
• در پایان فرآیند شارژ، جریان کاهش می یابد ولتاژ ثابت 4.2 ولت تا زمانی که باتری 100٪ شارژ شود.

مرحله بندی ممکن است به دلیل استفاده از کنترلرهای مختلف متفاوت باشد که منجر به سرعت های مختلفشارژ و بر این اساس، کل هزینه باتری. باتری های لیتیوم یونی می توانند بدون محافظ باشند، یعنی کنترلر در شارژر قرار دارد یا با محافظ داخلی، یعنی کنترلر در داخل باتری قرار دارد. ممکن است وسایلی وجود داشته باشند که برد محافظ مستقیماً در باتری تعبیه شده باشد.

انواع و کاربردها

دو عامل شکل باتری های لیتیوم یون وجود دارد:

1. باتری های لیتیوم یون استوانه ای.
2. باتری های لیتیوم یون تبلت.

زیرگروه های مختلف سیستم الکتروشیمیایی لیتیوم یون بر اساس نوع ماده فعال مورد استفاده نامگذاری می شوند. وجه مشترک همه این باتری های لیتیوم یونی این است که همه آنها باتری های مهر و موم شده و بدون نیاز به تعمیر و نگهداری هستند.

6 نوع رایج از باتری های لیتیوم یونی وجود دارد:

1. باتری لیتیوم کبالت . این یک راه حل محبوب برای دوربین های دیجیتال، لپ تاپ ها و تلفن های همراهبه دلیل شدت انرژی ویژه بالا. باتری از یک کاتد اکسید کبالت و یک آند گرافیت تشکیل شده است. معایب باتری های لیتیوم کبالت: فرصت های محدودبار، پایداری حرارتی کم و عمر مفید نسبتاً کوتاه.

مناطق استفاده ; الکترونیک موبایل

1. باتری لیتیوم منگنز . کاتد اسپینل لیتیوم منگنز کریستالی دارای ساختار چارچوب سه بعدی است. اسپینل مقاومت کمی دارد، اما چگالی انرژی متوسط‌تری نسبت به کبالت دارد.

مناطق استفاده؛ واحدهای برق، تجهیزات پزشکی، ابزار قدرت.

1. باتری لیتیوم نیکل منگنز کبالت اکسید . کاتد باتری ترکیبی از کبالت، منگنز و نیکل است. نیکل به دلیل شدت انرژی ویژه بالا، اما پایداری کم مشهور است. منگنز مقاومت داخلی پایینی را ایجاد می کند اما منجر به چگالی انرژی پایین می شود. ترکیب فلزات به شما این امکان را می دهد که معایب آنها را جبران کنید و از نقاط قوت آنها استفاده کنید.

مناطق استفاده؛ برای مصارف خصوصی و صنعتی (سیستم های امنیتی، نیروگاه های خورشیدی، روشنایی اضطراری، مخابرات، وسایل نقلیه الکتریکی، دوچرخه های برقی و غیره).

1. باتری لیتیوم فسفات آهن . مزایای اصلی آن: بلند مدتخدمات، رتبه بندی جریان بالا، مقاومت در برابر سوء استفاده، افزایش امنیتو پایداری حرارتی خوب با این حال، این باتری ظرفیت کمی دارد.

زمینه های کاربرد: دستگاه های تخصصی ثابت و قابل حمل که در آنها به استقامت و جریان های بار بالا نیاز است.

1. باتری اکسید آلومینیوم لیتیوم نیکل کبالت . مزایای اصلی آن: چگالی انرژی بالا و شدت انرژی، دوام. با این حال، سابقه ایمنی و قیمت بالااستفاده از آن را محدود کنید

مناطق استفاده؛ پیشرانه های الکتریکی، تجهیزات صنعتی و پزشکی.

1. باتری لیتیوم تیتانات . مزایای اصلی آن: شارژ سریع، عمر طولانی، محدوده دمایی گسترده، عملکرد عالی و ایمنی. این ایمن ترین باتری لیتیوم یون موجود است.

با این حال، دارای هزینه بالا و شدت انرژی ویژه پایین است. در حال حاضر، پیشرفت هایی برای کاهش هزینه تولید و افزایش شدت انرژی خاص در حال انجام است.

مناطق استفاده؛ خیابان، واحدهای برق خودروها (Honda Fit-EV، Mitsubishi i-MiEV)، UPS.

خصوصیات معمولی

به طور کلی، باتری های لیتیوم یون دارای ویژگی های معمول زیر هستند:

• حداقل ولتاژ کمتر از 2.2-2.5V نیست.
• حداکثر ولتاژ بالاتر از 4.25-4.35 ولت نیست.
• زمان شارژ: 2-4 ساعت
• خود تخلیه در دمای اتاق حدود 7 درصد در سال است.
• محدوده دمای عملیاتی از -20 درجه سانتیگراد تا +60 درجه سانتیگراد.
• تعداد چرخه های شارژ/دشارژ تا زمانی که از دست دادن 20 درصد ظرفیت حاصل شود 500-1000 است.

مزایا و معایب

مزایا عبارتند از:

• چگالی انرژی بالا در مقایسه با باتری های قلیایی با استفاده از نیکل.
• ولتاژ یک سلول باتری بسیار بالا است.
• هیچ "اثر حافظه" وجود ندارد، که عملکرد ساده را تضمین می کند.
• تعداد قابل توجهی از چرخه شارژ-تخلیه.
• عمر طولانی.
• محدوده دمایی گسترده برای عملکرد ثابت.
• ایمنی نسبی محیطی

از جمله معایب عبارتند از:

• جریان تخلیه متوسط
• پیری نسبتا سریع
• هزینه نسبتا بالا
• عدم امکان کار بدون کنترلر داخلی.
• امکان احتراق خود به خودی تحت بارهای زیاد و تخلیه بیش از حد عمیق.
• طراحی نیاز به پیشرفت های قابل توجهی دارد، زیرا کامل نشده است.

با سلام خدمت دوستان و علاقه مندان عزیزم، خوانندگان این وبلاگ. به جای درس دیگری، گفتن مقالات در آن صحیح تر است قلک مدرسه عکس، تصمیم گرفتم در مورد موضوعی که برای همه دردناک و مهم است مقاله ای بنویسم.

فکر می کنم برای بسیاری از جمله شما خوانندگان عزیز، دانستن اینکه چنین چیزهای اساسی چیست، جالب و مفید خواهد بود باتری های لیتیوم یونی، ویژگی های محدود کننده آنها چیست، چگونه باید از آنها استفاده کرد، با چه چیزی می توان به دست آورد استفاده صحیحو البته مراقبت از چه چیزی باید باشد عمر باتری طولانی. پس برو جلو

چرا؟ - از من می پرسید، من در واقع شروع به نوشتن در این موضوع کردم. خوب، یک باتری و یک باتری و چه در مورد آن. بنابراین؟ اما نه. باتری لیتیوم یون، این اساساً یک مخزن سوخت برای بسیاری از دستگاه های مورد علاقه ما یا دستگاه هایی است که در اصطلاح رایج است. پس چی؟ - تو به من بگو، - چه فرقی برای ما دارد؟ و این تفاوت برای شما بزرگ و مهم است. ایده نوشتن این مقاله پس از حضور من و دانشجویان دانشکده عکاسی شکل گرفت. آب و هواکاملا معمولی، حدود -7 -10 درجه سانتیگراد، آفتابی، نسیم ملایم، صاف. به طور کلی هوای دلپذیر برای چشم کنجکاو یک عکاس آماتور. با این حال، بسیاری از دانش آموزان نگران شدند: آیا این برای دوربین خطرناک نیست؟ آیا او یخ نمی زند؟ اگر یخ بزند چه اتفاقی می افتد؟ (در مورد شرایط دمایی دوربین یادداشت جداگانه ای خواهم نوشت) باطری دوربین چه می شود؟ شنیده ایم که باتری دوربین به سرما بسیار حساس است و ممکن است از کار بیفتد، آیا این درست است؟ درست است، اما نه همه و نه به طور کامل. بیایید آن را بفهمیم.

دوربین های ما حاوی باتری های لیتیوم یونی هستند. این به چه معناست؟ در اینجا چیست.باتری های لیتیوم یون به طور قابل توجهی بهترین پارامترهااستفاده در مقایسه با انواع دیگر باتری ها. من وارد جزئیات نمی شوم، اما امروزه، اکثر تولید کنندگان لوازم الکترونیکی مصرفی، سعی می کنند محصولات خود را با باتری های لیتیوم یونی عرضه کنند، زیرا تولید آنها ساده تر و ارزان تر است و ضرر کمتری برای محیط زیست دارد.

