Perché le batterie agli ioni di litio si esauriscono così presto? Che cos'è una batteria agli ioni di litio: dispositivo e tipi.

Oggi vengono utilizzate batterie speciali per cellulari, elettrodomestici, strumenti. Differiscono nelle prestazioni. Affinché la batteria funzioni a lungo, senza guasti, è necessario tenere conto dei requisiti dei produttori dei prodotti presentati.

Uno dei tipi più popolari oggi sono le batterie agli ioni di litio. Prima di utilizzare il dispositivo, è necessario considerare in dettaglio come caricare correttamente questo tipo di batteria, nonché le caratteristiche del suo funzionamento.

caratteristiche generali

Uno dei tipi più comuni di batterie oggi è il tipo agli ioni di litio. Tali dispositivi sono relativamente economici. Allo stesso tempo, non sono impegnativi per le condizioni operative. In questo caso, l'utente ha raramente domande su come caricare correttamente una batteria cilindrica agli ioni di litio 18650 o un altro tipo.

Molto spesso, le batterie presentate sono installate su smartphone, laptop, tablet e altri dispositivi simili. Gli accumulatori presentati sono caratterizzati da durata e affidabilità. Non hanno paura della scarica completa.

Una delle caratteristiche principali dei prodotti presentati è l'assenza dell'"effetto memoria". Queste batterie possono essere ricaricate in quasi ogni momento conveniente. L'"effetto memoria" si verifica quando la batteria non è completamente scarica. Se è rimasta una piccola quantità di carica, la capacità della batteria diminuirà nel tempo. Ciò comporterà una fornitura di apparecchiature non sufficientemente lunga. Nelle batterie agli ioni di litio, l'"effetto memoria" è ridotto al minimo.

Design

Il design di una batteria di tipo agli ioni di litio dipende dal tipo di dispositivo a cui è destinata. Per un telefono cellulare viene utilizzata una batteria, chiamata "lattina". Ha una forma rettangolare e comprende un elemento strutturale. La sua tensione nominale è di 3,7 V.

Una batteria del tipo presentato per un laptop ha un design completamente diverso. Possono essere presenti diverse celle della batteria (2-12 pezzi). Ognuno di loro ha una forma cilindrica. Si tratta di batterie agli ioni di litio 18650. Il produttore dell'apparecchiatura indica in dettaglio come caricarle correttamente. Questo design incorpora un controller speciale. Sembra un microchip. Il controller gestisce la procedura di carica, non consente il superamento del valore nominale della capacità della batteria.

Le moderne batterie per tablet e smartphone hanno anche una funzione di controllo della carica. Ciò prolunga notevolmente la durata della batteria. È protetto da vari fattori avversi.

Funzionalità di ricarica

Considerando come caricare correttamente le batterie agli ioni di litio di un telefono, laptop e altre apparecchiature, è necessario prestare attenzione alle caratteristiche del dispositivo presentato. Va detto che le batterie agli ioni di litio non tollerano la scarica profonda e il sovraccarico. Questo è controllato da un dispositivo speciale che viene aggiunto al design (controller).

È l'ideale per mantenere la carica del tipo di batteria presentato a un livello dal 20 all'80% della piena capacità. Se ne occupa il controllore. Tuttavia, gli esperti sconsigliano di lasciare il dispositivo sempre connesso alla ricarica. Ciò riduce notevolmente la durata della batteria. In questo caso, il controller è soggetto a un carico costante. Nel tempo, la sua funzionalità potrebbe diminuire a causa di ciò.

In questo caso, anche il controller non consentirà la scarica profonda. Ad un certo punto spegnerà la batteria. Questa caratteristica protettiva è essenziale. In caso contrario, l'utente potrebbe sovraccaricare o scaricare accidentalmente la batteria. Anche nelle batterie di un campione moderno viene fornita una protezione di alta qualità contro il surriscaldamento.

Come funziona la batteria

Per capire come caricare correttamente una batteria agli ioni di litio (nuova o usata), è necessario considerare il principio del suo funzionamento. Ciò consentirà di valutare la necessità di controllare il livello di scarica e carica del dispositivo.

Gli ioni di litio in una batteria del tipo presentato si spostano da un elettrodo all'altro. In questo caso, appare una corrente elettrica. Gli elettrodi possono essere realizzati con materiali diversi. Questo indicatore influisce in misura minore sulle prestazioni del dispositivo.

Gli ioni di litio crescono sul reticolo cristallino degli elettrodi. Questi ultimi, a loro volta, cambiano volume e composizione. Quando la batteria è carica o scarica, ci sono più ioni su uno degli elettrodi. Maggiore è il carico sugli elementi strutturali metallici che il litio esercita, minore sarà la vita del dispositivo. Pertanto, è meglio non permettere che un'alta percentuale di ioni si depositi sull'uno o sull'altro elettrodo.

Opzioni di ricarica

Prima di utilizzare la batteria, è necessario considerare come caricare correttamente la batteria agli ioni di litio di smartphone, tablet e altre apparecchiature. Ci sono diversi modi per farlo.

Una delle decisioni più corrette sarebbe quella di utilizzare un caricabatterie. Viene fornito con apparecchiature elettroniche da ogni produttore.

La seconda opzione consiste nel caricare la batteria da un computer desktop collegato a una rete domestica. Per questo, viene utilizzato un cavo USB. In questo caso, la procedura di ricarica sarà più lunga rispetto a quando si utilizza il primo metodo.

È possibile eseguire questa procedura utilizzando l'accendisigari dell'auto. Un altro modo meno popolare è caricare una batteria agli ioni di litio utilizzando un dispositivo universale. Viene anche chiamata "rana". Molto spesso, tali dispositivi vengono utilizzati per ricaricare le batterie degli smartphone. I contatti di questo dispositivo possono essere regolati in larghezza.

