Baterii reîncărcabile Li-ion. Baterii cu litiu

Din acest articol veți înțelege cum să încărcați corect o baterie Li-Ion (litiu-ion), precum și să aflați cum să funcționați și să întrețineți corect. Acest tip de cunoștințe va prelungi durata de viață a bateriei dvs.

Bateria litiu-ion a devenit atât de răspândită datorită ușurinței sale de producție, costului redus și unui număr mare de cicluri de încărcare-descărcare. Dar pentru a aprecia aceste beneficii este necesar să folosiți corect bateria Li-Ion.

Instrucțiunile de utilizare variază în funcție de tipul bateriei. De exemplu, bateriile Ni-MH și Ni-Cd trebuie să fie complet descărcate înainte de încărcare. În caz contrar, elementele devin mai mari și volumul bateriei scade. Cu toate acestea, regula „a cumpărat un telefon - descărcați-l la zero, apoi încărcați-l și repetați ciclul de mai multe ori” nu este universală și nu se aplică la Li-Ion.

Prin urmare, înainte de a aplica recomandările de mai jos, aruncați o privire asupra bateriei dvs. Ar trebui să spună că este litiu-ion (Li-Ion). Numai în acest caz folosiți următoarele reguli Operațiune.

Nu descărcați bateria la zero prea des.

Încă nu va fi posibilă descărcarea completă a bateriei. Placa de protecție oprește dispozitivul când se atinge un anumit minim. Descărcarea completă este posibilă numai dacă dezasamblați bateria și îndepărtați placa de protecție. Li-Ion și Baterii Li-Pol nu poate tolera scurgeri complete frecvente. De aceea se vand 2/3 taxate.

Puneți dispozitivul pentru a se încărca când bateria mai are 10-20% rămase

Un mesaj precum „Vă rugăm să conectați încărcătorul” apare atunci când încărcarea ajunge la 10-20% dintr-un motiv. Urmați recomandările producătorului și conectați încărcătorul.

Dar nu trebuie să așteptați o astfel de cădere. Dacă îți poți încărca telefonul sau laptopul, fă-o. Încărcarea regulată nu este un panaceu, dar cu cât vă încărcați Li-Ion mai des, cu atât va dura mai mult.

Calibrați-vă bateria periodic

Calibrarea presupune descărcare completăși încărcarea ulterioară a dispozitivului. Nu există nicio contradicție cu prima regulă: calibrarea trebuie făcută aproximativ o dată la trei luni.

Calibrarea nu prelungește în mod direct durata de viață a bateriei, ci doar ajută controlerul să determine corect capacitatea bateriei. Dacă controlerul determină incorect cantitatea de încărcare, dispozitivul va trebui să fie încărcat mai des. Ciclurile de încărcare-descărcare sunt irosite și bateria se defectează mai repede.

Folosiți încărcător original

Originalitatea în contextul problemei luate în considerare este necesară pentru a vă proteja de utilizarea produselor de calitate scăzută. Dacă ești sigur că specificații dispozitiv terță parte corespunde caracteristicilor încărcătorului original, atunci nu vor apărea probleme.

Încercați să nu folosiți „broaște”

Dacă este posibil, evitați încărcarea bateriilor folosind o broască. Utilizarea dispozitivelor necertificate este nesigură; există cazuri în care „broaștele” se aprind în timpul încărcării.

În 1991.

YouTube enciclopedic

• 1 / 5

  Caracteristici baterii litiu-ion depind de compoziția chimică a componentelor constitutive și variază în următoarele limite:

  • tensiune un singur element:
    • nominal: 3,7 (pentru bateriile cu o tensiune maximă de 4,35, tensiunea nominală este 3,8) (când este descărcată la mijlocul capacității cu un curent egal cu o cincime din capacitatea bateriei);
    • maxim: 4,23 sau 4,4 (pentru 4,35 baterii);
    • minim: 2,5-2,75-3,0 (in functie de capacitate si tensiune maxima);
  • intensitatea energetică specifică: 110 ... 243 W / kg;
  • rezistență internă: 5 ... 15 Ohm / ;
  • numărul de cicluri de încărcare/descărcare pentru a ajunge la 80% capacitate: 600;
  • timp încărcare rapidă: 15 min…1 oră;
  • autodescărcare la temperatura camerei: 3% pe lună;
  • curent de sarcină în raport cu capacitatea CU prezentat în:
    • permanent: până la 65 CU;
    • puls: până la 500 CU;
    • optim: până la 1 CU;
  • interval de temperatură de funcționare: de la -20 °C la +60 °C (cel mai optim este +20 °C);

  Din cauza tensiunii excesive în timpul încărcării, bateria poate lua foc, astfel încât în ​​carcasa bateriei este încorporat un controler de încărcare a bateriei, care protejează bateria de la depășirea tensiunii de încărcare. Acest controler poate, de asemenea, controla opțional temperatura bateriei, oprește-o atunci când este supraîncălzită și limitează adâncimea de descărcare și consumul de curent. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că nu toate bateriile sunt echipate cu protecție. Pentru a reduce costurile sau pentru a crește capacitatea, producătorii nu îl pot instala.