سلول های اولیه ("باتری") با آند لیتیوم در اوایل دهه 70 قرن بیستم ظاهر شدند و به دلیل انرژی ویژه بالا و مزایای دیگر به سرعت کاربرد پیدا کردند. بنابراین، یک تمایل طولانی مدت برای ایجاد یک منبع جریان شیمیایی با فعال ترین عامل کاهنده - یک فلز قلیایی محقق شد، که امکان افزایش شدید ولتاژ کار باتری و انرژی خاص آن را فراهم کرد. در حالی که توسعه سلول های اولیه با آند لیتیوم با موفقیت نسبتاً سریعی همراه بود و چنین عناصری به طور محکم جای خود را به عنوان منابع انرژی برای تجهیزات قابل حمل گرفتند، ایجاد باتری های لیتیومی با مشکلات اساسی مواجه شد که بیش از 20 سال طول کشید.

پس از آزمایش های فراوان در دهه 1980، مشخص شد که مشکل باتری های لیتیومی حول الکترودهای لیتیومی می چرخد. به طور دقیق تر، در مورد فعالیت لیتیوم: فرآیندهایی که در طول عملیات رخ می دهد در نهایت منجر به واکنش شدیدی به نام "تهویه با انتشار شعله" شد. در سال 1991، کارخانه های تولیدی فراخوان شدند تعداد زیادی ازباتری های لیتیومی که برای اولین بار به عنوان منبع تغذیه برای تلفن های همراه مورد استفاده قرار گرفتند. دلیلش هم این بود که در حین مکالمه، زمانی که مصرف فعلی به حداکثر رسیده بود، شعله ای از باتری فوران کرد و چهره کاربر تلفن همراه را سوزاند.

با توجه به ناپایداری ذاتی فلز لیتیوم، به ویژه در هنگام شارژ، تحقیقات به سمت ایجاد باتری بدون استفاده از لی، اما با استفاده از یون های آن حرکت کرده است. اگرچه باتری‌های لیتیوم یونی چگالی انرژی کمی کمتر از باتری های لیتیومیبا این حال، باتری های لیتیوم یون در صورت ارائه ایمن هستند حالت های صحیحشارژ و تخلیه

اگر بیشتر، کسی علاقه مند به بخشی از این است که فرآیندهای شیمیایی در باتری های لیتیوم یونی چه بوده و هستند و چگونه همین فرآیندها رام شده اند، به گوگل مراجعه کنید. من در شیمی و فیزیک آنقدر قوی نیستم که مقاله ای بنویسم که با خواندن آن به خواب بروم.

باتری های لیتیوم یون مدرن دارای ویژگی های خاص بالایی هستند: 100-180 Wh/kg و 250-400 Wh/l. ولتاژ کاری: 3.5-3.7 ولت.

اگر همین چند سال پیش، توسعه دهندگان تولید حداکثر ظرفیت قابل دستیابی باتری های لیتیوم یونی را بیش از چندین آمپر ساعت در نظر می گرفتند (به یاد داشته باشید دوره مدرسهفیزیک)، اکنون بیشتر دلایل محدود کننده افزایش ظرفیت برطرف شده است و بسیاری از تولید کنندگان شروع به تولید باتری هایی با ظرفیت صدها آمپر ساعت یا حتی هزاران کرده اند.

باتری های مدرن با اندازه کوچک در جریان تخلیه تا 2 درجه سانتیگراد کار می کنند ، باتری های قدرتمند - حداکثر 10-20 درجه سانتیگراد. محدوده دمای عملیاتی: از -20 تا +60 درجه سانتیگراد. با این حال، بسیاری از سازندگان قبلاً باتری هایی ساخته اند که در دمای -40 درجه سانتیگراد کار می کنند. امکان گسترش دامنه دما تا دماهای بالاتر وجود دارد.

خود تخلیه باتری های لیتیوم یون در ماه اول 4-6٪ است، سپس به طور قابل توجهی کمتر است: در 12 ماه باتری ها 10-20٪ از ظرفیت ذخیره شده خود را از دست می دهند. اتلاف ظرفیت باتری های لیتیوم یون چندین برابر کمتر از باتری های نیکل کادمیوم (Ni-Cd) است، هم در دمای 20 درجه سانتی گراد و هم در دمای 40 درجه سانتی گراد. منبع باتری های لیتیوم یون: 500-1000 چرخه شارژ-دشارژ.

و در اینجا بسیاری خواهند گفت: -آههه. به همین دلیل است که می توانید با دوربین خود در دمای نسبتاً سرد عکاسی کنید. بله، من به شما پاسخ خواهم داد. به علاوه، هنگامی که باتری کار می کند، انرژی آزاد می شود، واکنش های شیمیایی در آن رخ می دهد که عارضه جانبی آن آزاد شدن انرژی حرارتی است که به باتری اجازه می دهد محدوده دمایی کارکرد خود را برای مدت طولانی تری حفظ کند. علاوه بر این، وقتی دوربین را در خیابان از قاب خارج می کنیم، آن (دوربین، دوربین) نیز دمای مثبتی دارد، یعنی منبع زمانی را بیشتر می کنیم که در طی آن می توانیم در خیابان در 7- عکسبرداری کنیم. ..-15 درجه سانتی گراد. گرمایش حرارتی پردازنده دوربین در حین تصویربرداری را اضافه کنید، گرم شدن ماتریس، حتی گرمای دست هایی که دوربین را با آن می گیریم و به آن منتقل می کنیم، عمر حرارتی و زمانی دوربین را در دماهای نسبتاً پایین افزایش می دهد. .

این مربوط به استفاده از باتری در کار است. حالا بیایید کمی به قسمت شارژ و ذخیره سازی نگاه کنیم. لیتیوم- باتری های یونینیاز به مراقبت خاصی ندارند قوانین اساسی برای عملکرد آنها را می توان در دستورالعمل های تلفن / لپ تاپ / دوربین پیدا کرد و همه چیز توسط مدار BMS و کنترل کننده شارژ در دستگاه برقی مراقبت می شود. با این حال، هنگام خرید، اغلب می توانید اظهارات زیر را از یک فروشنده یا یک "گورو" همکار بشنوید:

«...اولین شارژ - 12–15 ساعت...» یا، «...فقط دستگاه را تمام شب متصل نگه دارید...»؛

"...شما باید 3-5 چرخه کامل را انجام دهید تا باتری ظرفیت بیشتری پیدا کند...";

"... توصیه می شود باتری را به طور کامل شارژ و تخلیه کنید..."؛

«... پس چه می شود اگر باتری یک سال از عمر آن گذشته باشد، استفاده نشده باشد. عمر مفید آن تنها به تعداد چرخه های شارژ-تخلیه بستگی دارد...”

بیایید ببینیم موارد بالا چقدر درست است.

بیانیه اول به سادگی بی معنی است - الکترونیک کنترل اجازه نمی دهد باتری بیش از آنچه که باید شارژ شود.

نکته شماره 2 نیز غیرقابل دفاع است. بعد از اولین شارژ باتری های لیتیوم یونی با کارایی کامل کار می کنند و در ابتدا سریعتر تخلیه می شوند فقط به این دلیل که صاحب دستگاه آن را پیکربندی و مطالعه می کند و به دوستان و آشنایان نشان می دهد و ... بعد از یکی دو هفته گجت می آید. مورد استفاده قرار گیرد حالت عادی، که طبیعتاً تأثیر مثبتی بر خودمختاری دارد. اما تنهایی کاملا شارژ شدهقبل از شروع استفاده هنوز هم توصیه می شود. این برای باتری ضروری نیست، بلکه برای اینکه دستگاه بتواند ظرفیت واقعی خود را تعیین کند و متعاقباً شارژ باقیمانده را به درستی نمایش دهد.

