In questo articolo, capirai come caricare correttamente una batteria agli ioni di litio (ioni di litio), oltre a come utilizzarla e mantenerla correttamente. Questa conoscenza prolungherà la durata della batteria.
La batteria agli ioni di litio è diventata così diffusa grazie alla sua facilità di produzione, al basso costo e all'elevato numero di cicli di carica-scarica. Ma per apprezzare questi vantaggi, è necessario far funzionare correttamente la batteria agli ioni di litio.
Le regole di funzionamento variano a seconda del tipo di batteria. Ad esempio, le batterie Ni-MH e Ni-Cd devono essere completamente scaricate prima di essere ricaricate. Altrimenti, gli elementi vengono ingranditi e il volume della batteria diminuisce. Tuttavia, la regola "acquistato un telefono - scaricalo a zero, quindi caricalo e ripeti il ciclo più volte" non è universale e non si applica agli ioni di litio.
Pertanto, prima di applicare le raccomandazioni di seguito, guardare la batteria. Dovrebbe dire che è agli ioni di litio (Li-Ion). Solo in questo caso, utilizzare le seguenti regole operative.
Non scaricare la batteria a zero troppo spesso.
Non funzionerà ancora per scaricare completamente la batteria. La scheda di protezione spegne il dispositivo quando viene raggiunto un certo minimo. Lo scarico completo è possibile solo se si smonta la batteria e si rimuove la scheda protettiva. Le batterie Li-Ion e Li-Pol non tollerano frequenti scariche complete. Pertanto, vengono venduti 2/3 caricati.
Metti il dispositivo in carica quando la batteria ha il 10-20%
Un messaggio come "Collegare il caricabatterie" viene visualizzato quando la carica raggiunge il 10-20% per un motivo. Seguire le raccomandazioni del produttore e collegare il caricabatterie.
Ma non devi aspettare una tale caduta. Se puoi caricare il tuo telefono o laptop, fallo. La ricarica regolare non è una panacea, ma più spesso carichi gli ioni di litio, più a lungo durerà.
Calibrare periodicamente la batteria
La calibrazione prevede lo scaricamento completo e la successiva ricarica del dispositivo. Non c'è contraddizione con la prima regola: la calibrazione va fatta circa una volta ogni tre mesi.
La calibrazione non estende direttamente la durata della batteria, ma aiuta solo il controller a determinare correttamente la capacità della batteria. Se il controller rileva la quantità di carica in modo errato, il dispositivo deve essere ricaricato più spesso. I cicli di carica-scarica sono trascorsi, la batteria si rompe più velocemente.
Usa il caricabatterie originale
L'originalità nel contesto del problema in esame è necessaria per proteggersi dall'uso di prodotti di bassa qualità. Se sei sicuro che le caratteristiche tecniche del dispositivo di terze parti corrispondano alle caratteristiche del caricabatterie originale, non ci saranno problemi.
Cerca di non usare "rane"
Se possibile, evita di caricare le batterie con una rana. Non è sicuro utilizzare dispositivi non certificati, ci sono momenti in cui le "rane" si accendono durante il processo di ricarica.
Nel 1991.
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Le caratteristiche delle batterie agli ioni di litio dipendono dalla composizione chimica dei componenti costitutivi e variano entro i seguenti limiti:
- tensione della cella unitaria:
- nominale: 3,7 (per batterie con una tensione massima di 4,35, la tensione nominale è 3,8) (quando si scarica a metà della capacità con una corrente pari a un quinto della capacità della batteria);
- massimo: 4.23 o 4.4 (per batterie 4.35);
- minimo: 2,5-2,75-3,0 (a seconda della capacità e della tensione massima);
- consumo energetico specifico: 110 ... 243 W/kg;
- resistenza interna: 5 ... 15 Ohm /;
- numero di cicli di carica/scarica fino al raggiungimento dell'80% della capacità: 600;
- tempo di ricarica rapida: 15 min ... 1 ora;
- autoscarica a temperatura ambiente: 3% al mese;
- corrente di carico rispetto alla capacità CON presentato in:
- permanente: fino a 65 CON;
- impulso: fino a 500 CON;
- ottimale: fino a 1 CON;
- intervallo di temperatura di esercizio: da -20 ° C a +60 ° C (il più ottimale è +20 ° C);
A causa della sovratensione durante la carica, la batteria potrebbe prendere fuoco, pertanto nel vano batteria è integrato un controller di carica della batteria, che protegge la batteria dalla carica di sovratensione. Inoltre, questo controller può opzionalmente controllare la temperatura della batteria, spegnendola in caso di surriscaldamento, limitare la profondità di scarica e il consumo di corrente. Tuttavia, va tenuto presente che non tutte le batterie sono protette. Per ridurre i costi o aumentare la capacità, i produttori potrebbero non installarlo.
