Ключов елемент от мобилността на електронните устройства е акумулаторната батерия (ACB). Нарастващите изисквания за осигуряване на тяхната най-дълга автономия стимулират непрекъснатите изследвания в тази област и водят до появата на нови технологични решения.
Широко използваните никел-кадмиеви (Ni-Cd) и никел-металхидридни (Ni-MH) батерии имат алтернатива – първо литиеви батерии, а след това по-модерни литиево-йонни (Li-ion) батерии.
Съдържание
История на външния вид
Първите такива батерии се появяват през 70-те години. последния век. Те веднага спечелиха търсене поради по-напредналите характеристики. Анодът на елементите е направен от метален литий, чиито свойства позволяват да се увеличи специфичната енергия. Така се раждат литиевите батерии.
Новите батерии имаха значителен недостатък - повишен риск от експлозия и запалване.Причината се крие в образуването на литиев филм върху повърхността на електрода, което доведе до нарушаване на температурната стабилност. В момента на максимално натоварване батерията може да експлодира.
Усъвършенстването на технологията доведе до изоставяне на чист литий в компонентите на батерията в полза на използването на неговите положително заредени йони. Литиево-йонната батерия се оказа добро решение.
Този тип йонни батерии се характеризират с по-висока безопасност, която се получава за сметка на леко намаляване на енергийната плътност, но постоянният технологичен напредък направи възможно намаляването на загубата в този показател до минимум.
устройство
Въвеждането на литиево-йонни батерии в индустрията на потребителската електроника получи пробив след разработването на батерия с катод от въглероден материал (графит) и анод от кобалтов оксид.
В процеса на разреждане на батерията литиевите йони се отстраняват от материала на катода и се включват в кобалтовия оксид на противоположния електрод; при зареждане процесът протича в обратна посока. Така литиевите йони създават електрически ток, движейки се от един електрод към друг.
Li-Ion батериите се произвеждат в цилиндрични и призматични версии. В цилиндрична структура две ленти от плоски електроди, разделени от импрегниран с електролит материал, се навиват и се поставят в запечатан метален корпус. Катодният материал се отлага върху алуминиево фолио, а анодният материал се отлага върху медно фолио.
Призматичен дизайн на батерията се получава чрез подреждане на правоъгълни плочи една върху друга. Тази форма на батерията позволява да се направи оформлението на електронното устройство по-плътно. Произвеждат се и призматични батерии с валцувани електроди, усукани в спирала.
Експлоатация и експлоатационен живот
Дългата, пълна и безопасна работа на литиево-йонните батерии е възможна, ако се спазват правилата за експлоатация, пренебрегването им не само ще съкрати живота на продукта, но може да доведе до негативни последици.
Експлоатация
Основното изискване за работата на Li-Ion батериите се отнася до температурата - не трябва да се допуска прегряване. Високите температури могат да причинят максимална вреда, а причината за прегряване може да бъде както външен източник, така и стресови режими на зареждане и разреждане на батерията.
Например, нагряването до 45°C води до намаляване на способността за задържане на заряд на батерията с 2 пъти. Тази температура се постига лесно, когато устройството е изложено на слънце за дълго време или когато работи с енергоемки приложения.
Ако продуктът прегрее, се препоръчва да го поставите на хладно място, по-добре е да го изключите и да извадите батерията.
За най-добра работа на батерията през летните горещини трябва да използвате енергоспестяващия режим, който е наличен на повечето мобилни устройства.
Ниските температури също имат отрицателен ефект върху йонните батерии; при температури под -4°C батерията вече не може да доставя пълна мощност.
Но студът не е толкова вреден за литиево-йонните батерии, колкото високите температури, и най-често не причинява трайни повреди. Въпреки факта, че след загряване до стайна температура, работните свойства на батерията се възстановяват напълно, не трябва да забравяте за намаляването на капацитета в студа.
Друга препоръка за използването на литиево-йонни батерии е да се предотврати дълбокото им разреждане. Много батерии от по-старо поколение имаха ефект на паметта, който изискваше те да бъдат разредени до нула и след това напълно заредени.Литиево-йонните батерии нямат този ефект и единични случаи на пълно разреждане не водят до негативни последици, но постоянното дълбоко разреждане е вредно. Препоръчително е да свържете зарядното устройство, когато нивото на заряд е 30%.
Живот
Неправилната работа на Li-Ion батериите може да намали експлоатационния им живот с 10-12 пъти. Този период директно зависи от броя на циклите на зареждане. Смята се, че литиево-йонните батерии могат да издържат от 500 до 1000 цикъла, като се вземе предвид пълното разреждане. По-високият процент оставащ заряд преди следващото зареждане значително увеличава живота на батерията.
Тъй като продължителността на живота на литиево-йонната батерия до голяма степен се определя от условията на работа, е невъзможно да се даде точен експлоатационен живот за тези батерии. Средно може да се очаква батерия от този тип да издържи 7-10 години, ако се спазват необходимите разпоредби.