توصیه شماره 3 حتی بر اساس قوانین مربوط به کارکرد باتری‌های نیکل-کادمیم که باید کاملاً دشارژ می‌شدند، «رشد پاها» دارد، در غیر این صورت بخشی از ظرفیت به طور غیرقابل برگشتی از بین می‌رفت. همتایان لیتیوم یون آنها "اثر حافظه" مشابهی ندارند؛ علاوه بر این، تخلیه عمیق برای آنها منع مصرف دارد. با استفاده مکرر، این موضوع مهم نیست، زیرا سیستم BMS اجازه نمی دهد باتری کاملاً تخلیه شود، اما اگر برای یک ماه یا بیشتر در حالت تخلیه باقی بماند، شارژ باقی مانده "نشت می کند"، مدار حفاظت مسدود می شود. فرآیند شارژ را خاموش کرده و پس از آن دیگر امکان شارژ وجود نخواهد داشت. شارژ بیش از حد نیز مضر است، اما اکثر دستگاه ها از قبل این را در نظر می گیرند و باتری را تا 100٪ شارژ نمی کنند.

همچنین توصیه هایی مانند "هر طور که می خواهید شارژ کنید، اما حداقل یک بار در هفته (ماه) یک چرخه کامل را انجام دهید." این طرح عملیاتی برای باتری های هیدرید نیکل-فلز بهینه است - آنها همچنین دارای اثر حافظه هستند، اما بسیار کمتر از Ni-Cd، و ظرفیت را پس از 1-2 چرخه کامل بازیابی می کنند. برای باتری های لیتیوم یونیاین فقط تا حدی درست است؛ به عنوان مثال، توصیه می شود این کار را پس از ذخیره طولانی مدت انجام دهید.

از عبارت شماره 4، یک نتیجه گیری به ظاهر منطقی به دست می آید: از آنجایی که عمر باتری با تعداد چرخه ها اندازه گیری می شود، به این معنی است که بهتر است از آن حداکثر استفاده کنید. این اشتباه است شارژ و دشارژ کامل سریعتر فرسوده می شود، در حالی که چرخه های ناقص، برعکس، عمر را طولانی می کنند. علاوه بر این، باتری های لیتیوم یونی حتی بدون استفاده ظرفیت خود را از دست می دهند. در حال حاضر پس از یک سال "در قفسه" منابع آنها 5-10٪ کاهش می یابد، پس از 2 سال - 20-30٪. بنابراین هنگام خرید دستگاه قابل حمل جدید به تاریخ عرضه پاور توجه کنید. همچنین بدیهی است که خرید باتری برای استفاده در آینده، حتی اگر پیدا کردن آن در فروش دشوار باشد، بی فایده است.

رعایت آن بسیار مهم است رژیم دماعملکرد باتری های لیتیوم یونی در یخبندان زیر 20- درجه سانتیگراد آنها به سادگی جریان را متوقف می کنند و در گرمای بالای 45 درجه سانتیگراد اگرچه کار می کنند، چنین شرایط آب و هوایی فرآیند پیری را فعال می کند و به طور قابل توجهی عمر باتری را کاهش می دهد. اما شما می توانید آن را فقط در دمای مثبت (سلسیوس) شارژ کنید، در غیر این صورت خطر خرابی دستگاه زیاد است. به طور کلی، بهینه دمای کارباتری های لیتیوم یون +20 درجه سانتیگراد است.

باتری های لیتیوم یونی به طور مداوم در حال بهبود هستند و سازندگان به طور فعال در حال آزمایش با مواد الکترود و الکترولیت هستند. در سال 1994، باتری هایی با کاتدهای لیتیوم-منگنز و در سال 1996 - با کاتدهای لیتیوم-آهن-فسفات ظاهر شدند. آنها بسیار پایدارتر هستند و به راحتی می توانند جریان های تخلیه بالا را تحمل کنند، بنابراین در ابزارهای برقی و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می شوند. از سال 2003، باتری هایی تولید شده اند که از ترکیب کاتدی پیچیده (LiNiMnCoO2) استفاده می کنند و دارای بهترین ترکیبویژگی ها در بین همه لیست شده اما هیچ کس هنوز نتوانسته از نظر ظرفیت و قیمت خاص از نمونه های لیتیوم-کبالت پیشی بگیرد و مزایای انواع جدید در تلفن های همراه و لپ تاپ ها که مصرف نسبتاً کمی دارند مورد تقاضا نیست. جریان بالا.

اگر به طور موقت دستگاه خود را کنار گذاشته اید، اما می خواهید باتری آن را در شرایط کار نگه دارید، بدانید که باتری های لیتیوم یونی بهتر است در دمای حدود 5+ درجه سانتی گراد نگهداری شوند. هرچه بالاتر باشد و سطح شارژ به 100% نزدیکتر باشد، باتری سریعتر پیر می شود و ظرفیت خود را از دست می دهد. بهتر است آن را تا 40 تا 50 درصد شارژ کنید، آن را از دستگاه خارج کنید، آن را در یک کیسه پلاستیکی در بسته بسته بندی کنید، آن را در یخچال قرار دهید (اما نه در فریزر!) و به صورت دوره ای شارژ کنید.

این تمام چیزی است که می خواستم در مورد باتری ها، دوستانمان، حیوانات خانگی الکترونیکی بگویم. تلفن باشد، پخش کننده یا دوربین.

این مقاله بر اساس مطالب یافت شده در اینترنت تهیه شده است و برای راحتی و درک اصل فرآیند در اینجا جمع آوری شده است.

سوالی دارید؟ در نظرات بنویسید حتما پاسخ خواهم داد.

P.S. دوستان اگر مقاله را دوست داشتید یا مفید بود. به من هم لطف کن پیوند مقاله را در صفحات VKontakte، Odnoklassniki، Facebook، Twitter و سایر صفحات خود به اشتراک بگذارید. برای این کار کافیست روی دکمه های پایین صفحه کلیک کرده و فالو کنید مراحل سادهدستورالعمل ها. همچنین از شما دعوت می کنم که در خبرنامه من مشترک شوید، سپس قطعا مقاله بعدی، امیدوارم جالب و مفید را از دست نخواهید داد. فرم اشتراک در گوشه سمت راست بالای صفحه قرار دارد.

با خواندن "نکاتی برای کار با باتری ها" در انجمن ها، نمی توانید فکر نکنید - یا مردم از درس فیزیک و شیمی در مدرسه صرف نظر کرده اند، یا فکر می کنند که قوانین کار با باتری های سرب-اسید و یون یکسان است.
بیایید با اصول عملکرد باتری لیتیوم یونی شروع کنیم. روی انگشتان، همه چیز بسیار ساده است - یک الکترود منفی (معمولاً از مس) وجود دارد، یک الکترود مثبت (از آلومینیوم) وجود دارد، بین آنها یک ماده متخلخل (جداکننده) آغشته به الکترولیت وجود دارد (این مانع از " انتقال غیر مجاز یون لیتیوم بین الکترودها):

اصل کار بر اساس توانایی یون های لیتیوم برای ادغام در شبکه کریستالی است. مواد مختلف- معمولاً گرافیت یا اکسید سیلیکون - با تشکیل پیوندهای شیمیایی: بر این اساس، هنگام شارژ، یون ها در شبکه کریستالی ساخته می شوند و در نتیجه بار روی یک الکترود جمع می شوند؛ هنگام تخلیه، به ترتیب به الکترود دیگر برمی گردند و از بین می روند. الکترون مورد نیاز ما (کسی که علاقه مند به توضیح دقیق تری از فرآیندهای در حال وقوع است - Google intercalation). به عنوان یک الکترولیت، از محلول های حاوی آب استفاده می شود که حاوی پروتون آزاد نیستند و در آن پایدار هستند. طیف گسترده ایفشار. همانطور که در باتری های مدرنهمه چیز کاملاً ایمن انجام می شود - لیتیوم فلزی وجود ندارد، چیزی برای انفجار وجود ندارد، فقط یون ها از طریق جداکننده عبور می کنند.
اکنون که همه چیز در مورد اصل کار کم و بیش روشن شده است، بیایید به رایج ترین افسانه ها در مورد باتری های Li-Ion برویم:

1. اسطوره یک باتری لیتیوم یونی دستگاه را نمی توان تا صفر درصد تخلیه کرد.
   در واقع، همه چیز درست به نظر می رسد و با فیزیک مطابقت دارد - وقتی باتری لیتیوم یونی تا 2.5 ولت تخلیه می شود، خیلی سریع شروع به تحلیل می کند و حتی یک چنین تخلیه می تواند به طور قابل توجهی (تا 10٪!) ظرفیت آن را کاهش دهد. علاوه بر این، اگر ولتاژ به چنین ولتاژی با یک شارژر استاندارد تخلیه شود، دیگر امکان شارژ آن وجود نخواهد داشت - اگر ولتاژ سلول باتری به کمتر از 3 ولت کاهش یابد، کنترل کننده "هوشمند" آن را به عنوان آسیب دیده خاموش می کند. و اگر همه این سلول ها وجود داشته باشد، باتری را می توان به سطل زباله برد.
   اما یک چیز بسیار مهم وجود دارد که همه آن را فراموش می کنند: در تلفن ها، تبلت ها و دیگران دستگاه های تلفن همراهمحدوده ولتاژ عملکرد باتری 3.5-4.2 ولت است. هنگامی که ولتاژ به زیر 3.5 ولت می رسد، نشانگر صفر درصد شارژ را نشان می دهد و دستگاه خاموش می شود، اما هنوز با 2.5 ولت "بحرانی" فاصله دارد. این با این واقعیت تأیید می شود که اگر یک LED را به چنین باتری "دشارژ" وصل کنید، همچنان می تواند روشن شود. برای مدت طولانی(شاید کسی یادش باشد که قبلاً گوشی هایی با چراغ قوه می فروختند که بدون توجه به سیستم با یک دکمه روشن می شد. بنابراین چراغ آنجا حتی پس از دشارژ و خاموش شدن تلفن همچنان روشن می شد). یعنی همانطور که دیده می شود چه زمانی استفاده معمولیهیچ دشارژی تا 2.5 ولت وجود ندارد، به این معنی که تخلیه باتری تا صفر درصد کاملاً امکان پذیر است.
2. افسانه دو اگر باتری های Li-Ion آسیب ببینند، منفجر می شوند.
   همه ما "منفجره" را به یاد داریم سامسونگ گلکسینکته 7. با این حال، این یک استثنا از قاعده است - بله، لیتیوم یک فلز بسیار فعال است و منفجر کردن آن در هوا دشوار نیست (و در آب بسیار روشن می سوزد). با این حال، باتری های مدرن از لیتیوم استفاده نمی کنند، بلکه از یون های آن استفاده می کنند که بسیار کمتر فعال هستند. بنابراین برای اینکه انفجار رخ دهد، باید بسیار تلاش کنید - یا به باتری شارژ آسیب فیزیکی وارد کنید (باعث اتصال کوتاه شود)، یا آن را با ولتاژ بسیار بالا شارژ کنید (سپس آسیب می بیند، اما به احتمال زیاد کنترل کننده به سادگی می سوزد. به خودی خود خارج می شود و به باتری اجازه شارژ نمی دهد). بنابراین، اگر ناگهان باتری آسیب دیده یا دود شده در دست دارید، آن را روی میز نیندازید و با فریاد "همه ما می میریم" از اتاق فرار نکنید - فقط آن را در یک ظرف فلزی بگذارید و بردارید. بیرون رفتن به بالکن (برای اینکه مواد شیمیایی تنفس نکنید) - باتری برای مدتی دود می کند و سپس خاموش می شود. نکته اصلی این است که آن را با آب پر نکنید، یون ها البته کمتر از لیتیوم فعال هستند، اما هنوز مقدار مشخصی هیدروژن نیز هنگام واکنش با آب آزاد می شود (و دوست دارد منفجر شود).
3. افسانه سه. هنگامی که یک باتری لیتیوم یونی به سیکل 300 (500/700/1000/100500) می رسد، ناامن می شود و نیاز به تعویض فوری دارد.
   افسانه ای که خوشبختانه کمتر و کمتر در انجمن ها دست به دست می شود و اصلاً توضیح فیزیکی و شیمیایی ندارد. بله، در حین کار، الکترودها اکسید شده و خورده می شوند، که ظرفیت باتری را کاهش می دهد، اما این شما را با هیچ چیز دیگری به جز عمر باتری کوتاه تر و رفتار ناپایدار در شارژ 10-20٪ تهدید نمی کند.
4. اسطوره چهار. باتری های Li-Ion را نمی توان در سرما استفاده کرد.
   این بیشتر یک توصیه است تا نهی. بسیاری از تولیدکنندگان استفاده از تلفن‌ها در دمای زیر صفر را ممنوع می‌کنند و بسیاری از آنها تخلیه سریع و حتی خاموش شدن تلفن‌ها در سرما را تجربه کرده‌اند. توضیح این موضوع بسیار ساده است: الکترولیت یک ژل حاوی آب است، و همه می دانند که در دمای زیر صفر چه اتفاقی برای آب می افتد (بله، یخ می زند، اگر وجود داشته باشد)، در نتیجه بخشی از باتری غیرقابل استفاده می شود. این منجر به افت ولتاژ می شود و کنترل کننده شروع به در نظر گرفتن این تخلیه می کند. این برای باتری خوب نیست، اما کشنده هم نیست (بعد از گرم شدن، ظرفیت باز خواهد گشت)، بنابراین اگر به شدت نیاز به استفاده از تلفن در سرما دارید (برای استفاده از آن - آن را از یک جیب گرم بیرون بیاورید، بررسی کنید. زمان و بازگرداندن آن به حساب نمی آید) سپس بهتر است آن را 100٪ شارژ کنید و هر فرآیندی را که پردازنده را بارگیری می کند روشن کنید - این کار آن را کندتر خنک می کند.
5. اسطوره پنجم باتری لیتیوم یونی متورم خطرناک است و باید فورا دور انداخته شود.
   این دقیقاً یک افسانه نیست، بلکه یک اقدام احتیاطی است - یک باتری متورم به سادگی می تواند ترکید. از نقطه نظر شیمیایی، همه چیز ساده است: در طول فرآیند بین‌المللی، الکترودها و الکترولیت تجزیه می‌شوند و در نتیجه گاز آزاد می‌شود (همچنین می‌توان آن را در حین شارژ مجدد آزاد کرد، اما در ادامه به آن می‌پردازیم). اما مقدار بسیار کمی از آن آزاد می شود و برای اینکه باتری متورم به نظر برسد، باید چند صد (اگر نه هزاران) چرخه شارژ مجدد طی شود (مگر اینکه، البته معیوب باشد). برای خلاص شدن از شر گاز مشکلی وجود ندارد - فقط دریچه را سوراخ کنید (در برخی از باتری ها وقتی فشار اضافی وجود دارد خود را باز می کند) و آن را تخلیه کنید (من تنفس با آن را توصیه نمی کنم) پس از آن می توانید سوراخ را با آن بپوشانید. رزین اپوکسی. البته این کار باتری را به ظرفیت قبلی خود برنمی‌گرداند، اما حداقل اکنون قطعاً نمی‌ترکد.
6. افسانه ششم شارژ بیش از حد برای باتری های Li-Ion مضر است.
   اما این دیگر یک افسانه نیست، بلکه یک واقعیت خشن است - هنگام شارژ مجدد، احتمال زیادی وجود دارد که باتری متورم شود، ترکیده شود و آتش بگیرد - باور کنید، پاشیده شدن با الکترولیت در حال جوش لذت کمی دارد. بنابراین، همه باتری ها دارای کنترلرهایی هستند که به سادگی از شارژ شدن باتری بالاتر از یک ولتاژ معین جلوگیری می کنند. اما در اینجا باید در انتخاب باتری بسیار مراقب باشید - کنترل‌کننده‌های صنایع دستی چینی اغلب ممکن است دچار مشکل شوند، و فکر نمی‌کنم آتش بازی تلفن شما در ساعت 3 صبح شما را خوشحال کند. البته در باتری های مارک دار هم همین مشکل وجود دارد، اما اولاً در آنجا خیلی کمتر این اتفاق می افتد و ثانیاً کل گوشی شما را با گارانتی تعویض می کنند. این افسانه معمولاً منجر به موارد زیر می شود:
7. اسطوره هفتم وقتی به 100% رسیدید باید گوشی را از حالت شارژ خارج کنید.
   از افسانه ششم، این معقول به نظر می رسد، اما در واقع هیچ فایده ای برای بیدار شدن در نیمه شب و جدا کردن دستگاه از برق وجود ندارد: اولا، خرابی کنترلر بسیار نادر است، و ثانیا، حتی زمانی که نشانگر به 100٪ می رسد، باتری هنوز هم برای مدتی به حداکثر بسیار زیاد شارژ می شود جریان های کم، که 1-3٪ ظرفیت دیگر را اضافه می کند. بنابراین، در واقعیت، شما نباید آن را ایمن بازی کنید.
8. اسطوره هشتم شما می توانید دستگاه را فقط با شارژر اصلی شارژ کنید.
   این افسانه به دلیل کیفیت پایین شارژرهای چینی وجود دارد - در ولتاژ معمولی 5 + - 5٪ ولت آنها می توانند هر دو 6 و 7 را تولید کنند - البته کنترل کننده این ولتاژ را برای مدتی صاف می کند ، اما در آینده در بهترین حالت منجر به سوختن کنترلر و در بدترین حالت منجر به انفجار و (یا) خرابی می شود. مادربرد. برعکس این نیز اتفاق می افتد - تحت بار، شارژر چینی 3-4 ولت تولید می کند: این باعث می شود باتری نتواند به طور کامل شارژ شود.