  Baterii cu litiu au cerințe speciale la conectarea mai multor cutii în serie. Sunt furnizate încărcătoare pentru astfel de baterii multicelule schema de echilibrare celule Ideea echilibrării este că proprietățile electrice ale cutiilor pot diferi ușor, iar unele pot ajunge încărcare completăînaintea altora. În acest caz, este necesar să opriți încărcarea acestei cutii în timp ce continuați să încărcați celelalte. Această funcție este realizată de o unitate specială de echilibrare a bateriei. El oprește borcanul încărcat astfel încât curentul de încărcare să treacă pe lângă el.

  Încărcătoarele pot menține tensiunea finală de încărcare în intervalul 4,05-4,2 pentru a detecta prezența unei baterii.

  Dispozitiv

  O baterie litiu-ion este formată din electrozi (material catodic pe folie de aluminiu și material anod pe folie de cupru) separați printr-un separator poros impregnat cu electrolit. Pachetul de electrozi este plasat într-o carcasă etanșă, catozii și anozii sunt conectați la bornele colectorului de curent. Carcasa este uneori echipată cu o supapă de siguranță care eliberează presiunea internă atunci când Situații de urgență sau încălcări ale condițiilor de funcționare. litiu- baterii ionice variază în ceea ce privește tipul de material catodic utilizat. Purtătorul de încărcare dintr-o baterie litiu-ion este un ion de litiu încărcat pozitiv, care are capacitatea de a pătrunde (intercala) în rețeaua cristalină a altor materiale (de exemplu, în grafit, oxizi metalici și săruri) pentru a forma o legătură chimică, de exemplu: în grafit cu formarea de LiC 6, oxizi (LiMnO 2) și săruri (LiMn R O N) ale metalelor.

  Inițial, litiul metal a fost folosit ca plăci negative, apoi cocs de cărbune. Mai târziu, grafitul a început să fie folosit. Utilizarea oxizilor de cobalt permite bateriilor să funcționeze la temperaturi semnificativ mai scăzute și crește numărul de cicluri de descărcare/încărcare a unei baterii. Proliferarea bateriilor cu litiu fier fosfat se datorează costului lor relativ scăzut. Bateriile litiu-ion sunt utilizate împreună cu un sistem de monitorizare și control - SKU sau BMS (baterie sistem de management), - și un dispozitiv special de încărcare/descărcare.

  În prezent, există trei clase de materiale catodice utilizate în producția de masă a bateriilor litiu-ion:

  • cobaltat de litiu LiCoO 2 și soluții solide bazate pe nichelatul său de litiu izostructural
  • litiu mangan spinel LiMn 2 O 4
  • ferofosfat de litiu LiFePO 4.

  Circuite electrochimice ale bateriilor litiu-ion:

  • litiu-cobalt LiCoO 2 + 6C → Li 1-x CoO 2 + LiC 6
  • ferofosfat de litiu LiFePO 4 + 6C → Li 1-x FePO 4 + LiC 6

  Datorită auto-descărcării scăzute și a unui număr mare de cicluri de încărcare/descărcare, bateriile Li-ion sunt cele mai preferate pentru utilizarea în energie alternativă. Totodată, pe lângă sistemul I&C, acestea sunt echipate cu invertoare (convertoare de tensiune).

  Avantaje

  • Densitate mare de energie (capacitate).
  • Autodescărcare scăzută.
  • Nu necesită întreținere.

  Defecte

  1. Bateriile Li-ion din prima generație au fost supuse efectelor explozive. Acest lucru s-a explicat prin faptul că au folosit un anod metalic de litiu, pe care, în timpul mai multor cicluri de încărcare/descărcare, au apărut formațiuni spațiale (dendrite), conducând la scurtcircuit al electrozilor și, ca urmare, la incendiu sau explozie. Acest dezavantaj a fost în cele din urmă eliminat prin înlocuirea materialului anodului cu grafit. Procese similare au avut loc pe catozii bateriilor litiu-ion bazate pe oxid de cobalt atunci când au fost încălcate condițiile de funcționare (supraîncărcare). Bateriile cu ferofosfat de litiu sunt complet lipsite de aceste dezavantaje. În plus, toate încărcătoarele moderne de baterii litiu-ion previn supraîncărcarea și supraîncălzirea din cauza supraîncărcării.

  Pierderea capacității în timpul depozitării:

  Temperatura, ⁰C	Cu o taxă de 40%, % pe an	Cu încărcare 100%, % pe an
  0	2	6
  25	4	20
  40	15	35
  60	25	40% pentru trei luni

  Descărcarea la temperaturi scăzute are ca rezultat o reducere a producției de energie, în special la temperaturi sub 0 ⁰C. Astfel, o scădere a aportului de energie eliberată atunci când temperatura scade de la +20 ⁰C la +4 ⁰C duce la o scădere a energiei eliberate cu ~5-7%; o scădere suplimentară a temperaturii de descărcare sub 0 ⁰C duce la o scădere a energiei eliberate. pierderea energiei eliberate cu zeci de procente și poate duce la resurse de epuizare prematură. Chimia bateriilor litiu-ion este mai sensibilă la temperaturile de încărcare, iar încărcarea este optimă la temperaturi de ~ +20 ⁰C și nu este recomandată la temperaturi sub +5 ⁰C.