Le batterie al litio hanno requisiti speciali quando si collegano più celle in serie. I caricabatterie per tali batterie multi-banco sono forniti con schema di bilanciamento cellule. Il punto di bilanciamento è che le proprietà elettriche delle lattine possono differire leggermente e si può raggiungere una carica completa prima degli altri. In questo caso, è necessario interrompere la ricarica di questa lattina, continuando a caricare il resto. Questa funzione è svolta da un'apposita unità di bilanciamento della batteria. Devia il barattolo carico in modo che la corrente di carica lo oltrepassi.
I caricabatterie possono mantenere una tensione di carica finale nell'intervallo 4,05-4,2 per rilevare la presenza di una batteria.
Dispositivo
Una batteria agli ioni di litio è costituita da elettrodi (materiale catodico su foglio di alluminio e materiale anodico su foglio di rame) separati da un separatore poroso impregnato di elettrolita. Il pacchetto di elettrodi è posto in una custodia sigillata, i catodi e gli anodi sono collegati ai terminali del collettore di corrente. Il corpo è talvolta dotato di una valvola di sicurezza che allevia la pressione interna in caso di emergenza o violazione delle condizioni operative. Le batterie agli ioni di litio differiscono per il tipo di materiale del catodo utilizzato. Un portatore di carica in una batteria agli ioni di litio è uno ione di litio caricato positivamente, che ha la capacità di essere incorporato (intercalato) nel reticolo cristallino di altri materiali (ad esempio grafite, ossidi e sali metallici) con la formazione di una sostanza chimica si legano, ad esempio: nella grafite con formazione di LiC 6, ossidi metallici (LiMnO 2) e sali (LiMn RON).
Inizialmente, il litio metallico veniva utilizzato come piastre negative, quindi il carbone coke. In futuro, iniziò ad essere utilizzata la grafite. L'uso di ossidi di cobalto consente alle batterie di funzionare a temperature significativamente più basse, aumenta il numero di cicli di scarica/carica per batteria. La proliferazione delle batterie al litio ferro fosfato è dovuta al loro costo relativamente basso. Le batterie agli ioni di litio vengono utilizzate in un set con un sistema di controllo e gestione - SKU o BMS (sistema di gestione della batteria) - e uno speciale dispositivo di carica / scarica.
Attualmente, nella produzione di massa di batterie agli ioni di litio vengono utilizzate tre classi di materiali catodici:
- litio cobalto LiCoO 2 e soluzioni solide a base di litio nichelato isostrutturale
- spinello litio manganese LiMn 2 O 4
- ferrofosfato di litio LiFePO 4.
Schemi elettrochimici delle batterie agli ioni di litio:
- litio-cobalto LiCoO 2 + 6C → Li 1-x CoO 2 + LiC 6
- litio ferrofosfato LiFePO 4 + 6C → Li 1-x FePO 4 + LiC 6
A causa della loro bassa autoscarica e dell'elevato numero di cicli di carica/scarica, le batterie agli ioni di litio sono le più preferite per l'uso nell'energia alternativa. Inoltre, oltre al sistema I&C, sono dotati di inverter (convertitori di tensione).
Vantaggi
- Alta densità di energia (capacità).
- Bassa autoscarica.
- Senza manutenzione.
Screpolatura
1. Le batterie agli ioni di litio di prima generazione erano soggette a effetti esplosivi. Ciò era dovuto al fatto che utilizzavano un anodo di litio metallico, sul quale, nel processo di più cicli di carica / scarica, apparivano formazioni spaziali (dendriti), che portavano alla chiusura degli elettrodi e, di conseguenza, a incendi o esplosioni . Questo inconveniente è stato infine eliminato sostituendo il materiale dell'anodo con grafite. Processi simili si sono verificati sui catodi delle batterie agli ioni di litio a base di ossido di cobalto quando sono state violate le condizioni operative (sovraccarico). Le batterie al litio-ferro-fosfato sono completamente prive di questi svantaggi. Inoltre, tutti i moderni caricabatterie agli ioni di litio evitano il sovraccarico e il surriscaldamento dovuti al sovraccarico.
Perdita di capacità di stoccaggio:
Temperatura, C Con il 40% di carica,% all'anno Con il 100% di carica,% all'anno 0 2 6 25 4 20 40 15 35 60 25 40% per tre mesi Lo scarico a basse temperature ridurrà la produzione di energia, specialmente a temperature inferiori a 0 C. Quindi, una diminuzione della fornitura di energia fornita con una diminuzione della temperatura da +20 C a +4 ⁰C porta ad una diminuzione dell'energia fornita di ~ 5-7%, un'ulteriore diminuzione della temperatura di scarico inferiore a 0 C porta a una perdita di energia erogata di decine di percento e può portare a un esaurimento prematuro della risorsa. La chimica delle batterie agli ioni di litio è più sensibile alle temperature di carica ed è ottimale a temperature di ~ +20 C e non è raccomandata a temperature inferiori a +5 ⁰C.
Effetto memoria
Secondo i risultati della ricerca degli scienziati dell'Istituto Paul Scherer (Svizzera), è stato scoperto che le batterie agli ioni di litio hanno un effetto memoria. Come notato dagli autori dello studio, per le batterie Li-Ion:
... l'effetto è in realtà minuscolo: la deviazione relativa della tensione è solo di poche unità per mille.