همانطور که از یک دسته کلی از تصورات غلط می توان فهمید، همه آنها توضیح علمی ندارند و حتی تعداد کمتری از آنها در واقع عملکرد باتری ها را بدتر می کنند. اما این به این معنی نیست که پس از خواندن مقاله من باید سرسختانه بدوید و باتری های ارزان قیمت چینی را با چند دلار بخرید - با این وجود، برای دوام بهتر است یا از نمونه های اصلی یا نسخه های باکیفیت اصلی استفاده کنید.

مدرن ترین لوازم برقیمانند لپ‌تاپ، تلفن یا پخش‌کننده، مجهز به باتری‌های لیتیوم یونی هستند که به عنوان منابع انرژی مستقل عمل می‌کنند. این باتری‌های یونی نسبتاً اخیراً توسعه یافته‌اند، اما به دلیل ویژگی‌هایشان محبوبیت زیادی در بین طراحان و سازندگان گجت‌ها به دست آورده‌اند. در حال حاضر، علاوه بر انواع مختلف لوازم خانگی، بسیاری از ابزارهای تکمیل و تعمیر، پیچ گوشتی یا دستگاه های برش به چنین منابع تغذیه مجهز هستند. در این مقاله انواع باتری‌های لیتیوم یونی، دامنه کاربرد و اصول عملکرد آن‌ها بحث می‌شود.

انواع باتری های لیتیوم یونی

باتری های قابل شارژ، که بر اساس اصل ذخیره انرژی و توزیع آن به یک دستگاه مصرف شده کار می کنند، در انواع مختلفی وجود دارند که می توانند در یک لیتیوم ترکیب شوند. بلوک یونی. این باتری ها عبارتند از:

1. باتری لیتیوم کبالت. چنین دستگاهی از یک آند گرافیت و یک کاتد ساخته شده از اکسید کبالت تشکیل شده است. کاتد دارای ساختار صفحه ای با شکاف های بین قطعات است، بنابراین زمانی که برق مصرف می شود، یون های لیتیوم از آند به صفحات عرضه می شود، یک واکنش الکترومغناطیسی رخ می دهد و ولتاژ به پایانه ها اعمال می شود. نقطه ضعف چنین سیستمی مقاومت ضعیف مکانیزم در برابر تغییرات دما است، زیرا در دماهای منفی باتری تخلیه می شود، حتی اگر به مصرف کننده متصل نباشد. هنگام شارژ مجدد محصول، جهت جریان تغییر می کند و یون های لیتیوم از طریق کاتدها به آندها می ریزند، تجمع می یابند و ولتاژ افزایش می یابد. اتصال شارژر به باتری که ولتاژ نامی آن بالاتر از قطعه است اکیداً ممنوع است، در غیر این صورت ممکن است باتری بیش از حد گرم شود، صفحات ذوب شوند و کیس ترک بخورد.
2. باتری لیتیوم منگنز. همچنین برای باتری های لیتیوم یون اعمال می شود، محیط کارکه از اسپینل منگنز به صورت تونل های متقاطع سه بعدی ساخته شده اند. برخلاف سیستم کبالت، این نوع پایه عبور بدون مانع یون های لیتیوم از آند به کاتد و سپس به کنتاکت های دستگاه را تضمین می کند. مزیت اصلی باتری لیتیوم یون منگنز مقاومت کم مواد است، بنابراین چنین باتری هایی اغلب برای وسایل نقلیه هیبریدی، ابزارهایی که مقدار زیادی جریان مصرف می کنند یا در تجهیزات پزشکی که به طور مستقل کار می کنند استفاده می شود. اجازه گرم شدن باتری تا 80 درجه در هنگام شارژ و جریان نامیمی تواند تا 20-30 آمپر باشد. توصیه نمی شود باتری را بیش از دو ثانیه در معرض ولتاژ جریان بالاتر از 50 آمپر قرار دهید، در غیر این صورت اسپینل ها ممکن است بیش از حد گرم شوند و از کار بیفتند.

1. باتری های لیتیوم یون با کاتد فسفات آهن. چنین باتری به دلیل هزینه نسبتاً بالا تولید نادر است، قیمت نهایی آن کمی بالاتر از سایر باتری های لیتیوم یون است. کاتد فسفات دارد مزیت بزرگ: این طول عمر محصول و فرکانس شارژ مجدد است که به طور قابل توجهی بیشتر از دستگاه های مشابه است. اغلب این باتری ها دارای گارانتی 10 تا 50 ساله یا حدود 500 دوره شارژ هستند. با توجه به چنین شاخص هایی، باتری های دارای فسفات آهن اغلب در صنعت زمانی که نیاز به ولتاژ خروجی بالا است استفاده می شود.
2. باتری های لیتیوم نیکل منگنز اکسید کبالت یون. این عملی ترین، از نقطه نظر هزینه تولید و قابلیت اطمینان محصول نهایی، ترکیبی از مواد برای ساخت کاتد است. با توجه به خواص الکتروشیمیایی مواد ذکر شده، کاتد ساخته شده از آنها دارای مقادیر مقاومت پایینی است، بنابراین در دوره های طولانی عدم فعالیت باتری، تخلیه حداقل خواهد بود. همچنین با افزایش اندازه سلول شیشه ای یا کاتدی می توان ظرفیت کل باتری را افزایش داد و یا ولتاژ را افزایش داد. این راز در ترکیب منگنز و نیکل نهفته است که در صورت ترکیب صحیح، زنجیره ای با خواص الکتروشیمیایی بالا ایجاد می کند.
3. باتری لیتیوم تیتانات. کاتد این دستگاه که در اوایل دهه 1980 ساخته شد، برخلاف باتری های یونی با هسته گرافیتی، از نانوبلورهای لیتیوم تیتانات ساخته شده است. کاتدی ساخته شده از این ماده باعث می شود باتری در مدت زمان کوتاهی شارژ شود و ولتاژ را با مقاومت صفر حفظ کند. این واحد اغلب در سیستم های خودمختارروشنایی خیابانی، زمانی که لازم است در مدت زمان کوتاهی انرژی جمع شود و برای مدت طولانی بین مصرف کننده توزیع شود. نقطه ضعف چنین سیستمی هزینه نسبتاً بالا است باتری تمام شده، اما به دلیل افزایش طول عمر قطعه به سرعت جواب می دهد.

مهم!تمام باتری‌های لیتیوم یونی که در لیست ذکر شده‌اند، باتری‌هایی بدون نیاز به تعمیر و نگهداری هستند، بنابراین در صورت آسیب یا خرابی، تعمیر یا انجام خدمات برای افزودن الکترولیت امکان‌پذیر نخواهد بود. هر گونه دستکاری برای باز کردن درب باتری منجر به از بین رفتن صفحات باتری و خرابی کامل می شود.

اصل کار باتری های لیتیوم یونی

تمام باتری های لیتیوم یون ساختار مشابهی دارند که دارای چند تفاوت جزئی است که بر اصل عملکرد قطعه تأثیر نمی گذارد. پوسته بیرونی از مواد کامپوزیت، پلاستیک یا فلز نازک غیر آهنی ساخته شده است که بسیار نادر است. اغلب، باتری از کیس پلاستیکی، پایانه های فلزی برای تماس با مصرف کننده و میله های داخلی با ولتاژ مثبت و منفی. لیتیوم داخلی با اتصال یک دستگاه خارجی با جریان پایدار شارژ می شود، اما هر محصول دارای یک شارژ اولیه است که به دلیل واکنش شیمیایی بین آند و کاتد رخ می دهد.

