باتری های لیتیومی

باتری های لیتیوم یا لیتیوم یون (Li-ion) عمدتاً در تلفن های همراه، لپ تاپ ها و دوربین های فیلمبرداری یافت می شوند. محصولات گران هستند، و باتری ها نیز گران هستند، بنابراین شما باید با مهارت بیشتری از هر باتری دیگری با آنها کار کنید. پس قدرت Li-Ion چیست؟ احتمالاً شایعات و افسانه های بیشتری در اینجا وجود دارد. اولاً ، به خودی خود ظاهر می شود ، فقط به این دلیل که فروشندگان تجهیزات با باتری های لیتیوم یون هیچ دستورالعمل خاصی ارائه نمی دهند و می گویند که باتری "هوشمند" است و همه چیز را همانطور که باید انجام می دهد. اما نه خودش. از این گذشته، چند مورد وجود دارد که دارندگان لپ‌تاپ‌های جدید باتری را در عرض یک ماه غیرقابل استفاده می‌کنند و سپس قیمت‌های خوبی برای آن پرداخت می‌کنند. باتری نو. البته باتری‌های لیتیومی گران هستند زیرا مملو از وسایل الکترونیکی هستند، اما متأسفانه شما را از احمق بودن نجات نمی‌دهند.

تخلیه بیش از حد

مانند باتری‌های نیکل، باتری‌های لیتیومی نیز بسیار مستعد شارژ و تخلیه بیش از حد هستند. اما از آنجایی که این باتری‌ها در دستگاه‌های هوشمند استفاده می‌شوند و با شارژرهای مخصوص به خود عرضه می‌شوند، وسایل الکترونیکی آن‌ها اجازه شارژ بیش از حد را نمی‌دهند - یعنی. لازم نیست از او بترسی اما کنترل تخلیه بیش از حد دشوارتر است، به همین دلیل است که بیشترین میزان را دارد علت معمولیخرابی زودرس باتری البته در گران و دستگاه های پیچیدهبه عنوان مثال، در لپ‌تاپ‌ها، خاموش شدن قبل از کاهش ولتاژ رخ می‌دهد ارزش بحرانی. اما سوابق نشان می دهد که این خاموشی اضطراری بهتر است به عنوان یک اقدام اضطراری در نظر گرفته شود که در صورت امکان بهتر است از آن اجتناب شود. این مهمترین قانون است - اجتناب کنید تخلیه کامل، زیرا ولتاژ پایین می تواند مدار را قطع کند حفاظت اضطراری. این اتفاق می‌افتد که افراد زمانی که با آموزش از بین می‌روند، باتری‌های خود را می‌کشند. آموزش چیز خوبی است، اما برای باتری های لیتیومی 2-3 چرخه کامل کافی است.

باتری های لیتیومی هیچ اثر حافظه ای ندارند، بنابراین هر زمان که بخواهید می توان آن ها را شارژ کرد، بنابراین بهتر است پس از تمرین باتری ها را به طور کامل تخلیه نکنید. آستانه پایین توصیه شده 5-10٪ است. آستانه بحرانی پایین 3٪ است.

بسیاری از چرخه های ناقص یا یک چرخه کامل

باتری های لیتیومی تقریباً 300 چرخه عمر مفید دارند. سیکل کامل به عنوان چرخه شارژ کامل و تخلیه کامل (یعنی تا حدود 3٪ ظرفیت) در نظر گرفته می شود یا برعکس. اگر باتری را تا 50 درصد تخلیه کنید و سپس آن را شارژ کنید، 1/2 سیکل می شود، اگر به 75 درصد و شارژ آن 1/4 چرخه و غیره می شود. بنابراین، برای تلفن ها و لپ تاپ ها، تفاوت مزایا بین چرخه کامل و ناقص متفاوت است. دائماً در اینترنت گفته می شود که بسیاری از افراد تلفن های خود را در زمانی که کاملاً دشارژ نشده بودند (یعنی تلفن را هر روز شارژ می کردند) شارژ کرده و در نهایت آنها را خراب کردند. در عین حال، برای لپ تاپ ها به طور قابل اعتماد مشخص است که چرخه های کامل باتری را سریعتر از چرخه های ناقص فرسوده می کند. وضعیت با بررسی دقیق تر روشن می شود. دستگاه های لیتیوم یونیباتری ها (به مواد اضافی مراجعه کنید). معلوم می شود که خیلی به کنترلر بستگی دارد. این اوست که جریان شارژ را کنترل می کند ، وضعیت باتری و غیره را نظارت می کند. بنابراین، در لپ تاپ ها کنترلر در خود باتری قرار دارد و تنظیم می شود ابزارهای کمکی سیستمبه عنوان مثال کالیبراسیون. در تلفن های همراه، کنترلر در خود گوشی قرار دارد و به راحتی قابل تنظیم نیست. حداقل در باتری های لیتیومیو هیچ اثر حافظه ای وجود ندارد، اما یک اثر به اصطلاح "حافظه دیجیتال" وجود دارد. واقعیت این است که الکترونیک کنترل شارژ-دشارژ واقع در خود باتری مستقل از دستگاه با استفاده از باتری کار می کند. الکترونیک داخلی سطح ولتاژ المنت را کنترل می کند، با رسیدن به حداکثر مقدار تنظیم شده، شارژ را قطع می کند (با در نظر گرفتن تغییر ولتاژ به دلیل جریان شارژ و دمای باتری)، هنگام رسیدن به یک مقدار بحرانی، دشارژ را قطع می کند و این را گزارش می کند. "بالادست" (تعداد زیادی از محصولات برای این اهداف تولید می شود تراشه های تخصصی). سیستم مانیتورینگ باتری "در بالا" سطح شارژ را بر اساس اطلاعات مربوط به لحظه های خاموش شدن شارژ و تخلیه از باتری و خوانش های سیستم اندازه گیری فعلی محاسبه می کند. اما اگر شرایط عملیاتی به گونه ای باشد که تخلیه کامل قبل از خاموش شدن سخت افزاریا کاملا شارژ شدهرخ نمی دهد، این محاسبات ممکن است پس از چندین چرخه کاملاً صحیح نباشد - ظرفیت باتری با گذشت زمان کاهش می یابد و خوانش متر فعلی ممکن است همیشه با واقعیت مطابقت نداشته باشد. به طور معمول، انحرافات برای هر چرخه از یک درصد تجاوز نمی کند، مگر اینکه تغییرات جدی در حین کار رخ دهد، به عنوان مثال، با خرابی یکی از سلول های باتری. سیستم مانیتورینگ توانایی "یادگیری" یعنی محاسبه مجدد مقدار ظرفیت کامل باتری را دارد، اما برای این کار لازم است حداقل یک چرخه شارژ و تخلیه کامل قبل از مدارهای سخت افزاری خود باتری انجام شود. باعث شد. بنابراین معلوم می شود که با چرخه های بسیار مکرر، کنترل کننده گیج می شود، و بنابراین، شارژ باتری را به اشتباه محاسبه می کند و شارژ نادرست را انجام می دهد، در نتیجه باتری خراب می شود. برخلاف لپ تاپ، گوشی را نمی توان دوباره کالیبره کرد. تمام آنچه در آن باقی می ماند در این مورد، این برای انجام چند چرخه کامل برای مرتب کردن کنترلر است. توصیه می‌کنم در حالت ایده‌آل، چرخه‌های کامل و ناقص را با رعایت اصل "میانگین طلایی" ترکیب کنید. من شخصاً این کار را با تلفن همراه خود انجام دادم - در نتیجه پس از 2 سال کار ، افت ظرفیت بیش از 40٪ نبود که یک هنجار است. تا حدی، زمان نیز با باتری های لیتیومی مهربان نیست - آنها با گذشت زمان، بدون توجه به استفاده، فرسوده می شوند. طول عمر آنها کوتاه است و تعویض باتری هر 2-3 سال یکبار منطقی است.