Ricarica di una nuova batteria

La nuova batteria deve essere correttamente messa in servizio. Per fare ciò, il telefono, il tablet o altri dispositivi devono essere completamente scarichi. Solo quando il dispositivo è spento può essere connesso alla rete. Il controller non farà scaricare troppo la batteria. È lui che spegne il dispositivo quando la batteria perde capacità a un livello predeterminato.

Successivamente, è necessario collegare le apparecchiature elettriche alla rete utilizzando un caricabatterie standard. La procedura viene eseguita fino a quando l'indicatore non diventa verde. Puoi lasciare il dispositivo online per qualche ora in più. Questa procedura viene eseguita più volte. Allo stesso tempo, non è necessario scaricare specificamente il telefono, il tablet o il laptop.

Carica normale

Sapere come caricare correttamente le batterie agli ioni di litio può prolungare notevolmente la durata della batteria. Gli esperti raccomandano di eseguire la procedura corretta per questo processo per una nuova batteria. Successivamente, non è consigliabile scaricare completamente la batteria. Quando l'indicatore mostra che la capacità della batteria è carica solo del 14-15%, deve essere collegata alla rete.

Allo stesso tempo, si sconsiglia anche di utilizzare altri dispositivi per riempire la capacità della batteria, ad eccezione di quello standard. Ha le correnti nominali massime accettabili consentite per un particolare modello di batteria. Altre opzioni dovrebbero essere utilizzate solo se assolutamente necessario.

Calibrazione

C'è un'altra sfumatura che devi sapere quando studi la domanda su come caricare correttamente le batterie agli ioni di litio. Gli esperti consigliano di calibrare periodicamente questo dispositivo. Si tiene ogni tre mesi.

Innanzitutto, in modalità normale, è necessario scaricare l'apparecchiatura elettrica fino allo spegnimento. Quindi è connesso alla rete. La carica continua finché l'indicatore non diventa verde (la batteria è carica al 100%). Questa procedura deve essere seguita per il corretto funzionamento del controller.

Quando si esegue tale procedura, il circuito della batteria determina i limiti di carica e scarica. Ciò è necessario per garantire il normale funzionamento del controller, per evitare guasti. In questo caso viene utilizzato un normale caricabatterie, fornito dal produttore completo di telefono, tablet o laptop.

Conservazione

Affinché la batteria duri il più a lungo ed efficientemente possibile, è inoltre necessario considerare come caricare correttamente la batteria agli ioni di litio per la conservazione. In alcuni casi, può verificarsi una situazione in cui il dispositivo per l'alimentazione delle apparecchiature non è temporaneamente in funzione. In questo caso, deve essere adeguatamente preparato per la conservazione.

La batteria è carica fino al 50%. In questo stato, può essere conservato a lungo. Tuttavia, la temperatura ambiente dovrebbe essere di circa 15°C. Se aumenta, la velocità con cui la batteria perde la sua capacità aumenterà.

Se la batteria deve essere immagazzinata per un tempo sufficientemente lungo, deve essere completamente scaricata e caricata una volta al mese. La batteria guadagna il 100% della sua capacità specificata. Quindi il dispositivo viene nuovamente scaricato e caricato fino al 50%. Con l'esecuzione regolare di questa procedura, è possibile conservare la batteria per molto tempo. Dopodiché, sarà completamente utilizzabile.

Considerando come caricare correttamente le batterie agli ioni di litio, è possibile prolungare notevolmente la durata di questo tipo di batteria.

Quando si parla di batterie o accumulatori al litio, il più delle volte non si rendono nemmeno conto che ne sono apparse quasi una dozzina negli ultimi due anni, ognuna delle quali è litio con vari additivi di altri elementi chimici, che alla fine differiscono significativamente da ciascuno Altro.

Diamo un'occhiata alle loro tipologie e iniziamo con i classici:

Le batterie agli ioni di litio sono una classica batteria ricaricabile in cui gli ioni di litio si spostano dall'elettrodo negativo all'elettrodo positivo durante la scarica e viceversa durante la carica. 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 le dimensioni delle batterie cilindriche e prismatiche. Gli ioni di litio hanno la densità di potenza più alta di qualsiasi batteria di tipo precedente. Il peso molto leggero e la lunga durata del ciclo lo rendono un 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 a questo riguardo al fosfato di ferro. La densità di energia è inferiore rispetto ad altre fonti di alimentazione 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, un ciclo di vita molto elevato e un'eccellente durata (anche di sicurezza). LTO ha trovato la sua strada principalmente nei veicoli elettrici e negli orologi da polso. Recentemente, sta iniziando a trovare applicazione nei dispositivi medici mobili grazie alla sua elevata sicurezza. Una caratteristica della tecnologia è che utilizza nanocristalli all'anodo invece del carbonio, che fornisce una superficie molto più efficiente. Sfortunatamente, questa batteria ha tensioni inferiori rispetto ad altri tipi di batterie al litio.

Peculiarità:

• Energia specifica: circa 30-110 Wh/kg
• Densità energetica: 177 W*H/L
• Potenza specifica: 3.000-5.100 W/kg
• Efficienza di scarico: circa 85%; efficienza di carica oltre il 95%
• Prezzo dell'energia: 0,5 W / dollaro
• Scadenza: >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: utilizza 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 stabilità alle sovratensioni e alle alte temperature.

Questa serie di accumulatori può essere prodotta nella gamma da 30 a 23000 mA/h, tipi con corpo 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 alle alte temperature. Principali applicazioni: lettori portatili, Bluetooth, dispositivi wireless, PDA e fotocamere digitali, biciclette elettriche, navigatori GPS, laptop, e-reader.