فرآیندهای روی الکترود منفی، ساخته شده از مواد کربنی، که ظاهری مانند گرافیت لایه‌ای طبیعی دارد، تصادفی هستند؛ اتم‌های باردار الکتریکی بدون از دست دادن ولتاژ در ماتریس حرکت می‌کنند. همه شاخص ها در این بخش منفی است.

الکترود مثبت باتری لیتیومی منحصراً از اکسیدهای کبالت یا نیکل و همچنین اسپینل لیتیوم منگنز ساخته شده است. در حین تخلیه، یون های لیتیوم از هسته کربن دور می شوند و پس از واکنش با اکسیژن، به کاتد نفوذ کرده و به بیرون می ریزند، اما نمی توانند از بدنه باتری خارج شوند. یون های لیتیوم باردار ولتاژ خود را از دست می دهند و تا زمانی که لیتیوم شارژ شود روی سطح آند باقی می مانند. در طول شارژ، کل فرآیند به ترتیب معکوس انجام می شود.

طراحی باتری لیتیوم یونی

چگونه عنصر قلیاییمنبع تغذیه، باتری لیتیومی به شکل یک سیلندر تولید می شود یا ممکن است شکل منشوری داشته باشد. یک باتری استوانه ای از الکترودهای نورد شده به عنوان هسته استفاده می کند که با یک پوسته مخصوص عایق شده و در داخل قرار می گیرد. مورد فلزی، که با عناصر دارای بار منفی همراه است. برای حفظ قطبیت، تماس منفی در پایین و تماس مثبت در بالای قطعه قرار دارد و این عناصر نباید با یکدیگر تماس داشته باشند، در غیر این صورت جریان از طریق هادی به گردش در می آید که منجر به تخلیه خود به خود می شود.

شکل منشوری باتری لیتیوم یونی بسیار رایج است. در این طرح هسته از روی هم چیدن صفحات مخصوصی که در حداقل فاصله از یکدیگر قرار گرفته اند تشکیل می شود. این سیستم اجازه می دهد تا برای بالاتر مشخصات فنی، اما به دلیل محکم بودن صفحات در هنگام شارژ شدن باتری ها، گرم شدن بیش از حد هسته و ذوب توری امکان پذیر است که منجر به کاهش بهره وری قطعه می شود.

شما اغلب می توانید یک سیستم دستگاه باتری لیتیوم یون ترکیبی را پیدا کنید که در آن الکترودها به صورت رول در می آیند و به شکل یک سیلندر بیضی شکل می شوند. در عین حال، قوانین انتقال صاف رعایت می شود و در همان زمان، بخش مستقیم شکل صفحه را تقلید می کند. چنین باتری هایی دارای ویژگی های هر دو نوع محصول هستند، عمر مفید آنها بسیار طولانی تر است.

در طی واکنش شیمیایی و عملکرد باتری، گازهایی در داخل کیس تشکیل می شود که حاوی مواد مضر است. برای حذف سریع این بخارات، یک خروجی در مورد باتری های لیتیوم یونی وجود دارد که به بانک ها متصل شده و به سرعت گاز انباشته شده را از حفره باتری خارج می کند. برخی از باتری های پرقدرت مجهز به دریچه مخصوصی هستند که در هنگام تجمع بخار بحرانی فعال می شود.

بررسی باتری لیتیوم یونی

شارژهای لیتیوم داخل باتری نیاز به بررسی دوره ای دارد، علیرغم این واقعیت که باتری مشخص شده بدون نیاز به تعمیر و نگهداری در نظر گرفته می شود، از آنجایی که کیس آن مهر و موم شده است، باتری همچنان باید با استفاده از دستگاه خاصی بررسی شود.

بازرسی همیشه با یک بازرسی خارجی آغاز می شود که طی آن بدنه قطعه از نظر ترک و تغییر شکل بررسی می شود. پایانه های باتری نیز بازرسی شده و از اکسیداسیون و سایر آلاینده ها پاک می شوند.

مهم!لازم است باتری را تمیز نگه دارید و از اتصالات کوتاه به یکدیگر خودداری کنید، زیرا این امر می تواند منجر به تخلیه کامل باتری شود که بازیابی آن بسیار مشکل ساز خواهد بود.

برای بررسی وضعیت داخلی هسته از یک دوشاخه بار استفاده می شود که به پایانه ها متصل شده و ولتاژ نامی شبکه را اندازه گیری می کند. سپس یک تخلیه به باتری اعمال می شود و دستگاه نشانگرهای احتباس جریان را در داخل قطعه می خواند. توجه به این نکته ضروری است که باتری در زمان تست باید کاملاً شارژ شود، در غیر این صورت خوانش ها نادرست خواهند بود.

کاربردهای باتری های لیتیوم یونی

باتری‌های لیتیوم یونی بسته به پیکربندی، شکل و درجه ولتاژ در بسیاری از کاربردها استفاده می‌شوند. بیشترین استفاده از باتری ها در صنعت خودروسازی است؛ هر وسیله نقلیه دارای منبع انرژی مخصوص به خود است که وظیفه راه اندازی خودرو و انجام سایر وظایف را بر عهده دارد.

از این باتری ها در دستگاه های موبایل، لپ تاپ و سایر گجت ها نیز استفاده می شود. طراحی این گونه باتری ها شبیه باتری های خودرو است، تنها تفاوت در ابعاد محصولات است که می تواند به اندازه یک قوطی کبریت باشد.

که در اخیرامعرفی باتری های لیتیوم یونی به سیستم های برق اضطراری در خانه و به عنوان محبوب شده است منابع اضطراریبرق، در حالی که باتری به طور مداوم به شبکه مرکزی متصل است. در حالی که دستگاه ها کار می کنند، باتری از یک نیروگاه ساده شارژ می شود و هنگامی که برق خاموش می شود، به طور خودکار شروع به تامین جریان به مصرف کننده می کند. در این حالت، باتری قابل شارژ باید به درستی قرار گرفته و دارای سیستم های حفاظت از گرمای بیش از حد باشد.

ویدئو

لیتیوم یون و باتری های لیتیوم پلیمری

تفکر مهندسی دائماً در حال تکامل است: با مشکلاتی که دائماً در حال ظهور هستند تحریک می شود که برای حل آنها نیاز به توسعه فناوری های جدید است. زمانی باتری‌های نیکل-کادمیم (NiCd) با نیکل-فلز هیدرید (NiMH) جایگزین شدند و اکنون باتری‌های لیتیوم یونی (Li-ion) در تلاش هستند جای باتری‌های لیتیوم یون (Li-ion) را بگیرند. باتری های NiMH تا حدودی جایگزین NiCd شده اند، اما به دلیل مزایای غیرقابل انکار دومی مانند توانایی ارائه جریان بالا، کم هزینهو عمر طولانی، نمی تواند جایگزینی کامل آنها را تضمین کند. اما در مورد باتری های لیتیومی چطور؟ ویژگی های آنها چیست و باتری های Li-pol چه تفاوتی با Li-ion دارند؟ بیایید سعی کنیم این موضوع را درک کنیم.

به عنوان یک قاعده، هنگام خرید یک تلفن همراه یا رایانه لپ‌تاپ، همه ما به این فکر نمی‌کنیم که چه نوع باتری داخل آن است و به طور کلی این دستگاه‌ها چگونه متفاوت هستند. و تنها پس از آن، با برخورد عملی با کیفیت مصرف کننده باتری های خاص، شروع به تجزیه و تحلیل و انتخاب می کنیم. برای کسانی که عجله دارند و می خواهند فوراً به این سؤال پاسخ دهند که کدام باتری برای آنها بهینه است تلفن همراه، من به طور خلاصه پاسخ خواهم داد - Li-ion. اطلاعات زیر برای افراد کنجکاو در نظر گرفته شده است.

اول، یک گشت کوتاه در تاریخ.