ذخیره سازی

زمانی که از باتری استفاده نمی شود، توصیه می شود آن را با ظرفیت 40 درصد در جای خنک نگهداری کنید. حد دمای پایین‌تر برای ذخیره‌سازی و کارکرد 00 درجه سانتی‌گراد است. به طور کلی، باتری‌های لیتیومی دوست دارند شارژ شوند، یعنی. بهتر است برخلاف نیکل ها در حالت شارژ نگهداری شوند. اما در طول ذخیره سازی طولانی مدت، حداکثر شارژ همچنان باتری را بیشتر فرسوده می کند، بنابراین حالت بهینه شارژ 40 درصد در نظر گرفته می شود.

احیای باتری

به طور کلی، اگر باتری تمام شده است، بهتر است یک باتری جدید بخرید؛ این منطقی ترین گزینه است، هرچند گران است. من هیچ دستور العمل قابل اعتمادی برای احیای باتری ها ندیده ام. افسانه های واقعی در اینجا وجود دارد، به خصوص در مورد لپ تاپ ها، که مردم باتری لپ تاپ خراب خود را احیا کرده اند و همه چیز با آنها خوب است. یکی از آنها اینگونه به نظر می رسد: "شما باید باتری را کاملاً خالی کنید، لپ تاپ را برای یک هفته بگذارید. سپس باتری را به طور کامل شارژ کنید و همچنین آن را به مدت یک هفته بگذارید. ظرف دو ماه باید ظرفیت بازسازی شود.

برای تلفن های همراه: ترکیب چرخه کامل و ناقص (به نسبت "XZ").
برای لپ‌تاپ‌ها: تا حد امکان چرخه کامل (پس از آموزش).
برای همه: انجام چرخه های 80٪ توصیه می شود. اجازه تخلیه کامل (زیر 3٪) را نمی دهد.

باتری های لیتیوم یوننه به اندازه همتایان نیکل-فلز هیدرید آنها "گزنده"، اما هنوز هم نیاز به مراقبت دارند. چسبیدن به پنج قوانین ساده ، شما نه تنها می توانید تمدید کنید چرخه زندگیباتری های لیتیوم یونی، اما همچنین زمان کار دستگاه های تلفن همراه را بدون شارژ مجدد افزایش می دهد.

اجازه تخلیه کامل ندهید.در لیتیوم - باتری های یونیهیچ به اصطلاح اثر حافظه وجود ندارد، بنابراین آنها می توانند و علاوه بر این، بدون انتظار برای تخلیه به صفر شارژ شوند. بسیاری از سازندگان عمر باتری لیتیوم یونی را با تعداد چرخه های تخلیه کامل (تا 0٪) محاسبه می کنند. برای باتری های با کیفیتاین 400-600 سیکل. برای افزایش عمر باتری لیتیوم یونی خود، تلفن خود را بیشتر شارژ کنید. در حالت بهینه، به محض اینکه شارژ باتری به زیر 10-20 درصد رسید، می توانید گوشی را شارژ کنید. این باعث افزایش تعداد چرخه های تخلیه به 1000-1100 .
کارشناسان این فرآیند را با شاخصی مانند Depth Of Discharge توصیف می کنند. اگر گوشی شما تا 20 درصد دشارژ شده باشد، عمق دشارژ 80 درصد است. جدول زیر وابستگی تعداد چرخه های دشارژ یک باتری لیتیوم یونی به عمق دشارژ را نشان می دهد:

هر 3 ماه یکبار ترخیص کنید.شارژ کامل برای مدت طولانی به همان اندازه برای باتری های لیتیوم یون مضر است که دشارژ دائمی آن به صفر می رسد.
با توجه به فرآیند شارژ بسیار ناپایدار (ما اغلب گوشی را در صورت نیاز و در صورت امکان از USB، سوکت، باتری خارجی و غیره شارژ می کنیم)، کارشناسان توصیه می کنند هر 3 ماه یک بار باتری را کاملاً تخلیه کرده و سپس آن را شارژ کنید. به 100٪ و نگه داشتن آن در شارژ 8-12 ساعت. این به بازنشانی به اصطلاح پرچم های باتری کم و زیاد کمک می کند. می توانید در این مورد بیشتر بخوانید.

فروشگاه با شارژ جزئی. شرایط بهینه برای نگهداری طولانی مدت باتری لیتیوم یونی بین 30 تا 50 درصد شارژ در دمای 15 درجه سانتی گراد است. اگر باتری را به طور کامل شارژ کنید، ظرفیت آن در طول زمان به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. و در اینجا باتری است که برای مدت طولانیگرد و غبار را روی قفسه جمع می کرد، به صفر تخلیه می شد، به احتمال زیاد دیگر زنده نیست - وقت آن است که آن را برای بازیافت بفرستید.
جدول زیر نشان می‌دهد که باتری لیتیوم یونی بسته به دمای ذخیره‌سازی و میزان شارژ در زمانی که به مدت ۱ سال نگهداری می‌شود، چقدر ظرفیت باقی می‌ماند.

از اورجینال استفاده کنید شارژر. تعداد کمی از مردم می دانند که شارژر در اکثر موارد مستقیماً در دستگاه های تلفن همراه و خارجی ساخته می شود آداپتور شبکهاین فقط ولتاژ را کاهش می دهد و جریان شبکه برق خانگی را اصلاح می کند ، یعنی مستقیماً روی باتری تأثیر نمی گذارد. برخی از ابزارها، به عنوان مثال دوربین های دیجیتال، شارژر داخلی ندارند و بنابراین باتری های لیتیوم یون آنها در یک "شارژر" خارجی قرار می گیرند. اینجاست که استفاده از یک شارژر خارجی با کیفیت مشکوک به جای شارژر اصلی می تواند بر عملکرد باتری تأثیر منفی بگذارد.

از گرمای بیش از حد خودداری کنید.خب، بدترین دشمن باتری های لیتیوم یون دمای بالا است - آنها مطلقا نمی توانند گرمای بیش از حد را تحمل کنند. بنابراین اجازه ندهید دستگاه های تلفن همراهتابش مستقیم نور خورشید داشته باشند و آنها را در مجاورت منابع گرمایی مانند بخاری برقی قرار ندهید. بیشترین دماهای مجاز، که در آن امکان استفاده از باتری های لیتیوم یون وجود دارد: از -40 درجه سانتیگراد تا +50 درجه سانتیگراد

همچنین، می توانید نگاه کنید

در مدرن تلفن های همراه، لپ تاپ ها، تبلت ها از باتری های لیتیوم یونی استفاده می کنند. آنها به تدریج باتری های قلیایی را از بازار خارج کردند الکترونیک قابل حمل. پیش از این، همه این دستگاه ها از باتری های نیکل-کادمیم و نیکل-فلز هیدرید استفاده می کردند. اما روزهای آنها به پایان رسیده است، زیرا باتری های Li─Ion این کار را کرده اند بهترین ویژگی ها. درست است، آنها نمی توانند از همه جهات جایگزین قلیایی ها شوند. به عنوان مثال، جریان هایی که باتری های نیکل-کادمیم می توانند تولید کنند برای آنها غیرقابل دسترسی است. این برای تامین انرژی گوشی های هوشمند و تبلت ها حیاتی نیست. با این حال، در زمینه ابزارهای برقی قابل حمل که جریان زیادی را می کشند، باتری های قلیایی هنوز راهگشا هستند. با این حال، کار بر روی توسعه باتری هایی با جریان تخلیه بالا بدون کادمیوم ادامه دارد. امروز ما در مورد باتری های لیتیوم یون، طراحی، عملکرد و چشم انداز توسعه آنها صحبت خواهیم کرد.