Testo originale (ing.)
L'effetto è infatti minimo: lo scarto relativo in tensione è di poche parti per mille.
Si tratta esclusivamente della presenza fondamentale dell'effetto, e non del suo eventuale effetto significativo sul funzionamento della batteria.
L'idea chiave dello studio era trovare l'effetto in quanto tale.
Testo originale (ing.)
Ma la chiave era l'idea di cercarlo affatto.
Lo studio ha dimostrato che frequenti cicli di carica incompleta e successiva scarica portano all'emergere di singoli "microeffetti di memoria", che vengono poi riassunti. Questo perché i processi di rilascio e riacquisizione degli ioni di litio sono al centro delle prestazioni della batteria e la dinamica di questi processi si deteriora in caso di carica incompleta.
Durante la carica, gli ioni di litio lasciano uno ad uno le particelle di ferrofosfato di litio, la cui dimensione è di decine di micrometri. Il materiale del catodo inizia a separarsi in particelle con diversi contenuti di litio. La batteria viene caricata sullo sfondo di un aumento del potenziale elettrochimico. Ad un certo momento, raggiunge il suo valore limite. Ciò accelera il rilascio degli ioni di litio rimanenti dal materiale del catodo, ma non modificano più la tensione totale della batteria.
Se la batteria non è completamente carica, sul catodo rimarrà un certo numero di particelle vicine allo stato limite. Hanno quasi raggiunto la barriera per il rilascio di ioni di litio, ma non hanno avuto il tempo di superarla. Durante la scarica, gli ioni di litio liberi tendono a tornare al loro posto e a ricombinarsi con gli ioni ferrofosfato. Tuttavia, sulla superficie del catodo, si incontrano anche particelle allo stato limite che contengono già litio. La nuova cattura è difficile e la microstruttura dell'elettrodo è disturbata.
Attualmente, ci sono due modi per risolvere il problema: cambiamenti negli algoritmi del sistema di gestione della batteria e lo sviluppo di catodi con una superficie aumentata.
Un ruolo importante nella durata e nel corretto funzionamento della batteria è svolto dal suo funzionamento. Molti esperti identificano due semplici regole che aiuteranno a prolungare la durata della batteria:
Invecchiamento
Il regime di temperatura di ricarica delle batterie ai polimeri di litio e agli ioni di litio influisce sulla loro capacità: la capacità diminuisce quando si carica in climi freddi o caldi. Una scarica profonda distrugge completamente la batteria agli ioni di litio. Inoltre, il ciclo di vita delle batterie è influenzato dalla profondità della sua scarica prima della successiva ricarica e ricarica con correnti superiori a quelle impostate dal produttore. Sono inoltre estremamente sensibili alla tensione di carica. Se viene aumentato solo del 4%, le batterie perderanno capacità due volte più velocemente da un ciclo all'altro. La corrente di carica dipende dalla differenza di tensione tra batteria e caricabatteria e dalla resistenza sia della batteria stessa che dei cavi ad essa forniti. Pertanto, un aumento della tensione di carica del 4% può portare ad un aumento della corrente di carica di un fattore 10. Ciò influenzerà negativamente la batteria. Può surriscaldarsi e degradarsi. Le condizioni di conservazione ottimali per le batterie agli ioni di litio si ottengono con una carica del 40% dalla capacità della batteria e una temperatura di 0 ... 10 ° C. Le batterie al litio invecchiano anche quando non vengono utilizzate. Dopo 2 anni, la batteria perde circa il 20% della sua capacità. Di conseguenza, non è necessario acquistare una batteria "di riserva" o lasciarsi trasportare dal "risparmiare" la sua risorsa. Al momento dell'acquisto, vale la pena guardare la data di produzione per sapere da quanto tempo un determinato generatore è già in stock. Se sono trascorsi più di due anni dalla data di produzione, è meglio astenersi dall'acquistare.
Diminuzione della capacità alle basse temperature
Quando la temperatura ambiente scende al di sotto di 0°C, la potenza della batteria agli ioni di litio scende al 40-50%. I proprietari di dispositivi elettronici indossabili sono meno esposti agli effetti negativi della tecnologia quando fa freddo e i segmenti dell'industria coinvolti nella produzione di veicoli aerei senza equipaggio, sistemi robotici e tecnologia spaziale hanno un disperato bisogno di nuove batterie riscaldate. Per risolvere questo problema, sono stati sviluppati modelli di batterie riscaldate internamente.
Pericolo di esplosione
Le batterie al litio raramente si accendono in modo esplosivo. L'intensità della combustione anche da batterie in miniatura è tale da poter portare a gravi conseguenze. Le compagnie aeree e le organizzazioni internazionali stanno adottando misure per limitare il trasporto di batterie al litio e dispositivi con esse sui trasporti aerei.