اولین آزمایش برای ایجاد باتری های لیتیومیدر سال 1912 شروع شد، اما تنها شش دهه بعد، در اوایل دهه 70، آنها برای اولین بار به وسایل خانگی. علاوه بر این، اجازه دهید تاکید کنم، اینها فقط باتری بودند. تلاش های بعدی برای ساخت باتری های لیتیومی (باتری های قابل شارژ) به دلیل نگرانی های ایمنی شکست خورد. لیتیوم، سبک ترین فلز، دارای بیشترین پتانسیل الکتروشیمیایی است و بیشترین چگالی انرژی را فراهم می کند. باتری هایی که از الکترودهای فلزی لیتیوم استفاده می کنند، هم ولتاژ بالا و هم ظرفیت عالی را ارائه می دهند. اما در نتیجه مطالعات متعدد در دهه 80 مشخص شد که عملکرد چرخه ای (شارژ - دشارژ) باتری های لیتیومی منجر به تغییراتی در الکترود لیتیومی می شود که در نتیجه پایداری حرارتی کاهش می یابد و خطر حالت حرارتی وجود دارد. از کنترل خارج شدن هنگامی که این اتفاق می افتد، دمای عنصر به سرعت به نقطه ذوب لیتیوم نزدیک می شود - و یک واکنش شدید شروع می شود و گازهای آزاد شده را مشتعل می کند. به عنوان مثال، تعداد زیادی از باتری های تلفن همراه لیتیومی که در سال 1991 به ژاپن ارسال شده بودند، پس از چندین حادثه آتش سوزی فراخوان شدند.

به دلیل ناپایداری ذاتی لیتیوم، محققان توجه خود را به باتری های لیتیومی غیرفلزی مبتنی بر یون های لیتیوم معطوف کرده اند. با از دست دادن اندکی چگالی انرژی و رعایت برخی اقدامات احتیاطی هنگام شارژ و دشارژ کردن، باتری‌های به اصطلاح Li-ion ایمن‌تری دریافت کردند.

چگالی انرژی باتری های Li-ion معمولاً دو برابر باتری های استاندارد NiCd است و در آینده به لطف استفاده از باتری های جدید مواد فعالانتظار می رود که آن را حتی بیشتر افزایش دهد و به برتری سه برابری نسبت به NiCd دست یابد. علاوه بر ظرفیت زیاد، باتری‌های لیتیوم یونی در هنگام دشارژ مانند NiCds رفتار می‌کنند (مشخصات تخلیه آنها از نظر شکل مشابه است و فقط از نظر ولتاژ متفاوت است).

امروزه انواع مختلفی از باتری های لیتیوم یونی وجود دارد و شما می توانید برای مدت طولانی در مورد مزایا و معایب یک نوع یا دیگری صحبت کنید، اما تشخیص آنها از نظر ظاهر غیرممکن است. بنابراین، ما فقط مزایا و معایبی را که مشخصه انواع این دستگاه ها است، یادداشت می کنیم و دلایلی را که منجر به تولد باتری های لیتیوم پلیمری شده است، در نظر می گیریم.

مزایای اصلی

• چگالی انرژی بالا و در نتیجه ظرفیت زیاد با ابعاد مشابه در مقایسه با باتری های پایه نیکل.
• خود تخلیه کم.
• ولتاژ بالا در هر سلول (3.6 ولت در مقابل 1.2 ولت برای NiCd و NiMH)، که طراحی را ساده می کند - اغلب باتری فقط از یک سلول تشکیل شده است. امروزه بسیاری از سازندگان از چنین باتری تک سلولی در تلفن های همراه استفاده می کنند (نوکیا را به یاد داشته باشید). با این حال، برای تامین توان یکسان، جریان بالاتری باید تامین شود. و این مستلزم اطمینان از مقاومت داخلی کم عنصر است.
• هزینه های کم نگهداری (عملیاتی) ناشی از فقدان اثر حافظه است که نیاز به چرخه های تخلیه دوره ای برای بازیابی ظرفیت دارد.

ایرادات

فناوری تولید باتری لیتیوم یونی به طور مداوم در حال بهبود است. تقریباً هر شش ماه یکبار به‌روزرسانی می‌شود و درک اینکه باتری‌های جدید پس از ذخیره‌سازی طولانی‌مدت چگونه "رفتار" می‌کنند دشوار است.

در یک کلام، یک باتری لیتیوم یونی برای همه خوب خواهد بود اگر به خاطر مشکلاتی که در تضمین ایمنی کارکرد آن و هزینه بالا نبود. تلاش برای حل این مشکلات منجر به ظهور باتری های لیتیوم پلیمر (Li-pol یا Li-polymer) شد.

تفاوت اصلی آنها با Li-ion در نام و نوع الکترولیت مورد استفاده منعکس می شود. در ابتدا، در دهه 70، از یک الکترولیت پلیمری جامد خشک استفاده شد، شبیه به فیلم پلاستیکی و رسانای الکتریسیته نبود، اما اجازه تبادل یون‌ها (اتم‌های باردار الکتریکی یا گروه‌هایی از اتم‌ها) را می‌داد. الکترولیت پلیمری به طور موثر جایگزین جداکننده متخلخل سنتی آغشته به الکترولیت می شود.

این طراحی فرآیند تولید را ساده می کند، ایمن تر است و امکان تولید باتری های نازک و آزاد را فراهم می کند. علاوه بر این، عدم وجود الکترولیت مایع یا ژل، امکان اشتعال را از بین می برد. ضخامت عنصر حدود یک میلی متر است، بنابراین توسعه دهندگان تجهیزات در انتخاب شکل، شکل و اندازه آزادند، حتی از جمله اجرای آن در قطعات لباس.

اما تا کنون، متأسفانه، باتری های لیتیوم پلیمری خشک، هدایت الکتریکی کافی در دمای اتاق ندارند. مقاومت داخلی آنها بسیار زیاد است و نمی تواند مقدار جریان مورد نیاز برای ارتباطات مدرن و منبع تغذیه هارد درایوهای رایانه های لپ تاپ را تامین کند. در عین حال، هنگامی که تا 60 درجه سانتیگراد یا بیشتر گرم می شود، رسانایی الکتریکی لیتیوم پلیمر تا حد قابل قبولی افزایش می یابد، اما این برای استفاده انبوه مناسب نیست.

محققان به ساخت باتری های لیتیوم پلیمری با الکترولیت جامد خشک که در دمای اتاق کار می کند ادامه می دهند. انتظار می رود چنین باتری هایی تا سال 2005 به صورت تجاری در دسترس قرار گیرند. آنها پایدار خواهند بود، اجازه 1000 چرخه شارژ-دشارژ کامل را می دهند و چگالی انرژی بالاتری نسبت به باتری های Li-ion امروزی دارند.

در همین حال، برخی از انواع باتری های لیتیوم پلیمری اکنون به عنوان منبع تغذیه پشتیبان در آب و هوای گرم استفاده می شوند. به عنوان مثال، برخی از تولید کنندگان به طور خاص عناصر گرمایشی را نصب می کنند که دمای مطلوب باتری را حفظ می کند.

ممکن است بپرسید: چگونه ممکن است؟ باتری های لیتیوم پلیمری به طور گسترده در بازار به فروش می رسند، سازندگان گوشی ها و رایانه ها را به آنها مجهز می کنند، اما در اینجا می گوییم که هنوز برای استفاده تجاری آماده نیستند. همه چیز بسیار ساده است. در این مورد ما در مورددر مورد باتری هایی که دارای الکترولیت جامد خشک نیستند. به منظور افزایش هدایت الکتریکی باتری های لیتیوم پلیمری کوچک، مقدار مشخصی الکترولیت ژل مانند به آنها اضافه می شود. و بیشتر باتری‌های لیتیوم پلیمری که امروزه برای تلفن‌های همراه استفاده می‌شوند، در واقع هیبریدی هستند، زیرا حاوی الکترولیت ژل مانند هستند. درست تر است که آنها را پلیمر لیتیوم-یون بنامیم. اما اکثر تولید کنندگان به سادگی آنها را به عنوان Li-polymer برای اهداف تبلیغاتی برچسب گذاری می کنند. اجازه دهید با جزئیات بیشتری در مورد این نوع باتری های لیتیوم پلیمر صحبت کنیم، زیرا در حال حاضر آنها بیشترین علاقه را دارند.

بنابراین، تفاوت بین باتری لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر با الکترولیت ژل اضافه شده چیست؟ اگرچه ویژگی ها و کارایی هر دو سیستم تا حد زیادی مشابه است، منحصر به فرد بودن باتری پلیمر لیتیوم یون (می توانید آن را به این نام بنامید) این است که هنوز از یک الکترولیت جامد استفاده می کند که جایگزین جداکننده متخلخل می شود. الکترولیت ژل فقط برای افزایش هدایت یونی اضافه می شود.