اولین سلول های باتری با آند لیتیوم در دهه هفتاد قرن گذشته منتشر شد. آنها از شدت انرژی ویژه بالایی برخوردار بودند که بلافاصله آنها را مورد تقاضا قرار داد. کارشناسان مدت‌هاست که به دنبال ایجاد منبعی بر اساس فلز قلیایی هستند که فعالیت بالایی دارد. به لطف این، ولتاژ بالای این نوع باتری و چگالی انرژی به دست آمد. در همان زمان، توسعه طراحی چنین عناصر بسیار سریع انجام شد، اما آنها استفاده عملیمشکلاتی ایجاد کرد. فقط در دهه 90 قرن گذشته با آنها برخورد شد.

در طول این 20 سال، محققان به این نتیجه رسیده اند که مشکل اصلی الکترود لیتیوم است. این فلز بسیار فعال است و در حین کار تعدادی فرآیند اتفاق افتاد که در نهایت منجر به احتراق شد. این تهویه مولد شعله نامیده شد. به همین دلیل، در اوایل دهه 90، سازندگان مجبور شدند باتری های تولید شده برای تلفن های همراه را به یاد بیاورند.

این اتفاق پس از یک سری تصادفات رخ داد. در زمان گفتگو، جریان مصرفی باتری به حداکثر خود رسید و تهویه با انتشار شعله آغاز شد. در نتیجه موارد زیادی از سوختگی صورت کاربران مشاهده شده است. بنابراین، دانشمندان مجبور شدند طراحی باتری‌های لیتیوم یونی را اصلاح کنند.

فلز لیتیوم بسیار ناپایدار است، به خصوص هنگام شارژ و تخلیه. بنابراین، محققان شروع به ساخت یک باتری از نوع لیتیوم بدون استفاده از لیتیوم کردند. یون های این فلز قلیایی شروع به استفاده کردند. نام آنها از اینجا آمده است.

باتری های لیتیوم یونی چگالی انرژی کمتری نسبت به . اما در صورت رعایت استانداردهای شارژ و دشارژ ایمن هستند.

واکنش هایی که در یک باتری لیتیوم یونی رخ می دهد

جهشی به سوی معرفی باتری های لیتیوم یونی در لوازم الکترونیکی مصرفیساخت باتری هایی بود که در آن الکترود منفی از مواد کربنی ساخته شده بود. شبکه کریستال کربن به عنوان یک ماتریس برای درون یابی یون های لیتیوم بسیار مناسب بود. برای افزایش ولتاژ باتری، الکترود مثبتاز اکسید کبالت ساخته شده بود. پتانسیل اکسید کبالت لایت تقریباً 4 ولت است.

ولتاژ کار اکثر باتری های لیتیوم یون 3 ولت یا بیشتر است. در طول فرآیند تخلیه در الکترود منفی، لیتیوم از کربن جدا شده و به اکسید کبالت الکترود مثبت تبدیل می‌شود. در طول فرآیند شارژ، فرآیندها به صورت معکوس انجام می شود. به نظر می رسد که هیچ لیتیوم فلزی در سیستم وجود ندارد، اما یون های آن کار می کنند و از یک الکترود به الکترود دیگر حرکت می کنند و جریان الکتریکی ایجاد می کنند.

واکنش های روی الکترود منفی

تمام مدل های تجاری مدرن باتری های لیتیوم یون دارای یک الکترود منفی ساخته شده از مواد حاوی کربن هستند. فرآیند پیچیده تراکم لیتیوم به کربن تا حد زیادی به ماهیت این ماده و همچنین ماده الکترولیت بستگی دارد. ماتریس کربن در آند دارای ساختار لایه ای است. ساختار را می توان سفارشی (گرافیت طبیعی یا مصنوعی) یا به طور جزئی (کک، دوده و غیره) سفارش داد.

در طول میان‌سازی، یون‌های لیتیوم لایه‌های کربن را از هم جدا می‌کنند و خود را بین آن‌ها قرار می‌دهند. بینابینی های مختلفی به دست می آید. در حین میان‌اندازی و بینابینی، حجم ویژه ماتریس کربن به‌طور ناچیز تغییر می‌کند. علاوه بر مواد کربنی، می توان از نقره، قلع و آلیاژهای آنها در الکترود منفی استفاده کرد. آنها همچنین سعی دارند از مواد کامپوزیتی با سیلیکون، سولفید قلع، ترکیبات کبالت و ... استفاده کنند.

واکنش های روی الکترود مثبت

در سلول های لیتیوم اولیه (باتری ها)، بیشترین مواد مختلف. این را نمی توان در باتری انجام داد و انتخاب مواد محدود است. بنابراین، الکترود مثبت باتری لیتیوم یونی از نیکل لیتیه یا اکسید کبالت ساخته شده است. اسپینل لیتیوم منگنز نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

تحقیقات در حال حاضر روی مواد فسفات مخلوط یا اکسید مخلوط برای کاتد در حال انجام است.همانطور که کارشناسان ثابت کرده اند، چنین موادی بهبود می یابند مشخصات الکتریکیباتری های لیتیوم یونی روش هایی برای اعمال اکسیدها به سطح کاتد نیز در حال توسعه است.

واکنش هایی که در باتری لیتیوم یونی در حین شارژ رخ می دهد را می توان با معادلات زیر توصیف کرد:

الکترود مثبت

LiCoO 2 → Li 1-x CoO 2 + xLi + + xe -

الکترود منفی

С + xLi + + xe — → CLi x

در طول فرآیند تخلیه، واکنش ها در جهت مخالف انجام می شود.

شکل زیر به صورت شماتیک فرآیندهایی را نشان می دهد که در باتری لیتیوم یونی در حین شارژ و دشارژ اتفاق می افتد.

طراحی باتری لیتیوم یون

باتری های Li─Ion با توجه به طراحی خود در طرح های استوانه ای و منشوری ساخته می شوند.طراحی استوانه ای شکل، نشان دهنده یک رول الکترود با مواد جداکننده برای جداسازی الکترودها است. این رول در محفظه ای از آلومینیوم یا فولاد قرار می گیرد. الکترود منفی به آن متصل است.

یک تماس مثبت به عنوان خروجی است صفحه تماستا انتهای باتری

باتری های لیتیوم یونی با طراحی منشوری با چیدن صفحات مستطیلی شکل روی هم ساخته می شوند. چنین باتری هایی باعث می شود بسته بندی متراکم تر شود. مشکل در حفظ نیروی فشاری روی الکترودها است. باتری‌های منشوری با مجموعه‌ای از الکترودها وجود دارد که به صورت مارپیچی پیچیده شده‌اند.