Peculiarità:

• Tensione nominale: 3,7 V
• Tensione di carica: 4,2 ± 0,05 V
• Corrente di carica, velocità: 0,2-10 S
• Tensione di scarica limite: 2,5 V
• Tasso di scarico: fino a 50°C
• Durata 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 portatili, 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 ora. Ha attirato l'attenzione degli esperti per la sua sicurezza affidabile, durata, basso impatto ambientale durante lo smaltimento e comode caratteristiche di carica e scarica. Molti esperti sostengono che le batterie lifepo4 siano di gran lunga l'opzione migliore per l'elettronica autoalimentata.

Biossido di zolfo di litio (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 in campo militare, meteorologico e astronautico.

Le batterie a base di anidride solforosa di litio con un anodo di litio metallico (il più leggero di tutti i metalli) e un catodo liquido contenente un collettore di corrente di carbonio poroso riempito con anidride solforosa (SO2) forniscono una tensione di 2,9 V e hanno una forma cilindrica.

Peculiarità:

• Alta tensione di esercizio, stabile per la maggior parte della scarica
• Autoscarica estremamente bassa
• Lavorare in condizioni estreme
• Ampio intervallo di temperature di esercizio (da -55°C a +65°C)

Biossido di litio-manganese (batteria Li-MnO2) - tali batterie hanno un anodo di litio in metallo 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 normativa europea RoHS ed è caratterizzato da grande capacità, elevata capacità di scarica e lunga durata.

Li-MnO2 è ampiamente utilizzato in alimentatori di backup, segnali di emergenza, allarmi antincendio, sistemi elettronici di controllo degli accessi, fotocamere digitali, apparecchiature mediche.

Peculiarità:

• Alta densità di energia
• Tensione di scarica molto stabile
• Durata di conservazione superiore a 10 anni
• Temperatura di esercizio: da -40 a +60°С

Le batterie al litio cloruro di tionile (litio-SOCl2) sono dotate di un anodo metallico al litio leggero e un catodo liquido contenente un collettore di corrente di carbonio poroso riempito con cloruro di tionile (SOCl2). Le batterie Li-SOCL2 sono ideali 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
• Ampia gamma di temperature
• Buona tenuta
• tensione di scarica stabile

batterie Li-FeS2

Le batterie e le batterie Li-FeS2 stanno per disolfuro di ferro e litio. Le informazioni su di loro verranno aggiunte in seguito.

La crescita dell'interesse dei consumatori per i gadget mobili e la tecnologia portatile high-tech in generale sta costringendo i produttori a migliorare i propri prodotti in vari modi. Allo stesso tempo, ci sono una serie di parametri comuni su cui si lavora nella stessa direzione. Questi includono il metodo di approvvigionamento energetico. Solo pochi anni fa, i partecipanti attivi al mercato hanno potuto osservare il processo di sostituzione di elementi più avanzati di origine NiMH. Oggi, le nuove generazioni di batterie sono in competizione tra loro. La diffusa tecnologia agli ioni di litio in alcuni segmenti sta sostituendo con successo la batteria ai polimeri di litio. La differenza dallo ionico nel nuovo blocco non è così evidente per l'utente medio, ma per alcuni aspetti è significativa. Allo stesso tempo, come nel caso della concorrenza tra elementi NiCd e NiMH, la tecnologia sostitutiva è tutt'altro che impeccabile ed è inferiore al suo analogo per alcuni aspetti.

Dispositivo con batteria agli ioni di litio

I primi modelli di batterie commerciali a base di litio iniziarono ad apparire all'inizio degli anni '90. Tuttavia, come elettrolita attivo sono stati quindi utilizzati cobalto e manganese. In quelli moderni, è importante non tanto la sostanza quanto la configurazione del suo posizionamento nel blocco. Tali batterie sono costituite da elettrodi separati da un separatore con pori. La massa del separatore, a sua volta, è semplicemente impregnata di elettrolita. Per quanto riguarda gli elettrodi, sono rappresentati da una base catodica su un foglio di alluminio e da un anodo di rame. All'interno del blocco, sono interconnessi dai terminali del collettore di corrente. La carica di mantenimento esegue una carica positiva sugli ioni di litio. Questo materiale è vantaggioso in quanto ha la capacità di penetrare facilmente nei reticoli cristallini di altre sostanze, formando legami chimici. Tuttavia, le qualità positive di tali batterie non sono sempre più sufficienti per le attività moderne, che hanno portato alla comparsa delle celle Li-pol, che hanno molte caratteristiche. In generale, vale la pena notare la somiglianza delle fonti di alimentazione agli ioni di litio con le batterie full-size all'elio per auto. In entrambi i casi, le batterie sono progettate tenendo conto dell'usabilità fisica. In parte, questa direzione di sviluppo è stata proseguita dagli elementi polimerici.

Dispositivo con batteria ai polimeri di litio

L'impulso per il miglioramento delle batterie al litio è stato la necessità di affrontare due carenze delle batterie agli ioni di litio esistenti. In primo luogo, non sono sicuri da utilizzare e, in secondo luogo, sono piuttosto costosi in termini di prezzo. I tecnici hanno deciso di eliminare questi svantaggi cambiando l'elettrolita. Di conseguenza, il separatore poroso impregnato è stato sostituito da un elettrolita polimerico. Va notato che il polimero era precedentemente utilizzato in esigenze elettriche come film plastico che conduce corrente. In una batteria moderna, lo spessore dell'elemento Li-pol raggiunge 1 mm, il che rimuove anche le restrizioni degli sviluppatori sull'uso di varie forme e dimensioni. Ma la cosa principale è l'assenza di un elettrolita liquido, che elimina il rischio di ignizione. Ora vale la pena considerare più in dettaglio le differenze rispetto alle celle agli ioni di litio.