La combustione spontanea di una batteria al litio è molto difficile da spegnere con i mezzi tradizionali. Nel processo di accelerazione termica di una batteria difettosa o danneggiata, si verifica non solo il rilascio di energia elettrica immagazzinata, ma anche una serie di reazioni chimiche che rilasciano energia per l'autoriscaldamento, ossigeno e gas combustibili. Pertanto, una batteria lampeggiante è in grado di bruciare senza accesso all'aria e i mezzi di isolamento dall'ossigeno atmosferico non sono adatti per estinguerla. Inoltre, il litio metallico reagisce attivamente con l'acqua per formare un gas idrogeno combustibile, quindi l'estinzione delle batterie al litio con acqua è efficace solo per quei tipi di batterie in cui la massa dell'elettrodo al litio è piccola. In generale, lo spegnimento di una batteria al litio che ha preso fuoco è inefficace. Lo scopo dell'estinzione è ridurre la temperatura della batteria e prevenire la diffusione della fiamma
Quando parlano di batterie o accumulatori al litio, spesso non si rendono nemmeno conto che negli ultimi due anni ne sono apparsi quasi una dozzina, ognuno dei quali è litio con vari additivi di altri elementi chimici, che alla fine differiscono significativamente l'uno dall'altro .
Comprendiamo i loro tipi e iniziamo con i classici:
Le batterie agli ioni di litio sono batterie ricaricabili classiche in cui gli ioni di litio si spostano dall'elettrodo negativo all'elettrodo positivo durante la scarica e tornano durante la ricarica. Le batterie agli ioni di litio sono ampiamente utilizzate nell'elettronica di consumo. Sono uno dei tipi più diffusi di batterie ricaricabili per l'elettronica portatile, con una delle migliori densità di energia, nessun effetto memoria e lenta perdita di carica quando non in uso (bassa autoscarica).
Questa serie copre batterie di dimensioni cilindriche e prismatiche. Gli ioni di litio hanno la più alta densità di potenza di qualsiasi batteria vecchio stile. Il suo peso molto leggero e la lunga durata lo rendono il prodotto ideale per molte applicazioni.
Il titanato di litio (titanato di litio) è una classe relativamente nuova di batterie agli ioni di litio - (altro). È caratterizzato da un ciclo di vita molto lungo, che si misura in migliaia di cicli. Il titanato di litio e piombo è anche molto sicuro e paragonabile al fosfato di ferro in questo senso. La sua densità di energia è inferiore rispetto ad altri alimentatori agli ioni di litio e la sua tensione nominale è di 2,4 V.
Questa tecnologia è caratterizzata da una ricarica molto rapida, una bassa resistenza interna, una durata del ciclo molto elevata e un'eccellente durata (anche sicurezza). LTO è utilizzato principalmente nei veicoli elettrici e negli orologi da polso. Recentemente, ha iniziato a trovare applicazioni nei dispositivi medici mobili grazie alla sua elevata sicurezza. Una delle caratteristiche della tecnologia è che utilizza nanocristalli all'anodo invece del carbonio, che fornisce una superficie molto più efficiente. Sfortunatamente, questa batteria ha voltaggi inferiori rispetto ad altri tipi di batterie al litio.
Peculiarità:
- Energia specifica: circa 30-110Wh/kg
- Densità di energia: 177 W * h / l
- Potenza specifica: 3.000-5.100 W/kg
- Efficienza di scarico: circa 85%; efficienza di carica superiore al 95%
- Prezzo dell'energia: 0,5 W / USD
- Periodo di validità:> 10 anni
- Autoscarica: 2-5% / mese
- Durata: 6000 cicli fino al 90% della capacità
- Tensione nominale: da 1,9 a 2,4 V
- Temperatura: da -40 a + 55 ° C
- Metodo di ricarica: utilizzare una corrente costante stabile, quindi una tensione costante fino a raggiungere la soglia.
Formula chimica: Li4Ti5O12 + 6LiCoO2< >Li7Ti5O12 + 6Li0.5CoO2(E = 2.1V)
I polimeri di litio hanno una densità di energia maggiore in termini di peso rispetto alle batterie agli ioni di litio. In celle molto sottili (fino a 5 mm), il polimero di litio fornisce un'elevata densità di energia volumetrica. Eccellente sovratensione e stabilità alle alte temperature.
Questa serie di batterie può essere prodotta nella gamma da 30 a 23000 mAh, di tipo prismatico e cilindrico. Le batterie ai polimeri di litio presentano una serie di vantaggi: maggiore densità di energia in volume, flessibilità nelle dimensioni delle celle e un più ampio margine di sicurezza, con un'eccellente stabilità di tensione anche a temperature elevate. Principali applicazioni: lettori portatili, Bluetooth, dispositivi wireless, PDA e fotocamere digitali, biciclette elettriche, navigatori GPS, laptop, e-book.