طراحی هر باتری لیتیوم یونی شامل اقداماتی برای اطمینان از آنها است کار ایمن. این در درجه اول به جلوگیری از گرم شدن و احتراق مربوط می شود. مکانیزمی در زیر پوشش باتری تعبیه شده است که با افزایش ضریب دما مقاومت باتری را افزایش می دهد. هنگامی که فشار داخل باتری بیش از حد مجاز افزایش می یابد، مکانیسم ترمینال مثبت و کاتد را می شکند.

علاوه بر این، برای افزایش ایمنی عملیاتی در باتری لیتیوم یونی x باید از برد الکترونیکی استفاده شود. هدف آن کنترل فرآیندهای شارژ و دشارژ، جلوگیری از گرمای بیش از حد و اتصال کوتاه است.

در حال حاضر تعداد زیادی باتری لیتیوم یون منشوری در حال تولید هستند. آنها در گوشی های هوشمند و تبلت ها کاربرد پیدا می کنند. طراحی باتری های منشوری اغلب می تواند از یکدیگر متفاوت باشد. تولید کنندگان مختلف، زیرا یکپارچگی واحد ندارد. الکترودهایی با قطب مخالف توسط یک جداکننده از هم جدا می شوند. برای تولید آن از پلی پروپیلن متخلخل استفاده می شود.

طراحی باتری های Li-Ion و دیگر انواع باتری های لیتیومی همیشه مهر و موم شده است. این نیاز اجباری، از آنجایی که نشت الکترولیت مجاز نیست. اگر نشتی داشته باشد، الکترونیک آسیب می بیند. علاوه بر این، طراحی مهر و موم شده از ورود آب و اکسیژن به باتری جلوگیری می کند. اگر داخل شوند، باتری را در نتیجه واکنش با الکترولیت و الکترودها از بین می برند. تولید قطعات برای باتری های لیتیومیو مجموعه آنها در جعبه های خشک مخصوص در فضای آرگون قرار دارد. در این مورد از آنها استفاده می شود تکنیک های پیچیدهجوشکاری، آب بندی و غیره

در مورد مقدار جرم فعال باتری لیتیوم یونی، سازندگان همیشه به دنبال مصالحه هستند. آنها نیاز به دستیابی به حداکثر ظرفیت و اطمینان از عملکرد ایمن دارند. رابطه زیر مبنا قرار می گیرد:

A o / A p = 1.1، که در آن

A o - جرم فعال الکترود منفی؛

و n جرم فعال الکترود مثبت است.

این تعادل از تشکیل لیتیوم (فلز خالص) جلوگیری می کند و از آتش سوزی جلوگیری می کند.

پارامترهای باتری های لیتیوم یونی

باتری های لیتیوم یونی که امروزه تولید می شوند دارای ظرفیت انرژی ویژه و ولتاژ کاری بالایی هستند. ولتاژ دومی در بیشتر موارد بین 3.5 تا 3.7 ولت است. شدت انرژی بین 100 تا 180 وات ساعت بر کیلوگرم یا 250 تا 400 وات بر لیتر است. مدتی پیش، سازندگان نمی توانستند باتری هایی با ظرفیت بالاتر از چندین آمپر ساعت تولید کنند. اکنون مشکلات بازدارنده توسعه در این مسیر برطرف شده است. بنابراین، باتری های لیتیومی با ظرفیت چند صد آمپر ساعت شروع به فروش کردند.

جریان تخلیه باتری های لیتیوم یونی مدرن بین 2 تا 20 درجه سانتی گراد است. آنها در محدوده دمای محیط از -20 تا +60 درجه سانتیگراد کار می کنند. مدل هایی وجود دارند که در دمای -40 درجه سانتیگراد کار می کنند. اما ارزش این را دارد که فوراً بگوییم که سری باتری های ویژه در دمای زیر صفر کار می کنند. باتری‌های لیتیوم یون معمولی برای تلفن‌های همراه در دمای زیر صفر غیرقابل کار می‌شوند.

میزان خود تخلیه این نوع باتری در ماه اول 4-6 درصد است. سپس کاهش می یابد و به درصدی در سال می رسد. این به طور قابل توجهی کمتر از باتری های نیکل-کادمیم و نیکل-فلز هیدرید است. عمر سرویس تقریباً 400-500 سیکل شارژ-دشارژ است.

حالا بیایید در مورد ویژگی های عملکرد باتری های لیتیوم یون صحبت کنیم.

عملکرد باتری های لیتیوم یون

شارژ باتری های Li─Ion

شارژ باتری های لیتیوم یون معمولاً ترکیبی است. آنها ابتدا در شارژ می شوند دی سیبا مقدار 0.2─1C تا زمانی که ولتاژ به 4.1─4.2 ولت برسد. و سپس شارژ با ولتاژ ثابت انجام می شود. مرحله اول حدود یک ساعت و مرحله دوم حدود دو ساعت طول می کشد. برای شارژ سریعتر باتری، استفاده کنید حالت پالس. در ابتدا باتری های Li-Ion با گرافیت تولید شد و حد ولتاژ 4.1 ولت در هر سلول برای آنها تعیین شد. واقعیت این است که در یک ولتاژ بالاتر در عنصر، واکنش های جانبی شروع شد و عمر این باتری ها را کوتاه کرد.

به تدریج با دوپینگ گرافیت با افزودنی های مختلف این معایب برطرف شد. سلول های لیتیوم یون مدرن تا 4.2 ولت بدون هیچ مشکلی شارژ می شوند.خطا 0.05 ولت در هر عنصر است. گروه‌هایی از باتری‌های Li─Ion برای بخش‌های نظامی و صنعتی وجود دارد که در آن‌ها قابلیت اطمینان افزایش یافته و بلند مدتخدمات. برای چنین باتری هایی می توانند مقاومت کنند حداکثر ولتاژهر عنصر 3.90 ولت. آنها چگالی انرژی کمی کمتر دارند، اما عمر مفید بیشتری دارند.

اگر باتری لیتیوم یونی را با جریان 1 درجه سانتیگراد شارژ کنید، زمان آن است مجموعه کاملظرفیت 2-3 ساعت خواهد بود. هنگامی که ولتاژ به حداکثر افزایش یابد و جریان به 3 درصد مقدار در ابتدای فرآیند شارژ کاهش یابد، باتری کاملاً شارژ در نظر گرفته می شود. این را می توان در نمودار زیر مشاهده کرد.

نمودار زیر مراحل شارژ باتری Li─Ion را نشان می دهد.

فرآیند شارژ شامل مراحل زیر است:

• مرحله 1. در این مرحله حداکثر جریان شارژ از باتری عبور می کند. تا رسیدن به ولتاژ آستانه ادامه می یابد.
• مرحله 2. در یک ولتاژ ثابت روی باتری، جریان شارژ به تدریج کاهش می یابد. این مرحله زمانی متوقف می شود که جریان به 3 درصد مقدار اولیه کاهش یابد.
• مرحله 3. اگر باتری ذخیره شده باشد، در این مرحله یک شارژ دوره ای برای جبران تخلیه خود وجود دارد. این تقریباً هر 500 ساعت انجام می شود.
  از روی تمرین مشخص است که افزایش جریان شارژ باعث کاهش زمان شارژ باتری نمی شود. با افزایش جریان، ولتاژ سریعتر به مقدار آستانه افزایش می یابد. اما مرحله دوم شارژ بیشتر طول می کشد. برخی از شارژرها (شارژرها) می توانند یک باتری Li─Ion را در یک ساعت شارژ کنند. در چنین شارژرهایی مرحله دوم وجود ندارد، اما در واقع باتری در این نقطه حدود 70 درصد شارژ می شود.

در مورد شارژ جت، برای باتری های لیتیوم یون قابل استفاده نیست. این با این واقعیت توضیح داده می شود که این نوع باتری نمی تواند انرژی اضافی را هنگام شارژ مجدد جذب کند. شارژ جت می تواند منجر به انتقال برخی از یون های لیتیوم به حالت فلزی شود (ظرفیت 0).

و شارژ کوتاه به خوبی خود تخلیه و تلفات را جبران می کند انرژی الکتریکی. شارژ در مرحله سوم هر 500 ساعت یکبار قابل انجام است. به عنوان یک قاعده، زمانی انجام می شود که ولتاژ باتری در یک عنصر به 4.05 ولت کاهش یابد. شارژ تا زمانی که ولتاژ به 4.2 ولت افزایش یابد انجام می شود.

شایان ذکر است مقاومت ضعیف باتری های لیتیوم یونی در برابر شارژ بیش از حد است. در نتیجه تامین بار اضافی روی ماتریس کربن (الکترود منفی)، رسوب لیتیوم فلزی ممکن است آغاز شود. فعالیت شیمیایی بسیار بالایی دارد و با الکترولیت تعامل دارد. در نتیجه آزاد شدن اکسیژن از کاتد شروع می شود که افزایش فشار در محفظه و کاهش فشار را تهدید می کند. بنابراین، اگر یک عنصر Li─Ion را با دور زدن کنترلر شارژ می کنید، اجازه ندهید ولتاژ شارژ بیش از آنچه سازنده باتری توصیه می کند افزایش یابد. اگر به طور مداوم باتری را شارژ کنید، عمر مفید آن کاهش می یابد.

سازندگان توجه جدی به ایمنی باتری های Li-Ion دارند. با افزایش ولتاژ بالا، شارژ متوقف می شود سطح مجاز. همچنین مکانیزمی برای خاموش کردن شارژ در زمانی که دمای باتری به بالای 90 درجه سانتیگراد می رسد تعبیه شده است. مقداری مدل های مدرنباتری ها دارای یک سوئیچ نوع مکانیکی در طراحی خود هستند. هنگامی که فشار داخل محفظه باتری افزایش می یابد، فعال می شود. مکانیزم کنترل ولتاژ برد الکترونیکی بر اساس حداقل و حداکثر ولتاژ قوطی را از دنیای خارج جدا می کند.

باتری های لیتیوم یونی بدون محافظ وجود دارد. اینها مدلهای حاوی منگنز هستند. در صورت شارژ مجدد، این عنصر به مهار متالیزاسیون لیتیوم و آزادسازی اکسیژن کمک می کند. بنابراین دیگر نیازی به حفاظت در چنین باتری هایی نیست.

ویژگی های ذخیره سازی و دشارژ باتری های لیتیوم یونی

باتری‌های لیتیومی کاملاً خوب ذخیره می‌شوند و خود تخلیه در سال بسته به شرایط ذخیره‌سازی تنها 10-20 درصد است. اما در عین حال، تخریب سلول های باتری حتی در صورت عدم استفاده ادامه می یابد. به طور کلی، تمام پارامترهای الکتریکی یک باتری لیتیوم یونی ممکن است برای هر نمونه خاص متفاوت باشد.

به عنوان مثال، ولتاژ در حین دشارژ بسته به درجه شارژ، جریان، دمای محیط و غیره تغییر می کند. طول عمر باتری تحت تأثیر جریان ها و حالت های چرخه دشارژ-شارژ و دما است. یکی از معایب اصلی باتری های لیتیوم یونی─ این حساسیت به حالت شارژ-تخلیه است، به همین دلیل است که آنها انواع مختلفی از محافظت را ارائه می دهند.

نمودارهای زیر مشخصات تخلیه باتری های لیتیوم یون را نشان می دهد. آنها وابستگی ولتاژ به جریان تخلیه و دمای محیط را بررسی می کنند.

همانطور که می بینید، با افزایش جریان تخلیه، افت ظرفیت ناچیز است. اما در عین حال، ولتاژ کار به طور محسوسی کاهش می یابد. تصویر مشابهی در دمای کمتر از 10 درجه سانتیگراد مشاهده می شود. همچنین شایان ذکر است افت اولیه ولتاژ باتری.

در تلفن های همراه، دوربین ها و سایر دستگاه های مدرن، بیشتر از باتری های لیتیوم یونی استفاده می شود که جایگزین باتری های قلیایی و نیکل کادمیومی می شوند که از بسیاری جهات بر آنها برتری دارند. باتری های دارای آند لیتیوم برای اولین بار در دهه 70 قرن گذشته ظاهر شدند و بلافاصله به دلیل ولتاژ و شدت انرژی بالا بسیار محبوب شدند.

تاریخچه ظهور

تحولات کوتاه مدت بود، اما سطح عملیمشکلاتی بوجود آمد که فقط در دهه 90 قرن گذشته حل شد. به دلیل فعالیت زیاد لیتیوم، فرآیندهای شیمیایی در داخل عنصر رخ داد که منجر به آتش سوزی شد.

در اوایل دهه 90، تعدادی از تصادفات رخ داد - کاربران تلفن در حین صحبت، در نتیجه اشتعال خود به خود عناصر و سپس خود دستگاه های ارتباطی دچار سوختگی شدید شدند. در این راستا باتری ها به طور کامل متوقف و باتری های آزاد شده قبلی از فروش بازگردانده شدند.

در مدرن باتری های لیتیوم یونیاز فلز خالص استفاده نمی شود، فقط از ترکیبات یونیزه آن استفاده می شود، زیرا آنها پایدارتر هستند. متأسفانه، دانشمندان مجبور شدند قابلیت های باتری را به میزان قابل توجهی کاهش دهند، اما آنها موفق شدند به چیز اصلی دست یابند - مردم دیگر از سوختگی رنج نمی برند.

سلول کریستالی اتصالات مختلفکربن برای ترکیب یون های لیتیوم در الکترود منفی مناسب است. هنگام شارژ از آند به کاتد و هنگام تخلیه برعکس حرکت می کنند.

اصل عملکرد و انواع

در هر باتری لیتیوم یونی، اساس الکترود منفی مواد حاوی کربن است که ساختار آنها قابل سفارش یا تا حدی است. بسته به ماده، فرآیند ادغام Li به C متفاوت است. الکترود مثبت عمدتاً از نیکل اندود شده یا اکسید کبالت ساخته شده است.

با خلاصه کردن تمام واکنش ها، می توان آنها را در معادلات زیر نشان داد:

1. LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe - برای کاتد.
2. C + xLi + + xe → CLix - برای آند.

معادلات برای مورد تخلیه ارائه شده است؛ هنگام شارژ، آنها جریان می یابند سمت معکوس. دانشمندان در حال انجام تحقیقات بر روی مواد جدید متشکل از فسفات ها و اکسیدهای مخلوط هستند. قرار است از این مواد برای کاتد استفاده شود.

دو نوع باتری Li-Ion وجود دارد:

1. استوانه ای؛
2. منشوری

تفاوت اصلی در محل صفحات (در منشوری - روی هم) است. اندازه باتری لیتیومی به این بستگی دارد. به عنوان یک قاعده، منشوری ها متراکم تر و فشرده تر هستند.

علاوه بر این، یک سیستم ایمنی در داخل وجود دارد - مکانیزمی که با افزایش دما، مقاومت را افزایش می دهد و با افزایش فشار، مدار آند-کاتد را می شکند. به لطف برد الکترونیکی، اتصال کوتاه غیرممکن می شود، زیرا فرآیندهای داخل باتری را کنترل می کند.

الکترودهایی با قطب مخالف توسط یک جداکننده از هم جدا می شوند. کیس باید آب بندی شود؛ نشت الکترولیت یا ورود آب و اکسیژن هم باتری و هم خود دستگاه حامل الکترونیکی را از بین می برد.

از تولید کنندگان مختلف، یک باتری لیتیومی ممکن است کاملاً متفاوت به نظر برسد؛ هیچ شکل محصول یکنواختی وجود ندارد. نسبت جرم فعال آند به کاتد باید تقریباً 1:1 باشد، در غیر این صورت تشکیل فلز لیتیوم امکان پذیر است که منجر به آتش سوزی می شود.

مزایا و معایب

باتری ها دارای پارامترهای عالی هستند که بسته به آن متفاوت است تولید کنندگان مختلف. ولتاژ اسمی 3.7-3.8 V با حداکثر 4.4 V است. چگالی انرژی (یکی از شاخص های اصلی) 110-230 Wh/kg است.

مقاومت داخلی بین 5 تا 15 mOhm/1Ah است. عمر سرویس بر اساس تعداد سیکل ها (دشارژ/شارژ) 1000-5000 واحد است. زمان برای شارژ سریع- 15-60 دقیقه. یکی از مهمترین مزایا، روند خود تخلیه آهسته است (فقط 10-20٪ در سال، که 3-6٪ در ماه اول). محدوده دمای عملیاتی 0 تا +65 درجه سانتیگراد است؛ در دمای زیر صفر، شارژ غیرممکن است.

شارژ در چند مرحله انجام می شود:

1. حداکثر جریان شارژ تا یک نقطه مشخص جریان دارد.
2. با رسیدن به پارامترهای عملیاتی، جریان به تدریج به 3٪ از حداکثر مقدار کاهش می یابد.

در طول ذخیره سازی، شارژ مجدد دوره ای تقریباً هر 500 ساعت برای جبران تخلیه خود مورد نیاز است. هنگام شارژ بیش از حد، فلز لیتیوم می تواند رسوب کند، که در تعامل با الکترولیت، اکسیژن را تشکیل می دهد. این امر خطر کاهش فشار را به دلیل افزایش فشار داخلی افزایش می دهد.

شارژ مجدد مکرر عمر باتری را تا حد زیادی کاهش می دهد. علاوه بر این، تأثیر می گذارد محیط، دما ، جریان و غیره

این عنصر دارای معایبی است که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

شرایط استفاده

بهتر است باتری را در شرایط زیر ذخیره کنید: شارژ باید حداقل 40 درصد باشد و دما نباید خیلی کم یا زیاد باشد. بهترین گزینهمحدوده ای از 0C تا +10C است. به طور معمول، حدود 4 درصد از ظرفیت در 2 سال از دست می رود، به همین دلیل است که خرید باتری برای بیش از آن توصیه نمی شود. تاریخ های اولیهتولید.

دانشمندان راهی برای افزایش ماندگاری ابداع کرده اند. یک نگهدارنده مناسب به الکترولیت اضافه می شود. با این حال، برای چنین باتری هایی، "آموزش" باید در قالب 2-3 چرخه تخلیه / شارژ کامل انجام شود تا متعاقباً بتوانند در حالت عادی. در غیر این صورت، ممکن است یک "اثر حافظه" و متعاقب آن تورم کل ساختار رخ دهد. در استفاده صحیحو مطابق با تمام استانداردهای ذخیره سازی، باتری می تواند برای مدت طولانی کار کند، در حالی که ظرفیت آن در سطح بالایی باقی می ماند.

فرآیندهای شارژ و دشارژ هر باتری به شکل یک واکنش شیمیایی رخ می دهد. با این حال، شارژ باتری های لیتیوم یونی از این قاعده مستثنی است. تحقیق علمیانرژی باتری هایی مانند حرکت آشفته یون ها را نشان می دهد. اظهارات صاحب نظران در خور توجه است. اگر علم این است که باتری های لیتیوم یون را به درستی شارژ کند، پس این دستگاه ها باید برای همیشه دوام بیاورند.

دانشمندان شواهدی از از دست دادن ظرفیت مفید باتری را در یون‌های مسدود شده توسط به اصطلاح تله‌ها مشاهده می‌کنند.

بنابراین، همانطور که در مورد دیگران است سیستم های مشابه، دستگاه های لیتیوم یونی در طول استفاده عملی از نقص در امان نیستند.

شارژرهای طراحی لیتیوم یون شباهت هایی با دستگاه های طراحی شده برای سیستم های اسید سرب دارند.

اما تفاوت اصلی بین چنین شارژرهایی در تامین ولتاژ افزایش یافته به سلول ها دیده می شود. علاوه بر این، تحمل‌های جریان سخت‌تر، به‌علاوه حذف شارژ متناوب یا شناور در هنگام شارژ کامل باتری وجود دارد.

یک دستگاه قدرت نسبتا قدرتمند که می تواند به عنوان یک وسیله ذخیره انرژی برای طرح های منبع انرژی جایگزین استفاده شود

اگر از نظر اتصال/قطع ولتاژ انعطاف‌پذیری وجود داشته باشد، سازندگان سیستم‌های لیتیوم یون به طور قاطع این رویکرد را رد می‌کنند.

باتری های لیتیوم یون و قوانین عملکرد این دستگاه ها امکان شارژ بیش از حد نامحدود را نمی دهد.

بنابراین، شارژر به اصطلاح "معجزه آسا" برای باتری های لیتیوم یونی وجود ندارد که بتواند عمر مفید آنها را برای مدت طولانی افزایش دهد.

به دست آوردن ظرفیت اضافی لیتیوم یون از طریق شارژ پالس یا سایر ترفندهای شناخته شده غیرممکن است. انرژی لیتیوم یون نوعی سیستم "پاک" است که به شدت آن را می پذیرد تعداد محدودانرژی.

شارژ باتری های مخلوط کبالت

طرح های کلاسیک باتری های لیتیوم یونیمجهز به کاتدهایی که ساختار آنها از مواد تشکیل شده است:

• کبالت،
• نیکل،
• منگنز،
• آلومینیوم

همه آنها معمولاً با ولتاژ تا 4.20 ولت بر I شارژ می شوند. انحراف مجاز بیش از +/- 50 mV/I نیست. اما همچنین وجود دارد گونه های منفردباتری‌های لیتیوم یون مبتنی بر نیکل، که ولتاژ شارژ تا 4.10 ولت در I را امکان‌پذیر می‌کنند.

باتری‌های لیتیوم یون کبالت به مدارهای محافظ داخلی مجهز هستند، اما این به ندرت از انفجار باتری در هنگام شارژ بیش از حد جلوگیری می‌کند.

همچنین پیشرفت هایی در باتری های لیتیوم یونی وجود دارد که در آن درصد لیتیوم افزایش یافته است. برای آنها، ولتاژ شارژ می تواند به 4.30V/I و بالاتر برسد.

خوب، افزایش ولتاژ باعث افزایش ظرفیت می شود، اما اگر ولتاژ فراتر از مشخصات باشد، می تواند منجر به تخریب ساختار باتری شود.

بنابراین، در بیشتر موارد، باتری های لیتیوم یونی مجهز به مدارهای محافظ هستند که هدف آنها حفظ استاندارد تعیین شده است.

شارژ کامل یا جزئی

با این حال، تمرین نشان می دهد: بیشتر باتری های لیتیوم یون قدرتمند می توانند بیشتر مصرف کنند سطح بالاولتاژ به شرطی که برای مدت کوتاهی تامین شود.

با این گزینه، راندمان شارژ حدود 99٪ است و سلول در تمام مدت شارژ خنک می ماند. درست است، برخی از باتری‌های لیتیوم یونی وقتی به شارژ کامل می‌رسند، هنوز بین 4 تا 5 درجه سانتی‌گراد گرم می‌شوند.

این ممکن است به دلیل محافظت یا به دلیل بالا باشد مقاومت داخلی. برای چنین باتری هایی، زمانی که دما با نرخ شارژ متوسط ​​از 10 درجه سانتیگراد بالاتر رفت، شارژ باید متوقف شود.

باتری های لیتیوم یون موجود در شارژر در حال شارژ شدن هستند. نشانگر نشان می دهد که باتری ها کاملاً شارژ شده اند. فرآیند بیشتر باتری ها را تهدید می کند

شارژ کامل سیستم های مخلوط کبالت در یک ولتاژ آستانه اتفاق می افتد. در این حالت، جریان تا 3-5٪ از مقدار اسمی کاهش می یابد.

باتری نشان خواهد داد شارژ کاملو با رسیدن به یک سطح ظرفیت مشخص که برای مدت طولانی بدون تغییر باقی می ماند. دلیل این امر ممکن است افزایش خود تخلیه باتری باشد.

افزایش جریان شارژ و اشباع بار

لازم به ذکر است که افزایش جریان شارژ، دستیابی به حالت شارژ کامل را تسریع نمی کند. لیتیوم سریعتر به اوج ولتاژ می رسد، اما شارژ کردن تا زمانی که ظرفیت کاملاً اشباع شود زمان بیشتری می برد. با این حال، شارژ باتری در جریان بالا به سرعت ظرفیت باتری را تا حدود 70 درصد افزایش می دهد.

باتری های لیتیوم یونی مانند دستگاه های اسید سرب نیازی به شارژ کامل ندارند. علاوه بر این، این گزینه شارژ برای Li-ion نامطلوب است. در واقع، بهتر است باتری را به طور کامل شارژ نکنید، زیرا ولتاژ بالا به باتری «استرس» وارد می کند.

انتخاب آستانه ولتاژ کمتر یا حذف کامل شارژ اشباع به افزایش عمر باتری لیتیوم یونی کمک می کند. درست است، این رویکرد با کاهش زمان انتشار انرژی باتری همراه است.

چیزی که در اینجا باید به آن توجه کرد: شارژرها استفاده خانگی، به عنوان یک قاعده، کار برای حداکثر قدرتو تنظیمات را پشتیبانی نمی کند جریان شارژ(تنش).

تولید کنندگان شارژرهای باتری لیتیوم یون مصرفی عمر طولانی کمتر از عامل مهماز هزینه های پیچیده کردن راه حل های مدار.

شارژر باتری لیتیوم یون

برخی از شارژرهای خانگی ارزان اغلب با استفاده از روشی ساده کار می کنند. یک باتری لیتیوم یونی را در یک ساعت یا کمتر شارژ کنید، بدون اینکه شارژ اشباع شود.

هنگامی که باتری در مرحله اول به آستانه ولتاژ می رسد، نشانگر آماده در چنین دستگاه هایی روشن می شود. وضعیت شارژ حدود 85 درصد است که اغلب کاربران زیادی را راضی می کند.

این شارژر تولید داخل برای کار با باتری های مختلف از جمله باتری های لیتیوم یونی عرضه می شود. دستگاه دارای سیستم تنظیم ولتاژ و جریان است که در حال حاضر خوب است

شارژرهای حرفه ای (گران قیمت) با این واقعیت متمایز می شوند که آستانه ولتاژ شارژ را پایین تر می گذارند و در نتیجه عمر باتری لیتیوم یون را افزایش می دهند.

جدول قدرت محاسبه شده را هنگام شارژ با چنین دستگاه هایی در آستانه های ولتاژ مختلف، با و بدون شارژ اشباع نشان می دهد:

ولتاژ شارژ، V/در هر سلول	ظرفیت در قطع ولتاژ بالا، %	زمان شارژ، حداقل	ظرفیت در اشباع کامل، %
3.80	60	120	65
3.90	70	135	75
4.00	75	150	80
4.10	80	165	90
4.20	85	180	100

به محض اینکه باتری لیتیوم یون شروع به شارژ شدن می کند، ولتاژ به سرعت افزایش می یابد. این رفتار با بلند کردن بار با بند لاستیکی در زمانی که اثر تاخیر وجود دارد قابل مقایسه است.

ظرفیت در نهایت با شارژ کامل باتری به دست می آید. این مشخصه شارژ برای همه باتری ها معمول است.

هرچه جریان شارژ بیشتر باشد، اثر باند لاستیکی روشن تر است. دمای پایینیا وجود یک سلول با مقاومت داخلی بالا تنها اثر را افزایش می دهد.

ساختار یک باتری لیتیوم یون در ساده ترین شکل آن: 1- شینه منفی ساخته شده از مس. 2 - تایر مثبت ساخته شده از آلومینیوم؛ 3 - آند اکسید کبالت; 4- کاتد گرافیت; 5- الکترولیت

ارزیابی وضعیت شارژ با خواندن ولتاژ باتری شارژ شده عملی نیست. اندازه گیری ولتاژ مدار باز (بیکار) پس از چند ساعت نشستن باتری بهترین شاخص ارزیابی است.

مانند سایر باتری‌ها، دما به همان شیوه‌ای که بر سرعت بیکار تأثیر می‌گذارد، تأثیر می‌گذارد مواد فعالباتری لیتیوم یون. ، لپ تاپ و سایر دستگاه ها با شمارش کولن تخمین زده می شود.

باتری لیتیوم یون: آستانه اشباع

باتری لیتیوم یونی نمی تواند شارژ اضافی را جذب کند. بنابراین، هنگامی که باتری کاملاً اشباع شد، جریان شارژ باید بلافاصله حذف شود.

شارژ جریان ثابت می تواند منجر به فلزی شدن عناصر لیتیوم شود که اصل اطمینان از عملکرد ایمن چنین باتری هایی را نقض می کند.

برای به حداقل رساندن ایجاد نقص، باید باتری لیتیوم یونی را در اسرع وقت زمانی که به اوج شارژ رسید جدا کنید.

این باتری دیگر دقیقاً آنقدر که باید شارژ نمی گیرد. به خاطر اینکه شارژ نادرستخواص اصلی ذخیره انرژی خود را از دست داده است

به محض توقف شارژ، ولتاژ باتری لیتیوم یون شروع به کاهش می کند. اثر کاهش استرس فیزیکی ظاهر می شود.

برای مدتی، ولتاژ مدار باز بین سلول های شارژ ناهموار با ولتاژ 3.70 ولت و 3.90 ولت توزیع می شود.

در اینجا، هنگامی که یک باتری لیتیوم یونی که یک بار کاملاً اشباع شده دریافت کرده است، شروع به شارژ باتری همسایه (اگر یکی در مدار باشد) که شارژ اشباع دریافت نکرده است، این فرآیند توجه را به خود جلب می کند.

هنگامی که باتری های لیتیوم یونی باید به طور مداوم روی شارژر نگه داشته شوند تا از آمادگی آن ها اطمینان حاصل شود، باید به شارژرهایی که عملکرد شارژ جبرانی کوتاه مدت دارند، تکیه کنید.

شارژر فلاش با کاهش ولتاژ مدار باز به 4.05 V/I روشن می شود و زمانی که ولتاژ به 4.20 V/I رسید خاموش می شود.

شارژرهایی که برای عملیات آماده داغ یا آماده به کار طراحی شده اند اغلب به ولتاژ باتری اجازه می دهند تا 4.00 ولت در من کاهش یابد و باتری های لیتیوم یونی را فقط تا 4.05 ولت در من شارژ می کنند تا اینکه به سطح کامل 4.20 ولت در من برسند.

این تکنیک ولتاژ فیزیکی را که ذاتاً با ولتاژ فنی مرتبط است کاهش می دهد و به افزایش عمر باتری کمک می کند.

شارژ باتری های بدون کبالت

باتری های سنتی دارند ولتاژ محاسبه شدهسلول های برابر با 3.60 ولت. با این حال، برای دستگاه هایی که حاوی کبالت نیستند، رتبه بندی متفاوت است.

بنابراین، باتری های لیتیوم فسفات دارای ارزش اسمی 3.20 ولت هستند. ولتاژ شارژ 3.65 ولت). و باتری های لیتیوم تیتانات جدید (ساخت روسیه) دارای ولتاژ اسمی سلول 2.40 ولت (ولتاژ شارژر 2.85) هستند.

باتری های لیتیوم فسفات دستگاه های ذخیره سازی انرژی هستند که در ساختار خود کبالت ندارند. این واقعیت تا حدودی شرایط شارژ چنین باتری هایی را تغییر می دهد.

شارژرهای سنتی برای چنین باتری هایی مناسب نیستند، زیرا باتری را با خطر انفجار اضافه بار می کنند. برعکس، یک سیستم شارژ باتری‌های بدون کبالت، شارژ کافی را برای باتری‌های لیتیوم یون 3.60 ولتی فراهم نمی‌کند.

شارژ بیش از حد باتری لیتیوم یون

باتری لیتیوم یونی به طور ایمن در ولتاژهای کاری مشخص کار می کند. با این حال، اگر باتری بیش از حد مجاز شارژ شود، عملکرد ناپایدار می شود.

شارژ طولانی مدت یک باتری لیتیوم یونی با ولتاژ بالای 4.30 ولت، که برای رتبه کاری 4.20 ولت طراحی شده است، مملو از متالیزاسیون لیتیوم آند است.

ماده کاتد نیز به نوبه خود خواص یک عامل اکسید کننده را به دست می آورد، پایداری خود را از دست می دهد و دی اکسید کربن آزاد می کند.

فشار سلول باتری افزایش می یابد و در صورت ادامه شارژ، دستگاه حفاظت داخلیدر فشارهای 1000 کیلو پاسکال تا 3180 کیلو پاسکال کار خواهد کرد.

اگر پس از این افزایش فشار ادامه یابد، غشای محافظ در سطح فشار 3.450 کیلو پاسکال باز می شود. در این حالت، سلول باتری لیتیوم یون در آستانه انفجار است و در نهایت این کار را انجام می دهد.

ساختار: 1 - پوشش بالایی; 2 - مقره بالایی; 3 - قوطی فولادی; 4 - مقره پایین; 5 - زبانه آند؛ 6 - کاتد؛ 7 - جدا کننده; 8 - آند؛ 9 - زبانه کاتد؛ 10 - دریچه; 11 - PTC; 12 - واشر

فعال شدن محافظ داخل باتری لیتیوم یونی با افزایش دمای محتویات داخلی همراه است. کاملا شارژ شده باتری باتریدمای داخلی بالاتری نسبت به دمای نیمه شارژ دارد.

بنابراین به نظر می رسد باتری های لیتیوم یونی هنگام شارژ در سطح پایین ایمن تر هستند. به همین دلیل است که مقامات برخی کشورها استفاده از باتری‌های لیتیوم یونی را در هواپیماهایی که بیش از 30 درصد ظرفیت کامل آنها با انرژی اشباع نشده است را ملزم می‌کنند.

آستانه دمای داخلی باتری در به طور کامل بارگذاری شده استاست:

• 130-150 درجه سانتیگراد (برای لیتیوم کبالت)؛
• 170-180 درجه سانتیگراد (برای نیکل-منگنز-کبالت)؛
• 230-250 درجه سانتیگراد (برای لیتیوم منگنز).

لازم به ذکر است: باتری های لیتیوم فسفات پایداری دمایی بهتری نسبت به باتری های لیتیوم منگنز دارند. باتری‌های لیتیوم یونی تنها باتری‌هایی نیستند که در شرایط اضافه بار انرژی خطرآفرین هستند.

به عنوان مثال، اگر اشباع انرژی بر خلاف رژیم پاسپورت انجام شود، باتری های سرب نیکل نیز مستعد ذوب شدن با آتش سوزی بعدی هستند.

بنابراین، استفاده از شارژرهایی که کاملاً با باتری مطابقت دارند برای همه باتری‌های لیتیوم یونی از اهمیت بالایی برخوردار است.

برخی از نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل

شارژ باتری‌های لیتیوم یونی در مقایسه با سیستم‌های نیکل روش ساده‌تری دارد. مدار شارژ ساده و با محدودیت های ولتاژ و جریان است.

این مدار بسیار ساده تر از مداری است که امضاهای ولتاژ پیچیده ای را که با استفاده از باتری تغییر می کنند، تجزیه و تحلیل می کند.

فرآیند اشباع انرژی باتری‌های لیتیوم یونی امکان ایجاد وقفه را فراهم می‌کند؛ این باتری‌ها نیازی به اشباع کامل ندارند، همانطور که در مورد باتری‌های سرب اسیدی وجود دارد.

مدار کنترل کننده برای باتری های لیتیوم یون کم مصرف. یک راه حل ساده و حداقل جزئیات. اما مدار شرایط چرخه ای را فراهم نمی کند که عمر طولانی داشته باشد

ویژگی‌های باتری‌های لیتیوم یون مزایایی را در بهره‌برداری از منابع انرژی تجدیدپذیر نوید می‌دهند. پنل های خورشیدیو توربین های بادی). به عنوان یک قاعده، یک ژنراتور باد به ندرت شارژ کامل باتری را فراهم می کند.

برای لیتیوم یون، عدم نیاز به شارژ حالت پایدار، طراحی کنترل کننده شارژ را ساده می کند. یک باتری لیتیوم یونی برای یکسان سازی ولتاژ و جریان نیازی به کنترلر ندارد، همانطور که برای باتری های سرب اسیدی لازم است.

تمام شارژرهای لیتیوم یونی خانگی و صنعتی باتری را به طور کامل شارژ می کنند. با این حال دستگاه های موجودشارژ باتری های لیتیوم یون معمولاً تنظیم ولتاژ را در پایان چرخه ارائه نمی دهد.