Qual è la differenza principale rispetto alla batteria agli ioni?

La differenza fondamentale sta nel rifiuto dell'elio e degli elettroliti liquidi. Per una comprensione più completa di questa differenza, vale la pena fare riferimento ai moderni modelli di batterie per auto. La necessità di sostituire l'elettrolita liquido è stata guidata, ancora una volta, da problemi di sicurezza. Ma se nel caso delle batterie per autoveicoli, il progresso si è fermato sugli stessi elettroliti porosi impregnati, i modelli al litio hanno ricevuto solide basi a tutti gli effetti. Perché una batteria ai polimeri di litio a stato solido è così buona? La differenza da quella ionica è che il principio attivo sotto forma di placca nella zona di contatto con il litio impedisce la formazione di dendriti durante il ciclo. Proprio questo fattore esclude la possibilità di esplosioni e incendi di tali batterie. Questo è solo ciò che riguarda i vantaggi, ma ci sono anche dei punti deboli nelle nuove batterie.

Durata della batteria ai polimeri di litio

In media, tali batterie possono sopportare circa 800-900 cicli di carica. Questo indicatore è modesto sullo sfondo degli analoghi moderni, ma anche questo fattore non può essere considerato determinante la risorsa di un elemento. Il fatto è che tali batterie sono soggette a un invecchiamento intensivo, indipendentemente dalla natura del funzionamento. Cioè, anche se la batteria non viene utilizzata affatto, la sua durata sarà ridotta. E non importa se si tratta di una batteria agli ioni di litio o di una cella ai polimeri di litio. Tutti gli alimentatori a base di litio sono caratterizzati da questo processo. Una significativa perdita di volume può essere notata già un anno dopo l'acquisizione. Dopo 2-3 anni, alcune batterie si guastano completamente. Ma molto dipende dal produttore, poiché all'interno del segmento ci sono differenze anche nella qualità della batteria. Problemi simili sono inerenti alle celle NiMH, che sono soggette a invecchiamento con forti fluttuazioni di temperatura.

svantaggi

Oltre ai problemi di rapido invecchiamento, tali batterie necessitano di un ulteriore sistema di protezione. Ciò è dovuto al fatto che lo stress interno in diverse aree può portare al burnout. Pertanto, viene utilizzato uno speciale circuito di stabilizzazione per prevenire il surriscaldamento e il sovraccarico. Lo stesso sistema comporta altri svantaggi. Il principale è la limitazione di corrente. Ma, d'altra parte, circuiti di protezione aggiuntivi rendono la batteria ai polimeri di litio più sicura. C'è anche una differenza da ionico in termini di costo. Le batterie ai polimeri sono più economiche, ma non di molto. Il loro prezzo è in aumento anche a causa dell'introduzione dei circuiti elettronici di protezione.

Caratteristiche operative delle modifiche gelatinose

Per aumentare la conduttività elettrica, i tecnologi aggiungono ancora un elettrolita gelatinoso agli elementi polimerici. Non si parla di una transizione completa a tali sostanze, poiché ciò contraddice il concetto di questa tecnologia. Ma nella tecnologia portatile vengono spesso utilizzate batterie ibride. La loro particolarità sta nella loro sensibilità alla temperatura. I produttori consigliano di utilizzare questi modelli di batterie in ambienti tra 60 °C e 100 °C. Questa esigenza determinava anche una speciale nicchia di applicazione. I modelli gelatinosi possono essere utilizzati solo in luoghi con clima caldo, per non parlare della necessità di essere immersi in una custodia termoisolata. Tuttavia, la domanda su quale batteria scegliere - Li-pol o Li-ion - non è così acuta nelle imprese. Laddove la temperatura ha un'influenza particolare, vengono spesso utilizzate soluzioni combinate. Gli elementi polimerici in questi casi vengono solitamente utilizzati come backup.

Metodo di ricarica ottimale

Il tempo di ricarica usuale per le batterie al litio è in media di 3 ore, inoltre l'unità rimane fredda durante la carica. Il riempimento avviene in due fasi. All'inizio la tensione raggiunge valori di picco e questa modalità viene mantenuta fino a un valore impostato del 70%. Il restante 30% è già reclutato in condizioni di tensione normale. Interessante anche un'altra domanda: come caricare una batteria ai polimeri di litio se è necessario mantenere costantemente il suo massimo volume? In questo caso, dovresti seguire il programma di ricarica. Si consiglia di eseguire questa procedura ogni 500 ore circa di funzionamento con uno scarico completo.

Misure precauzionali

Durante il funzionamento deve essere utilizzato solo un caricabatteria conforme alle specifiche, collegandolo a una rete con tensione stabile. È inoltre necessario controllare lo stato dei connettori in modo che la batteria non si apra. È importante considerare che, nonostante l'elevato grado di sicurezza, questo tipo di batteria è comunque sensibile ai sovraccarichi. La cella ai polimeri di litio non tollera l'eccesso di corrente, l'eccessivo raffreddamento dell'ambiente esterno e gli shock meccanici. Tuttavia, per tutti questi indicatori, i blocchi polimerici sono ancora più affidabili di quelli agli ioni di litio. Tuttavia, l'aspetto principale della sicurezza risiede nell'innocuità degli alimentatori a stato solido, ovviamente, a condizione che siano mantenuti ermeticamente.

Quale batteria è migliore: Li-pol o Li-ion?