  Efect de memorie

  Conform rezultatelor cercetărilor efectuate de oamenii de știință de la Institutul Paul Scherer (Elveția), s-a descoperit că bateriile litiu-ion au efect de memorie. După cum notează autorii studiului, pentru bateriile Li-Ion:

  ...de fapt, efectul este mic: abaterea relativă a tensiunii este de doar câteva unități la mie.

  Text original (engleză)

  Efectul este de fapt mic: abaterea relativă a tensiunii este de doar câteva părți la mie.

  Vorbim exclusiv despre prezența fundamentală a efectului și nu despre orice impact semnificativ asupra funcționării bateriei.

  Ideea cheie a studiului a fost căutarea efectului în sine.

  Text original (engleză)

  Dar cheia a fost ideea de a-l căuta deloc.

  După cum a arătat studiul, ciclurile frecvente de încărcare incompletă și descărcarea ulterioară duc la apariția unor „efecte de micromemorie” individuale, care sunt apoi rezumate. Acest lucru se datorează faptului că baza funcționării bateriei este eliberarea și recaptarea ionilor de litiu, a căror dinamică se deteriorează în cazul încărcării incomplete.

  În timpul încărcării, ionii de litiu lasă particule de ferofosfat de litiu, a căror dimensiune este de zeci de micrometri, unul după altul. Materialul catodic începe să se separe în particule cu conținut diferit de litiu. Încărcarea bateriei are loc pe fundalul creșterii potențialului electrochimic. La un moment dat ajunge valoare limită. Acest lucru duce la o eliberare accelerată a ionilor de litiu rămași din materialul catodic, dar aceștia nu mai modifică tensiunea totală a bateriei.

  Dacă bateria nu este încărcată complet, atunci un anumit număr de particule aproape de starea limită va rămâne pe catod. Aproape au ajuns la bariera de eliberare a ionilor de litiu, dar nu au avut timp să o depășească. În timpul descărcării, ionii de litiu liberi tind să se întoarcă la locul lor și să se recombine cu ioni de ferofosfat. Cu toate acestea, pe suprafața catodului, acestea sunt întâlnite și de particule într-o stare limită care conțin deja litiu. Recapturarea devine mai dificilă și microstructura electrodului este perturbată.

  În prezent, sunt explorate două modalități de rezolvare a problemei: efectuarea de modificări la algoritmii sistemului de management al bateriei și dezvoltarea catozilor cu o suprafață crescută.

  Funcționarea sa joacă un rol important în durabilitatea și funcționarea corectă a bateriei. Mulți experți identifică două reguli simple care va ajuta la prelungirea duratei de viață a bateriei:

  Îmbătrânire

  Temperatura de încărcare a bateriilor litiu-polimer și litiu-ion afectează capacitatea acestora: capacitatea scade la încărcare pe vreme rece sau caldă. O descărcare profundă distruge complet o baterie litiu-ion. De asemenea, pe ciclu de viață bateriile sunt afectate de adâncimea descărcării lor înainte de următoarea încărcare și încărcarea cu curenți mai mari decât cei setați de producător. De asemenea, sunt extrem de sensibili la tensiunea de încărcare. Dacă este crescută cu doar 4%, atunci bateriile își vor pierde capacitatea de două ori mai repede de la ciclu la ciclu. Curentul de încărcare depinde de diferența de tensiune dintre baterie și încărcător și de rezistența atât a bateriei în sine, cât și a firelor conectate la aceasta. Prin urmare, o creștere a tensiunii de încărcare cu 4% poate duce la o creștere a curentului de încărcare cu un factor de 10. Acest lucru are un impact negativ asupra bateriei. Se poate supraîncălzi și se poate degrada. Condițiile optime de depozitare pentru bateriile Li-ion sunt realizate la o încărcare de 40% din capacitatea bateriei și o temperatură de 0...10 °C. Bateriile cu litiu se îmbătrânesc chiar și atunci când nu sunt folosite. După 2 ani, bateria își pierde aproximativ 20% din capacitate. În consecință, nu este nevoie să cumpărați o baterie „în rezervă” sau să vă lăsați prea conduși de „salvarea” resursei acesteia. Când cumpărați, ar trebui să vă uitați la data producției pentru a afla cât această sursă Mâncarea era deja în depozit. Dacă au trecut mai mult de doi ani de la data fabricării, este mai bine să vă abțineți de la cumpărare.

  Reducerea capacității la temperaturi scăzute

  Când temperatura ambientală scade sub 0 °C, puterea bateriei litiu-ion scade la 40-50%. Proprietarii de electronice portabile sunt cel mai puțin susceptibili la consecințele negative ale utilizării echipamentelor în condiții de temperatură scăzută, iar segmentele industriei implicate în producția de vehicule aeriene fără pilot, sisteme robotice și tehnologie spațială au nevoie urgentă de noi baterii încălzite. Pentru a rezolva această problemă, au fost create modele de baterii cu încălzire internă.