Peculiarità:
- Tensione nominale: 3,7 V
- Tensione di carica: 4,2 ± 0,05 V
- Corrente di carica, velocità: 0.2-10C
- Tensione limite di scarica: 2,5 V
- Tasso di scarica: fino a 50C
- Resistenza in cicli: 400 cicli
Il litio ferro fosfato ha buone caratteristiche di sicurezza, lunga durata (fino a 2000 cicli) e bassi costi di produzione. Le batterie LiFePO4 sono adatte per correnti di scarica elevate come attrezzature militari, utensili elettrici, biciclette elettriche, computer mobili, UPS e sistemi di energia solare.
Come nuovo materiale anodico per batterie agli ioni di litio, lifepo4 è stato introdotto per la prima volta nel 1997 ed è stato continuamente migliorato fino ad oggi. Ha attirato l'attenzione degli esperti per la sua robusta sicurezza, durata, basso impatto ambientale durante lo smaltimento e comode caratteristiche di carica e scarica. Molti esperti affermano che le batterie lifepo4 sono di gran lunga l'opzione migliore per l'alimentazione autonoma per l'elettronica.
Litio Anidride Solforosa (batteria Li e SO2) - Queste batterie hanno un'elevata densità di energia e una buona resistenza alla scarica ad alta potenza. Tali elementi sono utilizzati principalmente nel servizio militare, nella meteorologia e nell'astronautica.
Le batterie al litio e anidride solforosa con un anodo al litio metallico (il più leggero di tutti i metalli) e un catodo liquido contenente un collettore di carbonio poroso riempito con anidride solforosa (SO2) erogano 2,9 V e sono di forma cilindrica.
Peculiarità:
- Alta tensione operativa, stabile per la maggior parte della scarica
- Autoscarica estremamente bassa
- Prestazioni in condizioni estreme
- Ampio intervallo di temperatura di esercizio (da -55 ° C a + 65 ° C)
Biossido di litio e manganese (batteria Li-MnO2) - queste batterie hanno un anodo di litio metallico leggero e un catodo di biossido di manganese solido, immerso in un elettrolita organico non corrosivo e non tossico. Questo tipo di batteria è conforme alla direttiva europea RoHS e presenta una grande capacità, un'elevata capacità di scarica e una lunga durata.
Li-MnO2 è ampiamente utilizzato in alimentatori di backup, fari di emergenza, allarmi antincendio, sistemi di controllo degli accessi elettronici, fotocamere digitali, apparecchiature mediche.
Peculiarità:
- Alta densità di energia
- Tensione di scarica molto stabile
- Più di 10 anni di durata
- Temperatura di lavoro: da -40 a + 60 °
Le batterie al litio cloruro di tionile (litio-SOCl2) hanno un anodo di litio metallico leggero e un catodo liquido contenente un collettore di carbonio poroso riempito con cloruro di tionile (SOCl2). La batteria Li-SOCL2 è ideale per applicazioni automobilistiche, mediche, militari e aerospaziali. Hanno la più ampia gamma di temperature di esercizio da -60 a + 150 ° C.
Peculiarità:
- Alta densità di energia
- Lunga durata
- Ampio intervallo di temperature
- Buona tenuta
- Tensione di scarica stabile
Batterie Li-FeS2
Accumulatori e batterie Li-FeS2 sta per disolfuro di ferro e litio. Le informazioni su di loro verranno aggiunte in seguito.
Intervalli di temperatura consentiti per caricare e scaricare le batterie agli ioni di litioFunzioni di test
I test per il numero di cicli sono stati eseguiti con una corrente di scarica di 1C, per ogni batteria sono stati eseguiti cicli di scarica/carica fino al raggiungimento dell'80% della capacità. Questo numero è stato scelto in base alla tempistica dell'impasto e per un eventuale confronto dei risultati in seguito. Il numero di cicli equivalenti completi è fino a 7500 in alcuni test.
Sono stati effettuati test di durata a vari livelli di carica e temperature, sono state effettuate misurazioni di tensione ogni 40-50 giorni per monitorare la scarica, la durata dei test è stata di 400-500 giorni.La principale difficoltà negli esperimenti è la discrepanza tra la capacità dichiarata e quella reale. Tutte le batterie hanno una capacità superiore a quella dichiarata, dallo 0,1% al 5%, che introduce un ulteriore elemento di imprevedibilità.
Le batterie più comunemente utilizzate erano NCA e NMC, ma sono state testate anche batterie al litio cobalto e al litio fosfato.
Alcuni termini:
DoD - Profondità di scarica - profondità di scarica.
SoC - Stato di carica - livello di carica.Uso della batteria
Il numero di cicli
Al momento, esiste una teoria secondo cui la dipendenza del numero di cicli che la batteria può sopportare dal grado di scarica della batteria in un ciclo è la seguente (il blu indica i cicli di scarica, il nero indica i cicli completi equivalenti):Questa curva è chiamata curva di Wöhler. L'idea principale è venuta dalla meccanica sulla dipendenza del numero di allungamenti di una molla dal grado di allungamento. Un valore iniziale di 3000 cicli con una scarica della batteria al 100% è una media ponderata con una scarica di 0,1 °C. Alcune batterie mostrano risultati migliori, altre peggiori. A una corrente di 1C, il numero di cicli completi al 100% di scarica scende da 3000 a 1000-1500, a seconda del produttore.