Questo problema è in gran parte determinato dalle condizioni operative e dall'oggetto target dell'approvvigionamento energetico. È più probabile che i principali vantaggi dei dispositivi polimerici vengano avvertiti dagli stessi produttori, che possono utilizzare più liberamente le nuove tecnologie. Per l'utente, la differenza sarà appena percettibile. Ad esempio, nella domanda su come caricare una batteria ai polimeri di litio, il proprietario dovrà prestare maggiore attenzione alla qualità dell'alimentazione. In termini di tempo di ricarica, questi sono elementi identici. Per quanto riguarda la durabilità, anche in questo parametro la situazione è ambigua. L'effetto dell'invecchiamento caratterizza maggiormente gli elementi polimerici, ma la pratica mostra diversi esempi. Ad esempio, ci sono recensioni di celle agli ioni di litio che diventano inutilizzabili dopo un anno di utilizzo. E i polimeri in alcuni dispositivi funzionano per 6-7 anni.

Conclusione

Ci sono ancora molti miti e falsi giudizi sulle batterie che si riferiscono a varie sfumature di funzionamento. Al contrario, alcune caratteristiche della batteria vengono messe a tacere dai produttori. Per quanto riguarda i miti, uno di loro confuta la batteria ai polimeri di litio. La differenza rispetto alla controparte ionica è che i modelli polimerici subiscono meno stress interni. Per questo motivo le sessioni di ricarica che non hanno ancora esaurito le batterie non influiscono negativamente sulle caratteristiche degli elettrodi. Se parliamo dei fatti nascosti dai produttori, uno di questi riguarda la durata. Come già accennato, la durata della batteria è caratterizzata non solo da un modesto indicatore dei cicli di carica, ma anche dall'inevitabile perdita del volume utile della batteria.

In questo momento, le batterie agli ioni di litio e le batterie Li-pol (polimeri di litio) sono molto diffuse.

La differenza tra loro è nell'elettrolita. Nella prima versione viene utilizzato l'elio in quanto, nella seconda, un polimero saturo di una soluzione contenente litio. Oggi, a causa della popolarità delle auto con motori elettrici, la questione di trovare il tipo ideale di batteria agli ioni di litio che sia ottimale per un veicolo del genere è acuta.

È costituita, come le altre batterie, da un anodo (carbone poroso) e un catodo (litio), un separatore che li separa e un conduttore elettrolitico. Il processo di scarica è accompagnato dal passaggio degli ioni "anodo" al catodo attraverso il separatore e l'elettrolita. La loro direzione è invertita durante la carica (immagine sotto).

Gli ioni circolano nel processo di scarica e carica della cella tra elettrodi di carica opposta.

Le batterie ioniche hanno un catodo fatto di metalli diversi, che è la loro principale differenza. I produttori, utilizzando materiali diversi per gli elettrodi, migliorano le caratteristiche delle batterie.

Ma capita che il miglioramento di alcune caratteristiche porti ad un forte deterioramento di altre. Ad esempio, ottimizzando la capacità necessaria per aumentare i tempi di viaggio, è possibile aumentare la potenza, la sicurezza e ridurre l'impatto ambientale. Allo stesso tempo, è possibile ridurre la corrente di carico, aumentare il costo o le dimensioni della batteria.

Puoi conoscere i parametri principali dei diversi tipi di batterie al litio (litio-manganese, litio-cobalto, litio-fosfato e nichel-manganese-cobalto) nella tabella:

Regole per gli utenti del trasporto elettrico

La capacità di tali batterie praticamente non diminuisce durante la conservazione a lungo termine. Le batterie agli ioni di litio si scaricano solo del 23% se conservate a una temperatura di 60 gradi per 15 anni. È grazie a queste proprietà che sono ampiamente utilizzati nelle tecnologie di trasporto elettrico.

Le batterie agli ioni di litio sono adatte per i veicoli elettrici, che hanno un sistema di controllo completo integrato nella custodia.

Per questo motivo, gli utenti durante il funzionamento dimenticano le regole di base che possono prolungare la loro durata:

• la batteria deve essere completamente caricata subito dopo l'acquisto in negozio, poiché gli elettrodi vengono caricati del 50% durante il processo produttivo. Pertanto, la capacità disponibile diminuirà, ad es. tempo di funzionamento in assenza di addebito iniziale;
• la batteria non deve scaricarsi completamente per risparmiare risorse;
• è necessario caricare la batteria dopo ogni partenza, anche se la carica è rimasta;
• Non riscaldare le batterie poiché le alte temperature contribuiscono al processo di invecchiamento. Per utilizzare il più possibile la risorsa, è necessario operare alla temperatura ottimale, che è di 20-25 gradi. Pertanto, la batteria non può essere conservata vicino a una fonte di calore;
• nella stagione fredda, si consiglia di avvolgere la batteria in un sacchetto di plastica con chiusura sottovuoto da riporre a 3-4 gradi, ad es. in una stanza non riscaldata. L'addebito dovrebbe essere almeno il 50% dell'intero;
• dopo che la batteria è stata utilizzata a basse temperature, non può essere caricata senza tenerla per un po' di tempo a temperatura ambiente, cioè necessita di essere riscaldata;
• È necessario caricare la batteria con il caricabatteria fornito con il kit.

Il PU di queste batterie ha diverse sottospecie - al litio - LiFePO4 (ferro - fosfato), utilizzando un catodo di fosfato di ferro. Le loro caratteristiche ci permettono di parlare di batterie come l'apice della tecnologia utilizzata per la produzione di batterie.