  Pericol de explozie

  Bateriile cu litiu prezintă ocazional tendința de a arde spontan în mod exploziv. Intensitatea arderii chiar și a bateriilor miniaturale este de așa natură încât poate duce la consecințe grave. Companiile aeriene și organizațiile internaționale iau măsuri pentru a limita transportul bateriilor cu litiu și a dispozitivelor care le conțin în transportul aerian.

  Arderea spontană a unei baterii cu litiu este foarte dificil de stins folosind mijloace tradiționale. În timpul procesului de accelerare termică a unei baterii defecte sau deteriorate, nu numai eliberarea stocate energie electrica, dar și o serie de reacții chimice care eliberează energie pentru autoîncălzire, oxigen și gaze inflamabile. Prin urmare, o baterie aprinsă poate arde fără acces la aer și mijloacele de izolare de oxigenul atmosferic nu sunt potrivite pentru stingerea acesteia. Mai mult, litiu-metalul reacționează activ cu apa pentru a forma hidrogen gazos inflamabil, astfel încât stingerea bateriilor cu litiu cu apă este eficientă numai pentru acele tipuri de baterii în care masa electrodului de litiu este mică. În general, stingerea unui incendiu de baterie cu litiu este ineficientă. Scopul stingerii este de a reduce temperatura bateriei și de a preveni răspândirea incendiului

  Când vorbesc despre baterii cu litiu sau baterii, cel mai adesea nu își dau seama că aproape o duzină dintre ele au apărut în ultimii doi ani, fiecare dintre ele fiind litiu cu diverși aditivi ai altor elemente chimice, care în cele din urmă diferă semnificativ unul de celălalt.

  Să ne uităm la tipurile lor și să începem cu clasicii:

  

  Bateriile litiu-ion sunt baterii reîncărcabile clasice în care ionii de litiu se deplasează de la electrodul negativ la electrod pozitivîn timpul descărcării și înapoi la încărcare. Bateriile litiu-ion sunt utilizate pe scară largă în electronice de consum. Sunt unul dintre cele mai populare tipuri baterii Pentru electronice portabile, cu una dintre cele mai bune densități de energie, fără efect de memorie și pierdere lentă a încărcării atunci când nu este utilizat (autodescărcare scăzută).

  Această serie acoperă dimensiunile bateriilor cilindrice și prismatice. Li-ion are cea mai mare densitate de putere dintre orice baterie de tip vechi. Greutatea foarte ușoară și ciclul de viață lung îl fac un produs ideal pentru multe soluții.

  

  Titanatul de litiu (titanat de litiu) este relativ noua clasa baterii litiu-ion - (mai multe detalii). Se caracterizează printr-un ciclu de viață foarte lung, măsurat în mii de cicluri. Titanatul de plumb de litiu este, de asemenea, foarte sigur și comparabil în această privință cu fosfatul de fier. Densitatea de energie este mai mică decât alte surse de alimentare cu litiu-ion și tensiunea nominală este de 2,4 V.

  

  Această tehnologie este foarte diferită încărcare rapidă, rezistență internă scăzută, ciclu de viață foarte ridicat și rezistență excelentă (și siguranță). LTO și-a găsit aplicația în principal în vehiculele electrice și ceasurile de mână. ÎN În ultima vremeîncepe să găsească aplicație în dispozitivele medicale mobile datorită securității sale ridicate. Una dintre caracteristicile tehnologiei este că nanocristalele sunt folosite pe anod în loc de carbon, ceea ce oferă mult mai mult zona eficienta suprafete. Din pacate aceasta baterie are mai multe Voltaj scazut decât alte tipuri de baterii cu litiu.

  Particularitati:

  • Energie specifica: aproximativ 30-110Wh/kg
  • Densitate de energie: 177 W * h/l
  • Putere specifica: 3.000-5.100 W/kg
  • Eficiență de descărcare: aproximativ 85%; eficiență de încărcare mai mare de 95%
  • Pret energie: 0,5 W/dolar
  • Perioada de valabilitate: >10 ani
  • Autodescărcare: 2-5%/lună
  • Durabilitate: 6000 de cicluri la 90% capacitate
  • Tensiune nominală: 1,9 până la 2,4 V
  • Temperatura: de la -40 la +55°C
  • Metoda de încărcare: folosind curent constant stabil, apoi presiune constantă până când atinge pragul.

  Formula chimica: Li4Ti5O12 + 6LiCoO2< >Li7Ti5O12 + 6Li0.5CoO2(E=2,1 V)

  

  Polimerul de litiu are o densitate de energie mai mare în ceea ce privește greutatea decât bateriile litiu-ion. În celulele foarte subțiri (până la 5 mm), polimerul de litiu oferă o densitate de energie volumetrică mare. Stabilitate excelentă la supratensiune și temperaturi ridicate.

  

  Această serie de baterii poate fi produsă în intervalul de la 30 la 23000 mAh, tipuri de carcasă prismatică și cilindrică. Baterii cu litiu polimer au o serie de avantaje: densitate mai mare de energie în volum, flexibilitate în dimensiunea celulelor și o marjă de siguranță mai largă, cu stabilitate excelentă a tensiunii chiar și la temperatura ridicata. Aplicatii principale: playere portabile,Bluetooth, dispozitive fără fir, PDA și camere digitale, biciclete electrice, Navigatoare GPS, laptopuri, cărți electronice.