مشکلات فنی و تاخیر در افزایش تولید، معرفی باتری های پلیمری لیتیوم یون را به تاخیر انداخته است. به گفته برخی کارشناسان، این امر ناشی از تمایل سرمایه‌گذارانی است که پول زیادی را در توسعه و تولید انبوه باتری‌های لیتیوم یون سرمایه‌گذاری کرده‌اند تا سرمایه‌گذاری‌های خود را پس بگیرند. بنابراین، آنها عجله ای برای تغییر به فن آوری های جدید ندارند، هرچند با تولید انبوه پلیمر لیتیوم یونیباتری ها ارزان تر از لیتیوم یون خواهند بود.

و اکنون در مورد ویژگی های عملکرد باتری های Li-ion و Li-polymer.

ویژگی های اصلی آنها بسیار شبیه است. شارژ باتری های Li-ion با جزئیات کافی در مقاله توضیح داده شده است. علاوه بر این، من فقط یک نمودار (شکل 1) از، نشان دادن مراحل شارژ، و توضیحات کوچک برای آن ارائه خواهم کرد.

مدت زمان شارژ برای تمام باتری های لیتیوم یون با جریان شارژ اولیه 1C (از لحاظ عددی برابر با مقدار اسمی ظرفیت باتری) به طور متوسط ​​3 ساعت است. شارژ کاملزمانی حاصل می شود که ولتاژ باتری برابر با آستانه بالایی باشد و زمانی که جریان شارژ به سطح تقریباً برابر با 3٪ از مقدار اولیه کاهش یابد. باتری در هنگام شارژ سرد می ماند. همانطور که از نمودار مشخص است، فرآیند شارژ شامل دو مرحله است. در مرحله اول (کمی بیش از یک ساعت)، ولتاژ با جریان شارژ اولیه تقریباً ثابت 1 درجه سانتیگراد افزایش می یابد تا زمانی که ابتدا به آستانه ولتاژ بالایی برسد. در این مرحله باتری تقریباً 70 درصد ظرفیت خود شارژ می شود. در ابتدای مرحله دوم ولتاژ تقریبا ثابت می ماند و جریان کاهش می یابد تا به 3 درصد بالا برسد. پس از این، شارژ به طور کامل متوقف می شود.

اگر نیاز دارید که باتری را همیشه شارژ نگه دارید، توصیه می شود بعد از 500 ساعت یا 20 روز دوباره شارژ کنید. معمولاً زمانی انجام می شود که ولتاژ در پایانه های باتری به 4.05 ولت کاهش می یابد و زمانی که ولتاژ به 4.2 ولت می رسد متوقف می شود.

چند کلمه در مورد محدوده دما در هنگام شارژ. اکثر انواع باتری های لیتیوم یونی را می توان با جریان 1 درجه سانتی گراد در دمای 5 تا 45 درجه سانتی گراد شارژ کرد. در دمای 0 تا 5 درجه سانتی گراد، توصیه می شود با جریان 0.1 درجه سانتی گراد شارژ شود. شارژ در دمای زیر صفر ممنوع است. دمای مطلوب برای شارژ 15 تا 25 درجه سانتیگراد است.

فرآیندهای شارژ در باتری های لیتیوم پلیمری تقریباً مشابه مواردی است که در بالا توضیح داده شد، بنابراین مصرف کننده مطلقاً نیازی به دانستن اینکه کدام یک از دو نوع باتری در دست دارد، ندارد. و همه آن ها دستگاه شارژ، که او برای باتری های Li-ion استفاده کرد، برای لیتیوم پلیمر مناسب هستند.

و حالا در مورد شرایط ترخیص. به طور معمول، باتری های لیتیوم یونی تا مقدار 3.0 ولت در هر سلول تخلیه می شوند، اگرچه برای برخی از انواع آستانه پایین تر 2.5 ولت است. سازندگان تجهیزات باتری دار معمولاً دستگاه هایی با آستانه خاموش شدن 3.0 ولت (برای همه موارد) طراحی می کنند. این یعنی چی؟ ولتاژ باتری با روشن شدن گوشی به تدریج کاهش می یابد و به محض اینکه به 3.0 ولت رسید دستگاه به شما هشدار داده و خاموش می شود. با این حال، این بدان معنا نیست که مصرف انرژی باتری را متوقف کرده است. انرژی، هرچند کم، برای تشخیص زمان فشار دادن کلید پاور گوشی و برخی عملکردهای دیگر مورد نیاز است. علاوه بر این، انرژی توسط مدار کنترل داخلی و حفاظتی خود مصرف می شود و تخلیه خود به خود، اگرچه کم است، اما حتی برای باتری های لیتیومی نیز معمول است. در نتیجه، اگر باتری های لیتیومی برای مدت طولانی بدون شارژ باقی بمانند، ولتاژ روی آنها به زیر 2.5 ولت می رسد که بسیار بد است. در این حالت، مدار کنترل داخلی و حفاظت ممکن است غیرفعال شود و همه شارژرها قادر به شارژ چنین باتری هایی نباشند. علاوه بر این، تخلیه عمیق بر ساختار داخلی خود باتری تأثیر منفی می گذارد. یک باتری کاملاً تخلیه شده باید در مرحله اول با جریان تنها 0.1 درجه سانتیگراد شارژ شود. به طور خلاصه، باتری ها دوست دارند در حالت شارژ باشند تا در حالت دشارژ.

چند کلمه در مورد شرایط دمایی هنگام تخلیه (در حین کار بخوانید).

به طور کلی، باتری های لیتیوم یون در دمای اتاق بهترین عملکرد را دارند. کار در شرایط گرمتر به طور جدی طول عمر آنها را کاهش می دهد. اگر چه، برای مثال، یک باتری سرب اسیدی بالاترین ظرفیت را در دمای بالای 30 درجه سانتیگراد دارد، کارکرد طولانی مدت در چنین شرایطی عمر باتری را کوتاه می کند. به همین ترتیب، لیتیوم یون زمانی بهتر عمل می کند درجه حرارت بالا، که در ابتدا با افزایش مقاومت داخلی باتری ناشی از کهنگی مقابله می کند. اما افزایش تولید انرژی کوتاه مدت است، زیرا افزایش دما به نوبه خود باعث افزایش سرعت پیری می شود که با افزایش بیشتر مقاومت داخلی همراه است.

تنها استثنا در حال حاضر باتری های لیتیوم پلیمری با الکترولیت پلیمری جامد خشک هستند. آنها به دمای حیاتی 60 تا 100 درجه سانتیگراد نیاز دارند. و چنین باتری هایی جایگاه خود را در بازار منابع پشتیبان در آب و هوای گرم پیدا کرده اند. آنها در یک محفظه عایق حرارتی با عناصر گرمایش داخلی که از آنها تغذیه می شود قرار می گیرند شبکه خارجی. باتری های لیتیوم یون پلیمری به عنوان باتری های پشتیبان از نظر ظرفیت و دوام برتر از باتری های VRLA هستند، به ویژه در شرایط میدانیزمانی که کنترل دما امکان پذیر نیست. اما آنها قیمت بالایک عامل محدود کننده باقی می ماند.

در دماهای پایین، راندمان باتری های تمام سیستم های الکتروشیمیایی به شدت کاهش می یابد. در حالی که باتری های NiMH، SLA و Li-ion در دمای -20 درجه سانتیگراد کار نمی کنند، باتری های NiCd تا دمای -40 درجه سانتیگراد به کار خود ادامه می دهند. اجازه دهید فقط توجه داشته باشم که دوباره ما فقط در مورد باتری های با کاربرد گسترده صحبت می کنیم.

مهم است به خاطر داشته باشید که اگرچه باتری می تواند در دمای پایین کار کند، اما این بدان معنا نیست که در این شرایط نیز می توان آن را شارژ کرد. پاسخگویی شارژ اکثر باتری ها در دمای بسیار پایین بسیار محدود است و جریان شارژ در این موارد باید به 0.1 درجه سانتیگراد کاهش یابد.

در خاتمه، می‌خواهم متذکر شوم که می‌توانید در فروم زیر انجمن لوازم جانبی، سؤالات و مشکلات مربوط به لیتیوم یون، لیتیوم پلیمر و همچنین انواع دیگر باتری‌ها را مطرح کنید.

هنگام نوشتن این مقاله، از مواد [—باتری برای دستگاه های تلفن همراه و رایانه های لپ تاپ استفاده شد. آنالایزرهای باتری