I loro principali vantaggi sono:

• il numero di cicli di carica-scarica, che arriva a 5000 fino al momento in cui la capacità diminuisce del 20%;
• lunga durata;
• manca "effetto memoria";
• ampio intervallo di temperatura con prestazioni invariate (300-700 gradi Celsius);
• stabilità chimica e termica, che aumentano la sicurezza.

Le batterie più utilizzate

Tra le tante, le più comuni sono le batterie agli ioni di litio 18650 prodotte da cinque aziende: LG, Sony, Panasonic, Samsung, Sanyo, i cui stabilimenti si trovano in Giappone, Cina, Malesia e Corea del Sud. Era previsto che le batterie agli ioni di litio 18650 sarebbero state utilizzate nei laptop. Tuttavia, a causa del formato di successo, vengono utilizzati in modelli radiocomandati, veicoli elettrici, lanterne, ecc.

Come ogni prodotto di qualità, tali batterie hanno molti falsi, quindi, per prolungare la vita del dispositivo, è sufficiente acquistare batterie di marchi noti.

Batterie agli ioni di litio protette e non protette

È anche importante per le batterie al litio che siano protette o meno. Il range operativo del primo è 4,2-2,5V (utilizzato in dispositivi progettati per funzionare con sorgenti agli ioni di litio): luci a LED, elettrodomestici a bassa potenza, ecc.

Negli elettroutensili, biciclette con motori elettrici, laptop, apparecchiature video e foto, vengono utilizzate batterie non protette, controllate dal controller.

Cosa devi sapere sulle batterie agli ioni di litio?

Innanzitutto, le restrizioni che devono essere osservate durante il funzionamento:

• la tensione di ricarica (massima) non può essere superiore a 4,35V;
• il suo valore minimo non può essere inferiore a 2,3 V;
• la corrente di scarica non deve superare più del doppio del valore della capacità. Se il valore di quest'ultimo è 2200 mAh, la corrente massima è 4400 mA.

Funzioni svolte dal responsabile del trattamento

Perché hai bisogno di un controller di carica della batteria agli ioni di litio? Svolge diverse funzioni:

• fornisce una corrente che compensa l'autoscarica. Il suo valore è inferiore alla massima corrente di carica, ma superiore alla corrente di autoscarica;
• implementa un efficiente algoritmo del ciclo di carica/scarica per una specifica batteria;
• compensa la differenza nei flussi di energia durante la ricarica e la fornitura di energia al consumatore. Ad esempio, durante la ricarica e l'alimentazione di un laptop;
• misura la temperatura durante il surriscaldamento o l'ipotermia, prevenendo danni alla batteria.

Un controller di carica della batteria agli ioni di litio è realizzato sotto forma di un microcircuito integrato nella batteria o come dispositivo separato.

Per caricare le batterie è preferibile utilizzare il caricabatteria standard per batterie agli ioni di litio 18650 fornito nel kit. Il caricabatterie per batterie al litio 18650 di solito ha un'indicazione del livello di carica. Più spesso si tratta di un led che segnala quando la carica è in corso e la sua fine.

Sui dispositivi più avanzati, puoi monitorare il tempo rimanente fino al termine della carica, la tensione attuale sul display. Per una batteria 18650 con una capacità di 2200 mA, il tempo di ricarica è di 2 ore.

Ma è importante sapere come caricare con quale corrente una batteria agli ioni di litio 18650. Dovrebbe essere la metà della capacità nominale, ovvero, se è 2000 mAh, la corrente ottimale è 1 A. Caricando la batteria con una corrente elevata, il suo degrado si instaura rapidamente. Quando si utilizza una corrente bassa, ci vorrà più tempo.

Video: come caricare un caricabatteria agli ioni di litio con le tue mani

Schema di un dispositivo per la ricarica delle batterie

Si presenta così:

Il circuito si distingue per affidabilità e ripetibilità e le parti in entrata sono economiche e prontamente disponibili. Per aumentare la durata della batteria, è necessaria una carica competente delle batterie agli ioni di litio: entro la fine della carica, la tensione dovrebbe diminuire.

Dopo il suo completamento, cioè quando la corrente raggiunge lo zero, la carica della batteria agli ioni di litio dovrebbe interrompersi. Il circuito di cui sopra soddisfa questi requisiti: una batteria scarica collegata al caricabatteria (VD3 si accende) utilizza una corrente di 300mA.

Il processo in corso è indicato dal LED acceso VD1 La corrente che diminuisce gradualmente fino a 30 mA indica che la batteria è in carica. La fine del processo è segnalata dal LED VD2 acceso.

Il circuito utilizza un amplificatore operazionale LM358N (puoi sostituirlo con un analogico KR1040UD1 o KR574UD2, che ha una diversa disposizione dei pin), oltre a un transistor VT1 S8550 a 9 LED gialli, rossi e verdi (1,5 V).

La batteria può essere riattivata?

Dopo un paio d'anni di utilizzo attivo, le batterie perdono catastroficamente capacità, creando problemi durante l'utilizzo del tuo dispositivo preferito. È possibile e come ripristinare una batteria agli ioni di litio mentre l'utente è alla ricerca di una sostituzione?

Il ripristino di una batteria agli ioni di litio è possibile temporaneamente in diversi modi.

Se la batteria è gonfia, ad es. ha smesso di mantenere una carica, il che significa che i gas si sono accumulati all'interno.

Quindi procedere come segue:

• il vano batteria è accuratamente scollegato dal sensore;
• separare il sensore elettronico;
• trova un cappuccio con l'elettronica di controllo sotto di esso e foralo accuratamente con un ago;
• quindi, trovano un oggetto piatto pesante, di area più ampia rispetto all'area della batteria, che verrà utilizzato come una pressa (non utilizzare una morsa e dispositivi simili);
• posizionare la batteria su un piano orizzontale e premere con una pressa, ricordando che la batteria può essere danneggiata applicando una forza eccessiva. Se non è sufficiente, il risultato potrebbe non essere raggiunto. Questo è il momento più cruciale;
• resta da gocciolare resina epossidica sul foro e saldare il sensore.