  Particularitati:

  • Tensiune nominală: 3,7 V
  • Tensiune de încărcare: 4,2±0,05 V
  • Curent de încărcare, viteză: 0,2-10C
  • Limita tensiunii de descărcare: 2,5 V
  • Viteza de descărcare: până la 50C
  • Rezistență la ciclu: 400 de cicluri

  

  Fosfatul de fier de litiu are caracteristici bune Securitate, termen lung service (până la 2000 de cicluri) și costuri de producție reduse. Bateriile LiFePO4 sunt potrivite pentru curenți mari de descărcare, cum ar fi echipamente militare, scule electrice, biciclete electrice, calculatoare mobile, UPS și sisteme de energie solară.

  

  Ca un nou material anodic pentru bateriile litiu-ion, lifepo4 a fost introdus pentru prima dată în 1997 și a fost îmbunătățit continuu până în prezent. A atras atenția experților datorită siguranței sale fiabile, durabilității, impactului redus asupra mediu inconjuratorîn timpul eliminării și caracteristici convenabile de încărcare și descărcare. Mulți experți susțin că bateriile lifepo4 sunt cele de astăzi cea mai bună opțiune pentru alimentarea autonomă a electronicii.

  

  Dioxid de sulf de litiu (bateria Li și SO2) - aceste baterii au densitate mare de energie și rezistență bună la descărcare de mare putere. Astfel de elemente sunt utilizate în principal în știința militară, meteorologie și astronautică.

  

  Bateriile cu dioxid de sulf de litiu cu un anod metalic de litiu (cel mai ușor dintre toate metalele) și un catod lichid care conține un colector de curent poros de carbon umplut cu dioxid de sulf (SO2) produc o tensiune de 2,9 V și au formă cilindrică.

  Particularitati:

  • Tensiune mare de operare, stabilă pe toată durata descărcării
  • Autodescărcare extrem de scăzută
  • Performanță în condiții extreme
  • Gamă largă de temperatură de funcționare (-55°C până la +65°C)

  

  Dioxid de litiu-mangan (bateria Li-MnO2) - aceste baterii au un anod de litiu metalic ușor și un catod solid de dioxid de mangan, scufundate într-un electrolit organic non-coroziv, netoxic. Acest tip de baterie respectă RoHS UE și se caracterizează prin capacitate mare, capacitate mare de descărcare și durată lungă de viață.

  

  Li-MnO2 este utilizat pe scară largă în surse de alimentare de rezervă, balize de urgență, alarme de incendiu, sisteme electronice controlul accesului, camere digitale, Echipament medical.

  Particularitati:

  • Densitate mare de energie
  • Tensiune de descărcare foarte stabilă
  • Perioada de valabilitate de peste 10 ani
  • Temperatura de lucru: -40 până la +60°С

  

  Bateriile cu clorură de litiu-tionil (litiu-SOCl2) au un anod metalic de litiu ușor și un catod lichid care conține un colector de curent poros de carbon umplut cu clorură de tionil (SOCl2). Bateria Li-SOCL2 este ideală pentru dispozitive auto, echipamente medicale și dispozitive militare și aerospațiale. Ei au cel mai mult gamă largă temperaturi de lucru de la -60 la + 150°C.

  

  Particularitati:

  • Densitate mare de energie
  • Termen lung termen de valabilitate
  • Gamă largă de temperatură
  • Etanșare bună
  • Tensiune de descărcare stabilă

  baterii Li-FeS2

  Bateriile și bateriile Li-FeS2 reprezintă disulfură de fier litiu. Informațiile despre ele vor fi adăugate ulterior.

  
  Intervalele de temperatură permise pentru încărcarea și descărcarea bateriilor litiu-ion

  Caracteristici de testare

  Testele pentru numărul de cicluri au fost efectuate cu un curent de descărcare de 1C; pentru fiecare baterie s-au efectuat cicluri de descărcare/încărcare până la atingerea 80% din capacitate. Acest număr a fost ales pe baza timpului testului și pentru o posibilă comparare a rezultatelor ulterioară. Numărul de cicluri echivalente complete este de până la 7500 în unele teste.
  Testele de viață au fost efectuate la diferite niveluri de încărcare și temperaturi, au fost efectuate măsurători de tensiune la fiecare 40-50 de zile pentru a monitoriza descărcarea, durata testului a fost de 400-500 de zile.

  Principala dificultate în experimente este discrepanța dintre capacitatea declarată și cea reală. Toate bateriile au o capacitate mai mare decât cea declarată, variind de la 0,1% la 5%, ceea ce introduce un element suplimentar de imprevizibilitate.

  Cel mai frecvent au fost folosite bateriile NCA și NMC, dar au fost testate și bateriile cu litiu cobalt și cu fosfat de litiu.

  Câțiva termeni:
  DoD - Depth of Discharge - adâncimea de descărcare.
  SoC - Stare de încărcare - nivel de încărcare.

  Utilizarea bateriilor

  Numărul de cicluri

  Pe acest moment Există o teorie conform căreia dependența numărului de cicluri pe care o baterie le poate rezista de gradul de descărcare a bateriei într-un ciclu are următoarea formă (albastrul indică ciclurile de descărcare, negrul indică cicluri complete echivalente):

  Această curbă se numește curba Wöhler. Ideea principală a venit de la mecanică despre dependența numărului de întinderi ale unui arc de gradul de întindere. Valoarea inițială a 3000 de cicluri la descărcarea 100% a bateriei este o medie ponderată la o descărcare de 0,1C. Unele baterii arată rezultate mai bune, altele mai proaste. La un curent de 1C, numărul de cicluri complete la descărcare 100% scade de la 3000 la 1000-1500, în funcție de producător.

  În general, acest raport, prezentată în grafice, a fost confirmată de rezultatele experimentelor, deoarece Este recomandabil să încărcați bateria ori de câte ori este posibil.

  Calculul suprapunerii ciclurilor

  Când utilizați baterii, este posibil să funcționați cu două cicluri simultan (de exemplu, frânare regenerativă într-o mașină):
  
  
  Rezultă următorul ciclu combinat:
  
  
  Apare întrebarea, cum afectează acest lucru funcționarea bateriei, durata de viață a bateriei este redusă semnificativ?

  Conform rezultatelor experimentelor, ciclul combinat a arătat rezultate similare cu adăugarea de cicluri echivalente complete a două cicluri independente. Acestea. Capacitatea relativă a bateriei în ciclul combinat a scăzut în funcție de suma descărcărilor din ciclurile mici și mari (graficul liniarizat este prezentat mai jos).
  
  
  Efectul ciclurilor mari de descărcare este mai semnificativ, ceea ce înseamnă că este mai bine să încărcați bateria cu fiecare ocazie.

  Efect de memorie

  Efectul de memorie al bateriilor litiu-ion nu a fost observat conform rezultatelor experimentale. La diverse moduri capacitatea sa totală nu s-a modificat oricum ulterior. În același timp, există o serie de studii care confirmă prezența acestui efect în bateriile cu fosfat de litiu și litiu titan.

  Stocare baterie

  Temperaturi de depozitare

  Aici nu s-au făcut descoperiri neobișnuite. Temperaturile 20-25°C sunt optime (in viață obișnuită) pentru stocarea bateriei, dacă nu este folosit. Când depozitați o baterie la o temperatură de 50°C, degradarea capacității are loc de aproape 6 ori mai rapid.
  Desigur, mai mult temperaturi scăzute mai bine pentru depozitare, dar în viața de zi cu zi asta înseamnă o răcire specială. Deoarece temperatura aerului din apartament este de obicei de 20-25°C, cel mai probabil depozitarea va fi la această temperatură.

  Nivel de încărcare

  După cum au arătat testele, cu cât încărcarea este mai mică, cu atât autodescărcarea bateriei este mai lentă. Capacitatea bateriei a fost măsurată, ceea ce va fi în timpul utilizării sale ulterioare după depozitare pe termen lung. Cel mai bun rezultat au arătat bateriile care au fost depozitate cu o încărcare aproape de zero.
  În general, rezultate bune au fost arătate de bateriile care au fost stocate cu un nivel de încărcare de cel mult 60% la începutul stocării. Cifrele diferă de cele de mai jos pentru încărcarea 100%. partea cea mai rea(adică, bateria va deveni inutilizabilă mai devreme decât este indicat în figură):
  
  Figura preluată din articolul 5 sfaturi practice pentru utilizarea bateriilor litiu-ion
  În același timp, cifrele pentru încărcare mică sunt mai optimiste (94% după un an la 40°C pentru stocare la 40% SOC).
  Deoarece o încărcare de 10% nu este practică, deoarece timpul de operare la acest nivel este foarte scurt, Este optim să depozitați bateriile la SOC 60%, ceea ce vă va permite să îl utilizați în orice moment și nu îi va afecta în mod critic durata de viață.

  Principalele probleme ale rezultatelor experimentale

  Nimeni nu a efectuat teste care pot fi considerate 100% fiabile. Eșantionul, de regulă, nu depășește câteva mii de baterii din milioanele produse. Majoritatea cercetătorilor nu pot oferi fiabile analize comparative din motive de eşantionare insuficientă. De asemenea, rezultatele acestor experimente sunt adesea informații confidențiale. Deci aceste recomandări nu se aplică neapărat bateriei dvs., dar pot fi considerate optime.

  Rezultatele experimentelor

  Frecvența optimă de încărcare - cu fiecare ocazie.
  Condițiile optime de depozitare sunt 20-25°C cu o încărcare a bateriei de 60%.

  Surse

  1. Curs „Sisteme de stocare a bateriilor”, RWTH Aachen, Prof. Dr. rer. nat. Dirk Uwe Sauer

  Multă vreme, bateria cu acid a fost singurul dispozitiv capabil să furnizeze curent electric obiectelor și mecanismelor autonome. În ciuda curentului maxim ridicat și a rezistenței interne minime, astfel de baterii aveau o serie de dezavantaje care le limitau utilizarea în dispozitivele consumatoare. un numar mare de electricitate sau în interior. În acest sens, bateriilor litiu-ion le lipsesc multe dintre calitățile negative ale predecesorilor lor, deși au dezavantaje.

  Cuprins

  Ce este o baterie litiu-ion

  Primele baterii cu litiu au apărut acum 50 de ani. Astfel de produse au fost baterie obișnuită, în care a fost instalat un anod de litiu pentru a crește nivelul de ieșire a energiei electrice. Astfel de produse aveau caracteristici de performanță foarte înalte, dar unul dintre cele mai grave dezavantaje a fost probabilitatea mare de aprindere a litiului atunci când catodul s-a supraîncălzit. Având în vedere această caracteristică, oamenii de știință au înlocuit în cele din urmă elementul pur cu ioni metalici, drept urmare siguranța a crescut semnificativ.

  Bateriile moderne li-ion sunt foarte fiabile și pot rezista la un număr mare de cicluri de încărcare și descărcare. Au efect de memorie minim și greutate relativ ușoară. Datorită acestor proprietăți, baterie cu litiu a găsit o aplicație largă în multe dispozitive. Produsul poate fi folosit ca baterie, sub forma de baterii pt aparate electrocasnice, și, de asemenea, ca o sursă de energie electrică de tracțiune foarte eficientă.

  Astăzi, astfel de dispozitive au mai multe dezavantaje:

  • cost ridicat;
  • nu-ți plac descărcările profunde;
  • poate muri la temperaturi scăzute;
  • pierde capacitatea la supraîncălzire.

  Cum se desfășoară producția de baterii Li-ion?

  Bateriile litiu-ion sunt produse în mai multe etape:

  1. Fabricarea electrozilor.
  2. Combinarea electrozilor într-o baterie.
  3. Instalarea plăcii de protecție.
  4. Instalarea bateriei în carcasă.
  5. Umplerea cu electrolit.
  6. Testare și încărcare.

  În toate etapele de producție, trebuie respectate tehnologia și măsurile de siguranță, ceea ce ne permite în cele din urmă să obținem un produs de înaltă calitate.

  Bateriile litiu-ion folosesc folie ca catod cu o substanță care conține litiu depusă pe suprafața sa.

  În funcție de scopul bateriei, pot fi utilizați următorii compuși de litiu:

  • LiCoO2;
  • LiNiO2;
  • LiMn2O4.

  Când se produc surse de putere cilindrice de mărimea AA și AAA, electrodul principal este rulat într-o rolă, care este separată de anod printr-un separator. Cu o zonă mare a catodului, al cărui film are grosimea minima, este posibil să se obțină o intensitate energetică ridicată a produsului.

  Principiul de funcționare și designul unei baterii li-ion

  O baterie litiu-ion funcționează după cum urmează:

  1. Când se aplică o tensiune constantă la contactele bateriei curent electric cationii de litiu se deplasează în materialul anodului.
  2. În timpul procesului de descărcare, ionii de litiu părăsesc anodul și pătrund în dielectric la o adâncime de 50 nm.

  În „durata de viață” a unei baterii litiu-ion, pot exista până la 3.000 de astfel de cicluri, în timp ce bateria poate furniza aproape tot curentul electric acumulat în timpul procesului de încărcare. O descărcare profundă nu duce la oxidarea plăcilor, ceea ce face ca astfel de produse să iasă în evidență față de bateriile acide.

  Nu toate bateriile li-ion tolerează bine descărcările profunde. Dacă o astfel de baterie este instalată într-un telefon sau cameră ( tip AAA), apoi în timpul unei descărcări profunde, placa de control blochează capacitatea de a încărca bateria din motive de siguranță, astfel încât nu va fi posibilă încărcarea fără un încărcător special. Dacă aceasta este o baterie cu litiu de tracțiune pentru un motor de barcă, atunci nu se va teme deloc de o descărcare profundă.

  Spre deosebire de baterii AA bateriile complexe constau din mai multe surse separate de energie electrică conectate în paralel sau în serie. Metoda de conectare depinde de ce indicator de energie electrică trebuie mărit.

  Dimensiuni și tipuri de baterii li-ion

  Bateriile cu litiu-ion au devenit larg răspândite. Astfel de surse de curent electric sunt utilizate în diverse aparate de uz casnic, gadget-uri și chiar mașini. În plus, sunt fabricate baterii industriale litiu-ion cu capacitate mare și tensiune înaltă. Cele mai populare tipuri de baterii cu litiu sunt:

  Nume	Diametru, mm	Lungime, mm	Capacitate, 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 (tip C)	25	50	2500-5000
  26650	26	50	2300-5000
  32600 (tip D)	34	61	3000-6000

  
  

  Primele două cifre ale unor astfel de denumiri indică diametrul produsului, a doua pereche - lungimea. Ultimul „0” este plasat dacă bateriile sunt de formă cilindrică.

  Pe lângă bateriile cilindrice, industria produce baterii de tip "" cu o tensiune de 9v și baterii industriale puternice cu o tensiune de 12v, 24v, 36v și 48v.

  
  Baterie pentru stivuitor

  În funcție de elementele adăugate produsului, carcasa bateriei poate avea următoarele marcaje:

  • ICR – cu conținut de cobalt;
  • IMR - - - - mangan;
  • INR - - - - nichel și mangan;
  • NCR - - - - nichel și cobalt.

  Bateriile cu litiu diferă nu numai prin dimensiune și aditivi chimici, ci în primul rând prin capacitate și tensiune. Acești doi parametri determină posibilitatea utilizării lor în anumite tipuri de dispozitive electrice.

  Unde se folosesc bateriile li-ion?

  Bateriile cu litiu-ion nu au nicio alternativă în cazul în care o baterie capabilă să furnizeze energie electrică aproape în întregimeși efectuează un număr mare de cicluri de încărcare/descărcare fără a reduce capacitatea. Avantajul unor astfel de dispozitive este greutatea lor relativ mică, deoarece nu este nevoie să folosiți grătare de plumb în astfel de dispozitive.

  Având în vedere caracteristicile lor de înaltă performanță, astfel de produse pot fi utilizate:
  

  1. Ca baterii de pornire. Bateriile cu litiu pentru mașini devin din ce în ce mai ieftine în fiecare an, datorită noilor dezvoltări care reduc costurile de producție. Din păcate, prețul unor astfel de baterii poate fi foarte mare, așa că mulți proprietari de mașini nu își pot permite o astfel de baterie. Spre dezavantaje baterii litiu-ion o scădere semnificativă a puterii poate fi atribuită temperaturilor sub minus 20 de grade, astfel încât în ​​regiunile nordice funcționarea unor astfel de produse va fi nepractică.
  2. Ca dispozitive de tracțiune. Datorită faptului că bateriile litiu-ion pot rezista cu ușurință la descărcarea profundă, acestea sunt adesea folosite ca baterii de tracțiune pentru motoarele electrice de bărci. Dacă puterea motorului nu este prea mare, atunci o încărcare este suficientă pentru 5 – 6 ore de funcționare continuă, ceea ce este suficient pentru pescuit sau excursie cu barca. Bateriile de tracțiune litiu-ion sunt instalate și pe diverse echipamente de încărcare (stivuitoare electrice, stivuitoare electrice) care funcționează în spații închise.
  3. În aparatele de uz casnic. Bateriile litiu-ion sunt folosite în diverse dispozitive de uz casnic în locul bateriilor standard. Astfel de produse au o tensiune de 3.6v - 3.7v, dar există modele care pot înlocui o baterie obișnuită cu sare sau alcalină cu 1,5 Volți. Puteți găsi și baterii de 3v (15270, ), care pot fi instalate în loc de 2 baterii standard.

  Astfel de produse sunt utilizate în principal în dispozitive puternice în care sunt convenționale baterii de sare se descarcă foarte repede.

  
  Baterie de tracțiune

  Reguli de utilizare a bateriilor li-ion

  Durata de viață a unei baterii cu litiu este influențată de mulți factori, cunoașterea cărora va crește semnificativ resursa. Când utilizați acest tip de baterie, trebuie să:

  1. Încercați să nu lăsați bateria să se descarce complet.În ciuda rezistenței ridicate a bateriei la astfel de influențe, este recomandabil să nu stoarceți toate „sucurile” din ea. O atenție deosebită trebuie acordată atunci când utilizați aceste baterii cu UPS și motoare electrice de mare putere. Dacă bateria este complet descărcată, este necesar să o reînviați imediat, adică să o conectați la un încărcător special. Puteți spori bateria chiar și după o ședere lungă într-o stare de descărcare profundă, pentru care trebuie să efectuați o încărcare de înaltă calitate timp de 12 ore, apoi să descărcați bateria.
  2. Evitați supraîncărcarea. Supraîncărcarea afectează negativ performanța produsului. Controlerul încorporat nu este întotdeauna capabil să oprească bateria la timp, mai ales când încărcarea se efectuează într-o cameră rece.

  Pe lângă supraîncărcare și descărcare excesivă, bateria trebuie protejată de solicitările mecanice excesive, care pot provoca depresurizarea carcasei și incendiu. componente interne baterie Din acest motiv, este interzisă trimiterea prin poștă a bateriilor care conțin mai mult de 1 g de litiu pur.

  
  Folosit ca baterie pentru șurubelnițe, laptopuri și telefoane

  Cum se depozitează bateriile litiu-ion

  Dacă este nevoie de stocare pe termen lung a bateriilor litiu-ion, atunci pentru a minimiza impact negativ produse, trebuie să respectați următoarele recomandări:

  1. Depozitați produsul numai într-un loc uscat și răcoros.
  2. Bateria trebuie scoasă din dispozitivul electric.
  3. Bateria trebuie încărcată înainte de depozitare. Tensiunea minimă la care procesele de coroziune internă nu se vor forma este de 2,5 volți per 1 element.

  Având în vedere auto-descărcarea scăzută a unor astfel de baterii, bateria poate fi stocată în acest fel câțiva ani, dar în această perioadă capacitatea celulei va scădea inevitabil.

  Reciclarea bateriilor litiu-ion

  Bateriile litiu-ion conțin substanțe periculoase pentru sănătate și nu trebuie niciodată dezasamblate acasă. După ce bateria și-a epuizat durata de viață, aceasta trebuie returnată pentru reciclare ulterioară. La punctele de colectare specializate poți primi compensații bănești pentru o baterie cu litiu veche, deoarece astfel de produse conțin elemente scumpe care pot fi refolosite.