In generale, questo rapporto, presentato nei grafici, è stato confermato dai risultati degli esperimenti, perché si consiglia di caricare la batteria quando possibile.
Calcolo della sovrapposizione dei cicli
Quando si utilizzano le batterie, è possibile lavorare con due cicli simultanei (ad esempio, la frenata rigenerativa in un'auto):
Ne risulta il seguente ciclo combinato:
Sorge la domanda, in che modo questo influisce sul funzionamento della batteria, la durata della batteria diminuisce notevolmente?Secondo i risultati degli esperimenti, il ciclo combinato ha mostrato risultati a partire dall'aggiunta di cicli equivalenti completi di due cicli indipendenti. Quelli. la capacità relativa della batteria nel ciclo combinato è diminuita in base alla somma delle scariche nei cicli piccoli e grandi (il grafico linearizzato è presentato di seguito).
L'impatto di grandi cicli di scarica è più significativo, il che significa che è confermato che la batteria viene caricata al meglio in ogni occasione.Effetto memoria
L'effetto memoria delle batterie agli ioni di litio non è stato osservato secondo i risultati degli esperimenti. In diverse modalità, la sua piena capacità non è cambiata comunque in seguito. Allo stesso tempo, ci sono una serie di studi che confermano la presenza di questo effetto nelle batterie al litio-fosfato e al litio-titanio.Conservazione della batteria
Temperature di stoccaggio
Qui non sono state fatte scoperte insolite. Temperature 20-25°C sono ottimali (nella vita normale) per riporre la batteria se non utilizzato. Quando la batteria viene conservata a una temperatura di 50°C, il degrado della capacità è quasi 6 volte più veloce.
Naturalmente, le temperature più basse sono migliori per la conservazione, ma nella vita di tutti i giorni ciò significa un raffreddamento speciale. Poiché la temperatura dell'aria nell'appartamento, di regola, è di 20-25 ° C, molto probabilmente lo stoccaggio sarà a questa temperatura.Livello di carica
Come hanno dimostrato i test, minore è la carica, più lenta è l'autoscarica della batteria. È stata misurata la capacità della batteria, quale sarebbe se fosse stata utilizzata ulteriormente dopo una conservazione a lungo termine. I migliori risultati sono stati ottenuti con batterie che sono state conservate con una carica prossima allo zero.
In generale, le batterie che sono state conservate con una carica non superiore al 60% al momento dello stoccaggio hanno mostrato buoni risultati. Le cifre differiscono da quelle riportate di seguito per il 100% di carica in peggio (cioè la batteria diventerà inutilizzabile prima di quanto indicato nella figura):
Disegno tratto dall'articolo 5 consigli pratici per l'utilizzo delle batterie agli ioni di litio
Allo stesso tempo, le cifre per una piccola carica sono più ottimistiche (94% dopo un anno a 40 ° C per lo stoccaggio al 40% SOC).
Poiché una carica del 10% non è pratica, poiché il tempo di funzionamento a questo livello è molto breve, conservare le batterie in modo ottimale al 60% SOC, che ne consentirà l'applicazione in qualsiasi momento e non influirà in modo critico sulla sua durata.I problemi principali dei risultati sperimentali
Nessuno ha condotto test che si possano considerare affidabili al 100%. Il campione, di regola, non supera un paio di migliaia di batterie su milioni di quelle prodotte. La maggior parte dei ricercatori non è in grado di fornire analisi comparative affidabili a causa di un campionamento insufficiente. Inoltre, i risultati di questi esperimenti sono spesso informazioni riservate. Quindi questi consigli non si applicano necessariamente alla tua batteria, ma possono essere considerati ottimali.Risultati degli esperimenti
Frequenza di ricarica ottimale - quando possibile.
Le condizioni di conservazione ottimali sono 20-25°C con una carica della batteria al 60%.Fonti di
1. Corso "Sistemi di accumulo a batteria", RWTH Aachen, Prof. Dott. rer. nazionale Dirk Uwe SauerPer molto tempo, una batteria ad acido è stata l'unico dispositivo in grado di fornire corrente elettrica a oggetti e meccanismi autonomi. Nonostante la grande corrente massima e la resistenza interna minima, tali batterie presentavano una serie di inconvenienti che ne limitavano l'uso in dispositivi che consumavano grandi quantità di elettricità o in ambienti chiusi. A questo proposito, le batterie agli ioni di litio sono prive di molte delle qualità negative dei loro predecessori, sebbene abbiano degli svantaggi.
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Che cos'è una batteria agli ioni di litio?
Le prime batterie al litio sono apparse 50 anni fa. Tali prodotti erano una batteria convenzionale in cui era installato un anodo di litio per aumentare il livello di efficienza energetica. Tali prodotti avevano caratteristiche operative molto elevate, ma uno degli inconvenienti più gravi era l'elevata probabilità di accensione del litio quando il catodo si surriscaldava. Data questa caratteristica, gli scienziati nel tempo hanno sostituito l'elemento puro con ioni metallici, a seguito dei quali la sicurezza è stata notevolmente aumentata.