Ci sono altri modi, di cui puoi leggere su Internet.

Puoi scegliere un caricabatterie sul sito http://18650.in.ua/chargers/.

Video: batterie agli ioni di litio, suggerimenti per l'utilizzo delle batterie agli ioni di litio

Il mercato consumer delle batterie agli ioni di litio (Li-ion) è enorme, circa 10 miliardi di dollari, ed è abbastanza resistente, crescendo solo del 2% all'anno. Ma che dire delle auto elettriche, chiedi? Infatti, nei prossimi anni, grazie allo sviluppo dei veicoli elettrici, si prevede che il tasso di crescita annuale delle batterie agli ioni di litio sarà del 10%. Sorprendentemente, l'area di maggiore crescita per il mercato delle batterie agli ioni di litio è ancora "tutto il resto", dai telefoni cellulari ai carrelli elevatori.

Le "altre" applicazioni per le batterie agli ioni di litio tendono ad avere una cosa in comune: sono dispositivi alimentati da batterie sigillate al piombo acido (SLA). Le batterie al piombo hanno preso il comando nel mercato dell'elettronica per quasi 200 anni, ma sono state espulse dal mercato per diversi anni dalle batterie agli ioni di litio. Poiché in molti casi le batterie agli ioni di litio hanno iniziato a sostituire le batterie al piombo (accumulatori), vale la pena confrontare queste due tipologie di dispositivi di accumulo di energia, sottolineando le principali caratteristiche tecniche e la fattibilità economica dell'utilizzo degli ioni di litio al posto dei tradizionali dispositivi SLA .

Storia delle applicazioni della batteria

La batteria al piombo è stata la prima batteria ricaricabile sviluppata per uso commerciale negli anni '50 dell'Ottocento. Nonostante un'età abbastanza decente di oltre 150 anni, sono ancora attivamente utilizzati nei dispositivi moderni. Inoltre, vengono utilizzati attivamente in applicazioni in cui, sembrerebbe, è del tutto possibile cavarsela con le moderne tecnologie. Alcuni dispositivi comuni fanno un uso massiccio di SSC, come gruppi di continuità (UPS), golf cart o carrelli elevatori. Sorprendentemente, il mercato delle batterie al piombo è ancora in crescita per alcune nicchie e progetti.

La prima innovazione significativa nella tecnologia piombo-acido è arrivata negli anni '70 con l'invenzione di SBC sigillati o SBC esenti da manutenzione. Questa modernizzazione consisteva nella comparsa di valvole speciali per lo spurgo dei gas durante la carica / scarica delle batterie. Inoltre, l'utilizzo di un separatore umidificato ha permesso di far funzionare la batteria in posizione inclinata senza perdite di elettrolita.

SKB o inglese. Gli SLA sono spesso classificati per tipo o applicazione. Attualmente, due tipi sono i più comuni: gel, noto anche come acido di piombo regolato da valvole (VRLA) e tappetino di vetro assorbente (AGM). Le batterie AGM sono utilizzate per piccoli UPS, luci di emergenza e sedie a rotelle, mentre VRLA è per applicazioni più grandi come alimentazione di riserva per ripetitori cellulari, centri Internet e carrelli elevatori. Le batterie al piombo possono anche essere classificate secondo i seguenti criteri: automotive (avviamento o SLI - avviamento, illuminazione, accensione); trazione (trazione o ciclo profondo); stazionario (gruppi di continuità). Il principale svantaggio degli SLA in tutte queste applicazioni è il ciclo di vita: se vengono scaricati ripetutamente, vengono gravemente danneggiati.

Sorprendentemente, le batterie al piombo sono state i leader indiscussi nel mercato delle batterie per molti decenni, fino all'avvento delle batterie agli ioni di litio negli anni '80. Una batteria agli ioni di litio è una cella ricaricabile in cui gli ioni di litio si spostano dall'elettrodo negativo a quello positivo durante la scarica e viceversa durante la carica. Le batterie agli ioni di litio utilizzano composti di litio intercalati ma non contengono litio metallico, che viene utilizzato nelle batterie usa e getta.

La batteria agli ioni di litio è stata inventata per la prima volta negli anni '70. Negli anni '80 fu lanciata sul mercato la prima versione commerciale di una batteria con catodo all'ossido di cobalto. Questo tipo di dispositivo aveva capacità di peso e capacità significativamente maggiori rispetto ai sistemi a base di nichel. Le nuove batterie agli ioni di litio hanno contribuito all'enorme crescita del mercato dei telefoni cellulari e dei laptop. Inizialmente, a causa di problemi di sicurezza, sono state introdotte opzioni più sicure che includevano aggiunte a base di nichel e manganese al materiale del catodo di ossido di cobalto, oltre alle innovazioni nella costruzione di celle.

Le prime celle agli ioni di litio sul mercato erano in lattine rigide di alluminio o acciaio e in genere erano disponibili solo in pochi fattori di forma cilindrici o prismatici (a forma di mattone). Tuttavia, con l'ampliamento della gamma di applicazioni della tecnologia agli ioni di litio, anche le loro dimensioni complessive hanno cominciato a cambiare.