Процес на зареждане
Когато зареждате, избягвайте прекалено дългото свързване на батерията към зарядното устройство. Нормалната работа на литиево-йонната батерия се осъществява при напрежение, не по-голямо от 3,6 V. Зарядните устройства доставят 4,2 V към входа на батерията по време на зареждане. Ако времето за зареждане бъде превишено, в батерията могат да започнат нежелани електрохимични реакции, които ще доведат до прегряване с всички произтичащи от това последици.
Разработчиците взеха предвид такава особеност - безопасността на зареждането на съвременните литиево-йонни батерии се контролира от специално вградено устройство, което спира процеса на зареждане, когато напрежението се повиши над допустимото ниво.
За литиевите батерии методът на двустепенно зареждане е правилен.На първия етап батерията трябва да се зареди, осигурявайки постоянен ток на зареждане, вторият етап трябва да се извърши с постоянно напрежение и постепенно намаляване на тока на зареждане. Такъв алгоритъм е внедрен в хардуера в повечето домакински зарядни устройства.
Съхранение и изхвърляне
Литиево-йонната батерия може да се съхранява дълго време, саморазреждането е 10-20% годишно. Но в същото време се наблюдава постепенно намаляване на характеристиките на продукта (разграждане).
Препоръчително е да съхранявате такива батерии на място, защитено от влага, при температура от +5 ... + 25 ° С. Силни вибрации, удари и близост до открит пламък са неприемливи.
Процесът на рециклиране на литиево-йонни клетки трябва да се извършва в специализирани предприятия, които имат съответния лиценз. Около 80% от материалите от рециклирани батерии могат да бъдат използвани повторно при производството на нови батерии.
Безопасност
Литиево-йонна батерия, дори с миниатюрен размер, е изпълнена с риск от експлозивно спонтанно запалване. Тази характеристика на този тип батерии изисква спазване на мерките за безопасност на всички етапи, от разработването до производството и съхранението.
За да се подобри безопасността на литиево-йонните батерии по време на производството, в кутията им е поставена малка електронна платка - система за наблюдение и контрол, която е предназначена да елиминира претоварвания и прегряване. Електронен механизъм увеличава съпротивлението на веригата, когато температурата се повиши над предварително определена граница. Някои модели батерии имат вграден механичен превключвател, който прекъсва веригата, когато налягането вътре в батерията се повиши.
Също така, предпазен клапан често се монтира в кутиите за батерии за облекчаване на налягането в случай на авария.
Плюсове и минуси на литиевите батерии
Предимствата на този тип батерии са:
- висока енергийна плътност;
- няма ефект на паметта;
- дълъг експлоатационен живот;
- ниска степен на саморазреждане;
- няма нужда от поддръжка;
- осигуряване на постоянни работни параметри в относително широк температурен диапазон.
Има литиева батерия и недостатъци, това са:
- риск от спонтанно запалване;
- по-висока цена от своите предшественици;
- необходимостта от вграден контролер;
- нежелателно дълбоко изхвърляне.
Технологиите за производство на литиево-йонни батерии непрекъснато се подобряват, много недостатъци постепенно се превръщат в минало.
Област на приложение
Високата енергийна плътност на литиево-йонните батерии определя основната им област на приложение - мобилни електронни устройства: лаптопи, таблети, смартфони, видеокамери, камери, навигационни системи, различни вградени сензори и редица други продукти.
Наличието на цилиндричен форм-фактор на тези батерии им позволява да се използват във фенерчета, стационарни телефони и други устройства, които преди това са консумирали енергия от батерии за еднократна употреба.
Литиево-йонният принцип на изграждане на батерия има няколко разновидности, типовете се различават по вида на използваните материали (литиево-кобалт, литиево-манган, литиево-никел-манган-кобалт-оксид и др.). Всеки от тях има свой собствен обхват.
В допълнение към мобилната електроника, група литиево-йонни батерии се използва в следните области:
- ръчни електрически инструменти;
- преносимо медицинско оборудване;
- непрекъсваеми захранвания;
- системи за сигурност;
- модули за аварийно осветление;
- слънчеви захранвани станции;
- електрически превозни средства и електрически велосипеди.
Имайки предвид постоянното усъвършенстване на литиево-йонната технология и успеха в създаването на батерии с голям капацитет с малки размери, е възможно да се предвиди разширяването на приложенията за такива батерии.
Маркиране
Параметрите на литиево-йонните батерии са отпечатани върху корпуса на продукта, докато използваното кодиране може да се различава значително за различните размери. Все още не е разработен единен стандарт за етикетиране на батерии за всички производители, но все още е възможно да разберете най-важните параметри сами.
Буквите в маркиращата линия показват вида на клетката и използваните материали: първата буква I означава литиево-йонна технология, следващата буква (C, M, F или N) указва химичния състав, третата буква R означава, че клетката е презареждаема (Rechargeable).
Числата в името на размера показват размера на батерията в милиметри: първите две числа са диаметърът, а другите две са дължината. Например 18650 показва диаметър 18 mm и дължина 65 mm, 0 показва цилиндричен форм-фактор.
Последните букви и цифри в серията са маркировките на контейнерите, специфични за всеки производител. Също така няма единни стандарти за посочване на датата на производство.