Le moderne batterie agli ioni di litio sono molto affidabili e possono sopportare un gran numero di cicli di carica-scarica. Hanno un effetto memoria minimo e sono relativamente leggeri. A causa di queste proprietà, la batteria al litio ha trovato ampia applicazione in molti dispositivi. Il prodotto può essere utilizzato come accumulatore, sotto forma di batterie per elettrodomestici, e anche come fonte di alimentazione di trazione ad alta efficienza.
Oggi tali dispositivi presentano diversi svantaggi:
- costo alto;
- non mi piacciono gli scarichi profondi;
- può morire a basse temperature;
- perdere capacità in caso di surriscaldamento.
Come avviene la produzione di batterie agli ioni di litio?
Le batterie agli ioni di litio vengono prodotte in più fasi:
- Produzione di elettrodi.
- Combinazione di elettrodi in una batteria.
- Installazione della scheda di protezione.
- Installazione della batteria nella custodia.
- Riempimento con elettrolita.
- Test e ricarica.
In tutte le fasi della produzione, è necessario seguire la tecnologia e le misure di sicurezza, che alla fine consentono di ottenere un prodotto di alta qualità.
Come catodo nelle batterie agli ioni di litio, viene utilizzata una pellicola con una sostanza contenente litio depositata sulla sua superficie.
A seconda dello scopo della batteria, è possibile utilizzare i seguenti composti di litio:
- LiCoO2;
- LiNiO2;
- LiMn2O4.
Nella produzione di generatori cilindrici di dimensioni standard AA e AAA, l'elettrodo principale viene attorcigliato in un rotolo, che è separato dall'anodo da un separatore. Con un'ampia area catodica, il cui film ha uno spessore minimo, è possibile ottenere un elevato consumo energetico del prodotto.
Il principio di funzionamento e la batteria agli ioni di litio del dispositivo
Una batteria agli ioni di litio funziona come segue:
- Quando viene applicata una corrente elettrica CC ai contatti della batteria, i cationi di litio si spostano nel materiale dell'anodo.
- Durante il processo di scarica, gli ioni di litio lasciano l'anodo e penetrano nel dielettrico fino a una profondità di 50 nm.
Nella "vita" di una batteria agli ioni di litio, tali cicli possono arrivare fino a 3.000, mentre la batteria può fornire quasi tutta la corrente elettrica accumulata durante il processo di ricarica. Una scarica profonda non porta all'ossidazione delle piastre, che distingue favorevolmente tali prodotti rispetto alle batterie ad acido.
Non tutte le batterie agli ioni di litio tollerano bene le scariche profonde. Se tale batteria è installata in un telefono o in una fotocamera (tipo AAA), quando la batteria è completamente scarica, per motivi di sicurezza, la scheda controller blocca la possibilità di caricare la batteria, quindi non sarà possibile caricarla senza un caricatore speciale. Se questa è una batteria al litio da trazione per il motore di una barca, una scarica profonda non sarà affatto terribile.
A differenza delle batterie a dito, le batterie complesse sono costituite da diverse fonti di elettricità separate collegate in parallelo o in serie. Il metodo di connessione dipende da quale indicatore di elettricità deve essere aumentato.
Dimensioni e tipi di batterie agli ioni di litio
Le batterie agli ioni di litio sono ampiamente utilizzate. Tali fonti di corrente elettrica sono utilizzate in vari dispositivi domestici, gadget e persino automobili. Inoltre, le batterie industriali agli ioni di litio sono prodotte con una grande capacità e alta tensione. I più popolari sono i seguenti tipi di batterie al litio:
Nome Diametro, mm Lunghezza, mm Capacità, mAh 10180 10 18 90 10280 10 28 180 10440 (AAA) 10 44 250 14250 (AA / 2) 14 25 250 14500 14 50 700 15270 (CR2) 15 27 750-850 16340 (CR123A) 17 34.5 750-1500 17500 (A) 17 50 1100 17670 17 67 1800 18500 18 50 1400 18650 (168A) 18 65 2200-3400 22650 22 65 2500-4000 25500 (tipo C) 25 50 2500-5000 26650 26 50 2300-5000 32600 (tipo D) 34 61 3000-6000 Le prime due cifre di tali designazioni indicano il diametro del prodotto, la seconda coppia - la lunghezza. L'ultimo "0" è impostato se le batterie sono cilindriche.
Oltre alle batterie cilindriche, l'industria produce batterie del tipo "" con una tensione di 9v e potenti batterie industriali con una tensione di 12v, 24v, 36v e 48v.
Batteria impilatore A seconda degli elementi aggiunti al prodotto, sulla custodia della batteria potrebbero essere presenti i seguenti contrassegni:
- ICR - contenente cobalto;
- IMR - - - - manganese;
- INR - - - - nichel e manganese;
- NCR - - - - nichel e cobalto.