Ad esempio, nei laptop e nei telefoni cellulari vengono utilizzate versioni meno costose della tecnologia precedente. Le moderne celle ai polimeri di litio sottili sono utilizzate in smartphone, tablet e dispositivi indossabili. Attualmente, le batterie agli ioni di litio sono utilizzate in utensili elettrici, biciclette elettriche e altri dispositivi. Questa variazione fa presagire la completa sostituzione dei dispositivi piombo-acido in sempre più nuove applicazioni volte a migliorare le prestazioni complessive e di potenza.

Caratteristiche chimiche

I fondamenti della chimica cellulare conferiscono ai dispositivi al piombo e agli ioni di litio determinate proprietà e vari gradi di funzionalità. Di seguito sono riportati alcuni dei vantaggi delle batterie al piombo che ne hanno fatto il pilastro per decenni e gli svantaggi che ora portano alla sua sostituzione, oltre ad aspetti simili per i dispositivi agli ioni di litio.

Batteria al piombo

• SKB è semplice, affidabile ed economico. Può essere utilizzato in un ampio intervallo di temperature.
• Le batterie devono essere conservate in uno stato di carica permanente (SoC) e non sono ricaricabili rapidamente.
• Gli SKB hanno molto peso. La loro densità di energia gravimetrica è molto bassa.
• Il ciclo di vita è di solito da 200 a 300 scariche/ricariche, che è molto breve.
• La curva di carica/scarica consente di misurare il SOC con un semplice controllo della tensione.

Batteria agli ioni di litio

• Hanno la più alta densità di energia in termini di dimensioni e peso.
• Il ciclo di vita è solitamente compreso tra 300 e 500, ma può essere misurato in migliaia per le celle al fosfato di litio;
• Intervallo di temperatura di esercizio molto piccolo;
• Sono disponibili varie dimensioni, forme e altre possibilità delle celle;
• Nessuna necessità di manutenzione. Il livello di autoscarica è molto basso.
• È necessaria l'attuazione di schemi di sicurezza. Sofisticato algoritmo di ricarica.
• Le misurazioni SoC richiedono decisioni difficili a causa della non linearità della curva di tensione.

Elettronica

È importante capire la differenza tra un pacco batteria e una batteria ricaricabile. La cellula è l'elemento costitutivo principale del pacchetto. Inoltre, il pacchetto include anche elettronica, connettori e una custodia. La figura sopra mostra esempi di questi dispositivi. Una batteria agli ioni di litio deve avere, come minimo, circuiti di protezione e controllo delle celle implementati e il caricabatteria e il sistema di misurazione della tensione sono molto più complessi rispetto ai dispositivi piombo-acido.

Quando si utilizzano batterie agli ioni di litio e al piombo, le principali differenze nell'elettronica saranno le seguenti:

Caricabatterie

La ricarica di una batteria al piombo è abbastanza semplice, purché vengano soddisfatte determinate soglie di tensione. Le batterie agli ioni di litio utilizzano un algoritmo più complesso, ad eccezione dei pacchetti di fosfato di ferro. Il metodo di ricarica standard per tali dispositivi è il metodo a corrente costante/tensione costante (CC/CV). Include un processo di ricarica in due fasi. Nella prima fase, si verifica una carica di corrente costante. Questo dura fino a quando la tensione della cella raggiunge una certa soglia, dopo di che la tensione rimane costante e la corrente diminuisce in modo esponenziale fino a raggiungere il valore di cutoff.

Conteggio e comunicazione degli addebiti

Come accennato in precedenza, la carica dell'SCB può essere misurata mediante semplici misure di tensione. Quando si utilizzano batterie agli ioni di litio, è necessario controllare il livello di carica delle celle, il che richiede l'implementazione di algoritmi complessi e cicli di apprendimento.

I 2 C è il protocollo di comunicazione più comune ed economico utilizzato nelle batterie agli ioni di litio, ma presenta limitazioni in termini di immunità al rumore, integrità del segnale sulla distanza e larghezza di banda totale. SMBus (System Management Bus), un derivato di I2C, è molto comune nelle batterie più piccole, ma attualmente non ha alcun supporto efficace per pacchetti potenti o più grandi. CAN è ottimo per ambienti ad alto rumore o dove sono richieste lunghe tirature, come in molte applicazioni SKB, ma ha un costo.

Sostituzioni dirette

Va sottolineato che ora esistono diversi formati standard per le batterie al piombo. Un esempio è U1, un fattore di forma standard utilizzato nelle applicazioni di alimentazione di backup mediche. La batteria al litio-ferro-fosfato si è rivelata un degno sostituto del piombo-acido. Il fosfato di ferro ha un ciclo di vita eccellente, una buona conduttività di carica, una maggiore sicurezza e una bassa impedenza. Le tensioni delle batterie al litio ferro fosfato si adattano bene anche alle tensioni del piombo acido (12V e 24V), consentendo di utilizzare gli stessi caricatori. I pacchetti software di monitoraggio e manutenzione della batteria includono funzionalità intelligenti come il monitoraggio della carica, il contatore dei cicli di carica/scarica e altro ancora.

Le batterie al litio ferro fosfato conservano il 100% della capacità di stoccaggio, a differenza delle batterie SKB che perdono capacità nel corso di diversi mesi di stoccaggio. La figura sopra mette a confronto i due prodotti e le tipologie di anticipi realizzati nel passaggio da SKB a Li-ion.

conclusioni

Esistono pochissime batterie in grado di immagazzinare tanta energia quanto il piombo acido, rendendo questo tipo di batteria economica per molte applicazioni ad alta potenza. Il prezzo della tecnologia agli ioni di litio è in costante calo e il continuo miglioramento delle loro strutture chimiche e dei loro sistemi di sicurezza li rende un degno concorrente della tecnologia al piombo. I dispositivi per il loro utilizzo possono essere molto diversi, dai gruppi di continuità ai veicoli elettrici e ai droni.