Le batterie al litio differiscono non solo per dimensioni e additivi chimici, ma principalmente per capacità e voltaggio. Questi due parametri determinano la possibilità del loro utilizzo in alcuni tipi di dispositivi elettrici.
Dove vengono utilizzate le batterie agli ioni di litio?
Le batterie agli ioni di litio non hanno alternative dove è necessaria una batteria in grado di emettere elettricità a volume quasi completo ed eseguire un gran numero di cicli di carica/scarica senza diminuire la capacità. Il vantaggio di tali dispositivi è il loro peso relativamente basso, poiché non è necessario utilizzare griglie di piombo in tali dispositivi.
Date le elevate caratteristiche prestazionali, tali prodotti possono essere utilizzati:
- Come batterie di avviamento. Le batterie al litio per auto stanno diventando ogni anno più economiche grazie a nuovi sviluppi che riducono i costi di produzione. Sfortunatamente, il prezzo di tali batterie può essere molto alto, quindi molti proprietari di auto non possono permettersi una tale batteria. Gli svantaggi delle batterie agli ioni di litio includono un significativo calo di potenza a temperature inferiori a meno 20 gradi, quindi nelle regioni settentrionali il funzionamento di tali prodotti sarà poco pratico.
- Come dispositivi di trazione. A causa del fatto che le batterie agli ioni di litio possono facilmente tollerare una scarica profonda, vengono spesso utilizzate come batterie di trazione per i motori elettrici delle barche. Se la potenza del motore non è troppo alta, una carica è sufficiente per 5 - 6 ore di funzionamento continuo, il che è abbastanza per pescare o fare una gita in barca. Le batterie da trazione agli ioni di litio sono installate anche su vari mezzi di carico (stoccatori elettrici, carrelli elevatori elettrici) operanti in locali chiusi.
- Negli elettrodomestici. Le batterie agli ioni di litio sono utilizzate in vari dispositivi domestici al posto delle batterie standard. Tali prodotti hanno una tensione di 3,6 V - 3,7 V, ma esistono modelli che possono sostituire una normale batteria al sale o alcalina da 1,5 Volt. Puoi anche trovare batterie con una tensione di 3v (15270,), che possono essere installate al posto di 2 batterie standard.
Tali prodotti sono utilizzati principalmente in dispositivi potenti, in cui le normali batterie al sale vengono scaricate molto rapidamente.
Batteria di trazione Regole per l'uso delle batterie agli ioni di litio
La durata di una batteria al litio è influenzata da molti fattori, la cui conoscenza aumenterà significativamente la risorsa. Quando si utilizza questo tipo di batteria, è necessario:
- Cerca di non scaricare completamente la batteria. Nonostante l'elevata resistenza della batteria a tali effetti, è consigliabile non spremere tutti i "succhi" da essa. Prestare particolare attenzione quando si maneggiano tali batterie con UPS e motori elettrici ad alta potenza. Se la batteria è completamente scarica, è necessario rianimarla immediatamente, ovvero collegarla a un caricabatterie speciale. La batteria può essere scossa anche dopo una lunga permanenza in uno stato di scarica profonda, per la quale è necessario effettuare una carica di alta qualità per 12 ore, quindi scaricare la batteria.
- Non sovraccaricare. Il sovraccarico influisce negativamente sulle prestazioni del prodotto. Il controller integrato non è sempre in grado di spegnere la batteria in tempo, soprattutto quando la ricarica viene effettuata in una stanza fredda.
Oltre al sovraccarico e allo scaricamento eccessivo, la batteria deve essere protetta da un eccessivo stress meccanico, che potrebbe causare perdite dalla custodia e incendiare i componenti interni della batteria. Per questo motivo vige il divieto di affrancatura delle batterie in cui il contenuto di litio puro supera 1 g.
Viene utilizzato come batteria per cacciaviti, laptop e telefoni Come conservare le batterie agli ioni di litio
Se è necessario conservare a lungo termine le batterie agli ioni di litio, per ridurre al minimo l'impatto negativo sul prodotto, è necessario attenersi alle seguenti raccomandazioni:
- Conservare il prodotto solo in un luogo fresco e asciutto.
- La batteria deve essere rimossa dal dispositivo elettrico.
- La batteria deve essere caricata prima di riporla. La tensione minima alla quale non si formeranno processi di corrosione interna è di 2,5 Volt per cella.
Data la bassa autoscarica di tali batterie, è possibile immagazzinare la batteria in questo modo per diversi anni, ma durante questo periodo la capacità della cella diminuirà inevitabilmente.
Riciclaggio delle batterie agli ioni di litio
Le batterie agli ioni di litio contengono sostanze pericolose per la salute e non devono mai essere smontate in casa. Dopo che la batteria è esaurita, deve essere consegnata per un'ulteriore elaborazione. Nei punti di raccolta specializzati, puoi ottenere un risarcimento monetario per una vecchia batteria al litio, perché tali prodotti contengono elementi costosi che possono essere riutilizzati.
- tensione della cella unitaria:
