Литий-ионные или литий-полимерные аккумуляторы: в чем разница?

Содержание

Плюсы, минусы и область применения

Перечислим основные преимущества таких накопителей энергии для пользователей:

  • высокий уровень безопасности;
  • можно изготовить произвольной формы и толщиной от 1 мм;
  • батарея может продолжительное время оставаться работоспособной без подзарядки;
  • большая ёмкость при том же весе по сравнению с литий-ионными.

Кроме преимуществ, гибридные батареи имеют и недостатки:

  • подвержены эффекту старения, со временем теряют часть ёмкости, даже если не используются;
  • высокая себестоимость.

Гибридные аккумуляторы применяются там, где важна ёмкость при небольшом весе. Поэтому их часто ставят на модели самолетов и вертолётов, управляемых по радио. Например, вертолёты фирмы Piccolo могут летать на гибридных батареях в течение 30 минут.

Вертолет фирмы Piccolo

Они также хорошо подходят для устройств, потребляющих сравнительно небольшой ток, таких как планшеты или смартфоны. Однако в устройствах, потребляющих большой ток, преимущественно используются NiCd батареи.

Аккумуляторы Li-Fe

Если два описанных типа батарей применяются достаточно широко, то эра Li-Fe пока «на старте».

Li fe аккумуляторы имеют большую емкостью и меньшее время зарядки. Зарядить их можно за 15 минут. К тому же, циклов перезарядки у них больше в 10 раз, в сравнении с моделями обычными. Чтобы не «погубить» батарею, пользоваться нужно зарядкой, на которой есть специальная маркировка, позволяющая заряжать Li-Fe аккумулятор.

К достоинствам этого типа батарей относятся:

  • сверхбыстрый заряд (15 минут при токе 7А);
  • большой ток отдачи в кратковременном и рабочем режимах (132 и 60 Ампер);
  • прочный и безопасный корпус;
  • отсутствие саморазряда (за три года 3%);
  • сохранение работоспособности при отрицательных температурах (до минус 30 градусов Цельсия);
  • большая наработка на отказ (в сравнении с никилиевыми, она больше втрое).

Недостатками их считают:

  • наличие специального зарядного устройства, не совместимого с зарядками LiPo;
  • большой вес, чем у литий-порлимерных;
  • потеря свойств при глубоком разряде.

Что такое литий-полимерный аккумулятор?

Это улучшенный вариант предыдущего вида батареи. Применяется в смартфонах, радиоуправляемых гаджетах и пр. 

Полезная информация: Как пользоваться смартфоном: краткий мануал из 5 пунктов для новичков.

Выбор юзеров в пользу покупки данного вида обоснован следующими плюсами батареи:

  1. Могут изготавливаться любой формы и толщины (до 1 мм);
  2. Повышенный уровень безопасности (здесь нет жидкого электролита, а значит минимизирован риск воспламенения приспособления)
  3. Незначительный перепад напряжения во время разрядки (батарея дольше остается работоспособной, даже если ее долгое время не подзаряжать);
  4. Немного большая емкость, по сравнению с литий-ионным агрегатом.

Такие батареи дольше остаются работоспособными, даже если их не подзаряжать достаточно долго.

К недочетам полимерных приспособлений относят:

  • «старение»; тем не менее, оно более медленное, чем в li ion;
  •  достаточно высокая стоимость изготовления.

Подобные приспособления могут дольше питать и обеспечивать автономную работу девайсов.

А вы знали: Исследование: как выглядит смартфон украинца.

Материалы Li-ionаккумуляторов

В основе таких источников энергии – 2 электрода, подключенные к токосъемникам. Это анод из пористого углерода на медной фольге и катод из оксида лития на алюминиевой фольге. Между ними находится пористый сепаратор из полипропилена, содержащий в себе электролит. Все составляющие содержатся в герметичном корпусе.

В зависимости от состава используемого катода, Li-ionаккумуляторы подразделяются на группы:

  1. Литий-марганцевые – с материалом катода LiMn2O4. Отличаются высокой мощностью, используются для автономного питания электроинструментов, медтехники, силовых агрегатов.
  2. Литий-кобальтовые – с катодом из оксида LiCoO2. Имеют высокую энергоемкость, умеренную термическую стабильность и допустимые токи до 1С. Используются в цифровой технике.
  3. Литий-железо-фосфатные – LiFePO4. Их преимущества – стабильная работа в широком диапазоне температур, максимально безопасная эксплуатация, токи разрядки до 25С и ресурс более 2000 циклов. Используются для автономного питания складской техники, электротранспорта, промышленного оборудования.
  4. Литий-титанатные – Li4Ti5O12. Безопасны в эксплуатации, имеют ресурс более 3000 циклов, широкий температурный диапазон и допустимые токи разряда до 10С. Ставятся на электротранспорт, ИБП, уличные светильники.
  5. Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные – LiNixMnyCozO2. Обладают солидным циклическим ресурсом, высокой емкостью и мощностью. Часто ставятся на электротранспорт.
  6. Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные – LiNiCoAlO2. Их плюс – высокая емкость.

Еще один вид современных аккумуляторов на основе лития – литий-полимерные. Они востребованы при изготовлении радиотехники, детских игрушек, квадрокоптеров. Характерное отличие LiPoэлементов заключается в использовании в роли электролита полимерного материала.

Особенности литий-полимерных (Li-pol) аккумуляторов

Литий — легчайший из металлов, который имеет самый высокий электрохимический потенциал, обеспечивающий высокую плотность энергии. При работе такая батарея использует литиевые металлические электроды.

Как полимерные, так и ионные батареи значительно эффективнее предшественников — никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов. В современных батареях гораздо выше емкость, больше циклов заряда/разряда, отсутствует «эффект памяти», а по габаритам они компактнее.

В плане компактности первое место занимают полимерные АКБ (Li-pol). В этих аккумуляторах используется полимер — тонкая и гибкая пластинка, пропитанная электролитами. За счет ее компактности батарея имеет толщину всего 1 мм. Такие компактные батареи позволяют дизайнерам разрабатывать более миниатюрные и легкие смартфоны.

Основные преимущества батарей Li-pol:

  • Гибкий полимер позволят добиваться меньших размеров аккумуляторов, соответственно, получаются компактные устройства. В этом параметре полимерные батареи предпочтительнее ионных, так как вторые достигли предела уменьшения толщины.
  • Такая батарея считается наиболее совершенной, поэтому обеспечивает больший уровень безопасности, снижающий риск перезаряда и утечки электролитов.
  • Полимерные АКБ имеют более длительный срок службы, замедленный процесс старения и саморазряда.

Недостатки:

  • У полимерных аккумуляторов выше стоимость материалов для изготовления (по сравнению с ионными). В итоге это влияет на цену телефона.
  • Высокая чувствительность к низким температурам.
  • Сильнее нагреваются.

Зарядка

Процесс заряда литий-полимерных аккумуляторов практически ничем не отличается от зарядки литий-ионных батарей. Зарядка большинства литий-полимерных батарей при стартовом зарядном токе в 1С достигается примерно в течение 3 часов. Чтобы достичь полного заряда, необходимо иметь напряжение на аккумуляторе, соответствующее верхнему порогу. Кроме того, необходимым условием является уменьшение тока заряда до 3% от номинального значения. При этом во время подобной зарядки такой аккумулятор всегда остается холодным. Если вы хотите поддерживать батарею постоянно в заряженном состоянии, то тогда подзарядку желательно проводить примерно один раз в 500 часов, что соответствует 20 суткам. Как правило, зарядка обычно проводится в том случае, когда напряжение на выводах аккумулятора снижается до 4,05В. Зарядку прекращают после того, как напряжение на выводах достигнет 4,2В.

Температурный режим заряда

В большинстве литий-полимерных аккумуляторов предусмотрена зарядка при температуре 5-45 градусов при силе тока 1С. Если же температура находится в пределах от 0 до 5 градусов, то тогда рекомендуется перейти на ток в 0,1С. Зарядка при минусовой температуре в данном случае полностью запрещена. Традиционно, считается, что наиболее удачные условия для заряда — это 15-25 градусов. Поскольку все процессы заряда в литий-полимерных и литий-ионных аккумуляторах практически идентичны, то для них можно использовать одни и те же зарядные устройства.

Условия разрядки

Традиционно, такой тип аккумуляторов разряжается при показателях напряжения 3,0В на батарею. Впрочем, некоторые виды устройств необходимо разряжать при минимальном пороге 2,5В. Производители мобильных устройств предусматривают порог выключения 3,0В, который будет годиться для любых типов батарей. То есть, по мере разрядки аккумулятора при включенном мобильном устройстве напряжение постепенно падает и, при достижении показателя 3,0В, прибор автоматически предупреждает вас и сам выключается. Однако при этом устройство все равно продолжает потреблять какое-то количество энергии от батареи. Это требуется для того, чтобы определять нажатие кнопки включения или для других подобных функций. Также энергия здесь может использоваться для собственной схемы защиты и управления. Тем более, что небольшой уровень саморазрядки все таки остается характерным для литий-полимерных носителей. Поэтому если оставить такие аккумуляторы на длительное время, то напряжение в них может упасть ниже 2,5В, что очень вредно. Могут отключиться все внутренние системы защиты и управления. В результате, такие батареи уже не смогут быть заряжены обычными зарядными устройствами. Помимо этого, полная разрядка очень вредна для внутренней структуры батареи. Поэтому полностью разряженный аккумулятор необходимо на первом этапе заряжать минимальным током в 0.1C.

Температурный режим при разрядке

Лучше всего литий-полимерный аккумулятор чувствует себя в условиях комнатной температуры. Если использовать устройство в более жарких условиях, то срок службы батареи может существенно снизиться. Что касается литий-ионной батареи, то такой аккумулятор лучше всего работает при высокой температуре. Вначале она препятствует повышению внутреннего сопротивления батареи, которое считается результатом старения. Правда, в последующем энергоотдача сокращается и повышение температуры ускоряет процесс старения за счет увеличения внутреннего сопротивления.

Литий-полимерный аккумулятор имеет несколько другие условия эксплуатации, так как он обладает сухим и твердым электролитом. Идеальной температурой для его работы является 60-100 градусов. Поэтому такой энергоноситель стал идеальным вариантом для источников резервного питания в регионах с жарким климатом. Их специально помещают в теплоизоляционный корпус со встроенными нагревательными элементами с питанием от внешней сети.

Преимущества литий-полимерных батарей по сравнению с литий-ионными:

  • Литий-полимерный аккумулятор превосходит по емкости и долговечности литий-ионный.
  • Удобство использования в полевых условиях, когда нет возможности управлять температурой.
  • Высокая плотность энергии на единицу веса и объема.
  • Низкая саморазрядка.
  • Тонкие элементы не более 1 мм.
  • Гибкость формы.
  • Отсутствие эффекта памяти.
  • Широкий диапазон рабочих температур от −20 до +40 °C.
  • Незначительность перепада напряжения при разрядке.

Недостатки литий-полимерных батарей:

  • Низкая эффективность при температуре -20 градусов и ниже.
  • Высокая цена.

Правила эксплуатации

Аккумулятор 12 вольт маленького размера

Литий-ионные аккумуляторы считаются гораздо более простыми в эксплуатации, чем гибридные никель-металлические батареи. Однако и они нуждаются в определенном уходе. Для того, чтобы эти устройства работали долго и не теряли своих возможностей, их нужно уметь правильно заряжать. Это позволит продлить их жизненный цикл и время работы мобильных приборов без подзарядки. Для того, чтобы правильно эксплуатировать литий ионные аккумуляторы, необходимо учитывать 5 основных правил.

Не допускать полного разряда

Литий-ионные аккумуляторы не имеют эффекта памяти, поэтому их необходимо заряжать до того, как они разрядятся до нуля. Большинство производителей рассчитывают время жизни батареи количеством циклов их полной разрядки до нуля. Как правило, это от 400 до 600 зарядов для качественных аккумуляторов. Поэтому для увеличения срока службы батареи следует почаще заряжать свой телефон или другое мобильное устройство. Как только показатель заряда уменьшается до 10-20 процентов, следует ставить прибор на зарядку. Благодаря этому можно существенно увеличить количество циклов разряда до тысячи и более.

Разряжать не менее 1 раза в 3 месяца

Если вы хотите правильно ухаживать за литий-ионным аккумулятором, то его необходимо разряжать хотя бы 1 раз в 3 месяца. Это связано с тем, что полный заряд на протяжении длительного промежутка времени приносит батарее не меньший вред, чем постоянный разряд до нуля. Поскольку процесс заряда зачастую происходит нестабильно, то специалисты советуют хотя бы раз в 2-3 месяца полностью заряжать батарею и оставлять ее заряженной до 12 часов. Такая процедура позволяет сбросить верхние и нижние флаги аккумуляторного заряда.

Хранить аккумуляторы частично заряженными

Специалисты считают, что наиболее правильно хранить аккумуляторы в частично заряженном состоянии. Наиболее оптимальный вариант — это хранение батарей с уровнем заряда до 50 процентов, но не менее 30 процентов. При этом температура хранения должна быть около 15 градусов. Это самый удачный способ хранения, так как даже если литий ионный аккумулятор находится в состоянии полной зарядки, его емкость может со временем значительно уменьшаться. Однако еще хуже оставлять батареи надолго в разряженном виде. Если она пробыла в таком состоянии длительное время, то тогда ее смело можно отправлять в утиль. Сегодня существуют специальные таблицы, по которым можно рассчитать остаток емкости в зависимости от уровня заряда и температуры окружающей среды.

Использовать только оригинальное зарядное устройство

Не каждый пользователь знает, что большинство мобильных телефонов имеет встроенное внутрь зарядное устройство. В то же время, наружный сетевой адаптер здесь используется только для снижения напряжения и выпрямления тока электросети. Поэтому напрямую на батарею внешний адаптер не влияет и его качество не оказывает существенного влияния на работу аккумулятора. Однако во многих гаджетах, например в цифровых камерах, такого встроенного зарядного устройства нет. В связи с этим литий ионные аккумулятора непосредственно вставляются во внешнее зарядное устройство. Поэтому использование неоригинальных сомнительных адаптеров может существенно снизить работоспособность батареи.

Не допускать перегревания

Чтобы правильно эксплуатировать литий ионные аккумуляторы, необходимо помнить об их температурной чувствительности. В частности, главным врагом таких батарей считается высокая температура. То есть они в принципе не переносят перегревания. Поэтому желательно полностью исключить попадание на ваше мобильное устройство прямых лучей солнца. Кроме того, эти приборы не следует оставлять слишком близко от источников тепла, например электрических обогревателей.

Короткое замыкание без схемы защиты и контроля

А что если устроить короткое замыкание батареи без схемы защиты и контроля? Для этого убираем эту плату и коротим выводы батареи накоротко. Через несколько секунд видим, что ее пучит и разрывает.

Имейте ввиду, что составные батареи не имеют встроенную схему защиты и контроля, так как в основном предназначены для силовых устройств.

Поэтому, с ними нужно быть как можно более осторожными, не замыкать выводы и не перегружать по току, если собираетесь их использовать в своих разработках. Для них идет специальное умное зарядное устройство, которое отключает заряд при полном заряде батареи

либо специальный модуль для заряда таких аккумуляторов

Его можете посмотреть по этой ссылке.

Материал для статьи был подготовлен по видео

Конструкция литий ионной батареи

Литиево ионные батареи изготавливаются в цилиндрическом и призматическом виде. Вариант в виде цилиндра является по сути рулоном из электродов с материалами для разделения разно полюсных. Корпус выполняется из стали или алюминия, с которым соединен минус. Плюс выводится на площадку, расположенную на торце корпуса.

Призматическая конструкция выполняется путем складывания прямоугольных пластин друг на друга. Такой вариант позволяет сделать накопитель компактней.

Любая конструкция предусмотрена с герметичным корпусом. Вытекание электролита недопустимо, так как сразу же выводит батарею из строя.

Особенности технологии

Элементы питания, изготовленные по технологии, использующей литиевые электроды и включения этого металла в состав электролита, имеют прекрасные технические параметры, высокую емкость, большой рабочий ток, долговечность и компактность.

Одними из наиболее распространенных видов таких АКБ являются литий-ионные (Li Ion) и литий-полимерные (Li Polymer) изделия. Они имеют много схожих конструктивных особенностей, но и некоторые различия, влияющие на их эксплуатационные характеристики.

Рассмотрим подробнее, какие особенности и отличия имеют аккумуляторы, изготовленные по этим технологиям.

Конструкция литий – полимерных батарей

Тип аккумулятора li polymer — что это? Вначале применяли полимерный твердый электролит, напоминающий пластиковую пленку и заменяющий пористый традиционный сепаратор, пропитываемый электролитом. Он не проводил ток, но обеспечивал обмен ионами.

Конструкция отличалась лучшей безопасностью, простым процессом изготовления. Она позволяла делать аккумуляторы любой конфигурации более тонкими (до 1 мм) и исключала возможность возгорания.

Недостатком сухих Li-polymer аккумуляторов является малая электропроводность при комнатной температуре. Высокое внутреннее сопротивление не позволяет добиться достаточной для современных девайсов величины тока.

Видео: Li-pol аккумуляторы для новичков.

До приемлемого уровня увеличить электропроводность можно при нагревании до 60 градусов. Но это для массового применения не годится. Пока в этом направлении продолжают вести исследования.

А как же тогда быть с аккумуляторами, которыми комплектуют телефоны и компьютеры, если к коммерческому использованию они не пригодны? Оказывается, в них добавляют для повышения электропроводности небольшое количество электролита гелеобразного.

Основные характеристики двух описанных видов представлены на графике:

Разница между полимерным и ионным аккумулятором

Литий это самый лёгкий из известных металлов. Кроме этого, благодаря большому электрохимическому потенциалу он может обеспечить большую плотность запасаемой энергии. То есть благодаря ему на единицу веса можно запастись большим количеством электрической энергии. Литиевые батареи отличаются большой ёмкостью и высоким напряжением.

Однако использование лития в качестве электрода оказалось невозможным из-за его неустойчивости. Такие батареи часто нагревались и плавились. Поэтому теперь используются накопители с электролитом, сделанным на основе лития. Существует два типа таких аккумуляторов с жидким и твёрдым электролитом.

Схематическая модель литий-ионного аккумулятора

Батареи с жидким электролитом называются литий-ионными. В них не до конца решена проблема возгорания и взрыва, но они безопаснее, чем батареи с литиевыми электродами. Кроме этого, такие изделия теряют ёмкость, даже если они не используются.

Исследования, проводимые для того, чтобы избавиться от недостатков литий-ионных батарей, привели к появлению li po аккумуляторов. В них стали использовать электролит из твёрдого полимера. Эта конструкция проста в производстве и позволяет производить накопители произвольной формы. Кроме того, отсутствие жидкого электролита исключает возгорания. Появление этих элементов позволило делать аккумуляторы толщиной всего 1 мм, которые можно даже встраивать в одежду.

Однако сегодня полимерный аккумулятор имеет низкую электропроводность. Поэтому не может обеспечить ток, требуемый для большинства современных мобильных устройств. Чтобы повысить электропроводность, в них добавляют жидкий электролит. Значит, те устройства, которые продаются под видом литий-полимерных, на самом деле являются гибридными.

В чем особенности гибридных литий-полимерных аккумуляторов

Гибридные полимерные батареи имеют такие отличия от литий-ионных:

  • риск возгорания и взрыва таких гаджетов ниже, по сравнению с литий-ионными;
  • при том же размере и весе имеют большую электрическую ёмкость;
  • их габариты не зависят от стандартного формата ячеек, благодаря чему их можно сделать любой формы и размеров.

Причины популярности

Литиевые аккумуляторы  обладают рядом положительных качеств, обусловивших их широкое распространение, таких как:

  • высокая плотность энергии на единицу объёма;
  • возможность быстрого заряда;
  • способность отдавать в нагрузку токи, кратные емкости;
  • низкий саморазряд;
  • небольшая удельная масса;
  • отсутствие необходимости обслуживания в течение всего срока службы.

Обозначенные положительные качества в разной мере присущи обоим типам аккумуляторов. Небольшая разница заключается в особенностях конструкции. Так, Li-ion элементы обладают несколько большей массой из-за присутствия металлического корпуса. Li-poly заключены в лёгкий пластиковый контейнер или плотную плёнку, что снижает габариты и массу изделия.

Напряжение единичной ячейки у обоих типов одинаковое и составляет около 3,7В. Алгоритмы зарядки полностью идентичны, что позволяет использовать одни и те же зарядные устройства (ЗУ) для любых литиевых аккумуляторов.

Комфортные условия работы батарей создаются при комнатной температуре, около 20°C. Оптимальные условия хранения достигаются при температуре 0-10°С с уровнем заряда 40%. При соблюдении таких условий, саморазряд исправных аккумуляторов находится на уровне 2-3% в год с минимальной потерей ёмкости.

Энергоёмкость Li-poly незначительно уступает Li-ion вследствие худшей проводимости полимерного электролита. Остальные характеристики практически идентичны.

Li-poly аккумуляторы

Применение и характеристики

В первую очередь нужно отметить ёмкость Li-Pol батарей – она в несколько раз выше, чем у щёлочных, а количество рабочих циклов составляет около 600. Это значение постоянно увеличивается, и аккумуляторы совершенствуются.

Как и все АКБ, литий-полимерные подвержены старению – спустя два года активного использования они теряют около 20% своей ёмкости.

Среди основных видов можно выделить 2:

  • Быстроразрядный – применяются в устройствах, где нужен быстрый разряд с максимальной отдачей (радиоуправляемые модели один из примеров).
  • Обычные – предназначены для смартфонов, планшетов и других видов электротехники.

Правила эксплуатации Li Pol аккумуляторов

Для обеспечения необходимого уровня безопасности и продления срока эксплуатации исправных батарей, необходимо придерживаться следующих правил:

  1. при наличии повреждений, вздутости элементов питания, их нельзя использовать, а необходимо подвергнуть утилизации;
  2. заряд батарей нужно производить качественным зарядным устройством под присмотром, не допуская перегрева батареи. Если во время зарядки появляется запах гари, вздутие, воспламенение, необходимо немедленно ее прекратить и отключить АКБ от зарядного устройства;
  3. лучше производить зарядку на негорючей поверхности, например на керамической плитке или фарфоровой тарелке, после полной зарядки источника питания лучше дать ему остыть и только потом начинать его использовать;
  4. нельзя допускать разряда ниже 3 вольт, перегрева или переохлаждения, которые уменьшают емкость и общее количество циклов заряда-разряда;
  5. наибольшая продолжительность эксплуатации LiPo элементов достигается при поддержании их уровня заряда на уровне 45%;
  6. самый лучший зарядный режим для LiPo АКБ осуществляется зарядными устройствами от компании Sony на протяжении примерно трех часов. Он проходит в три этапа:
    • Сначала на протяжении примерно одного часа производится зарядка до 70% постоянным током величиной 0,5-1 от величины токоотдачи батареи до напряжения 4,2 вольта;
    • Подзарядка продолжительностью 1 час до 90% напряжением не более 4,2 вольта с постепенно уменьшающимся током (до примерно 0,2 от токоотдачи);
    • На третьем этапе производится подзарядка на протяжении часа до 100% небольшим постоянно уменьшающимся током.

Дешевые зарядные устройства заканчивают заряд на первом этапе, по достижению напряжения 4,2 v, поэтому батарея не набирает своей полной емкости.

  • не допускать ударов по батарее, коротких замыканий или разряда очень высокими токами, перезарядки выше 4,2 вольт на элемент составной батареи — все эти причины могут вызвать пожар;
  • если используются составные батареи из нескольких Li Pol элементов, то их заряд лучше производить по отдельности, либо использовать специальный выравнивающий заряд с балансировкой по каждому элементу. Принцип работы такого устройства заключается в остановке заряда отдельных элементов по достижении ими напряжения около 4,17 вольт;
  • перед вводом в эксплуатацию новых батарей лучше произвести их калибровку путем двухразового полного заряда и разряда.

В некоторых Li Pol батареях при разряде ниже 2,5 вольт возможна металлизация лития, которая приводит к созданию токопроводящих мостиков внутри батареи и короткому замыканию. При зарядке такой батареи происходит неконтролируемый нагрев, который может привести к взрыву такого источника питания. Поэтому батареи, в которых напряжение упало ниже критического уровня 3 вольт лучше уже не использовать, а при падении напряжения до 2,5 вольт и ниже они подлежат обязательной утилизации.

Принцип работы и устройство литий полимерного аккумулятора

Принцип работы Li pol батарей основан на использовании полупроводникового эффекта в полимерных веществах с включениями ионов электролита. Добавление электролита в полимеры вызывает увеличение их ионной проводимости при сохранении изоляционных свойств пластика по отношению к электронам.

Электродвижущая сила в отношении ионов лития возникает в результате обратимой химической реакции между анодом (плюсом) из углерода (обычно графит) и катодом (минусом) из кобальта, оксида ванадия или марганца, помещенными в полимерный электролит с солями лития.

Существует три вида полимерных электролитов:

  1. Полностью сухие полимерные электролиты, которые представляют собой пластик с добавлением солей лития – дают малый ток при комнатных температурах, недостаточный для большинства современных устройств и стоят дороже обычных литий-ионных батарей.
  2. Гелеобразные полимерные электролиты, которые представляют собой сухие полимерные электролиты с вкраплениями пластификаторов-растворителей – имеют приемлемые показатели емкости, силы тока и стоимости и наиболее часто применяются на практике.
  3. Неводные растворы солей лития, распределенные в микропористой полимерной матрице с помощью абсорбирования.

Массово продающиеся Li Po аккумуляторы фактически являются гибридами, совмещающими в себе не только чистый сухой полимерный электролит, но и небольшое количество гелевого электролита, который содержат и литий-ионные источники.

Добавление вкраплений гелевого электролита в твердый полимерный электролит увеличивает его ионную электропроводность и электрические характеристики, в частности, увеличивается рабочий ток до величины, необходимой для большинства современных малогабаритных устройств.

Особенности литиевых аккумуляторов

В состав литиевых АКБ входят электроды, которые поделены пропитанными электролитом пористыми сепараторами. Все это помещено в герметичный корпус, после чего аноды с катодами должны быть подключены к токосъемным элементам, выполненным в виде клемм. От негативных факторов, связанных с повышением давления, на корпусной части предусмотрен защитный клапан. При авариях или проблемах, возникшие при использовании, при помощи клапана производится сброс чрезмерного напряжения.

Литиевые АКБ имеют ряд преимуществ:

  • Обширный диапазон рабочих температурных режимов;
  • Уровень энергоплотности;
  • Эргономичность;
  • Срок эксплуатации;
  • Изделия отличаются формами и габаритами;
  • Высокий ток при работе;
  • Отсутствует эффект памяти;
  • Низкий показатель саморазряда;
  • Готовность к эксплуатации в любой момент;
  • Отсутствует необходимость в обслуживании;
  • Качество.

Недостатков у таких аккумуляторов меньше:

  • Требование к соблюдению правил зарядки и эксплуатации;
  • Стоимость;
  • Недопустимость механических повреждений;
  • Ухудшение работы при высоких температурах;
  • Количество зарядно-разрядных циклов;
  • Срок службы зависит от времени использования;
  • Опасность взрыва или возгорания.

Литиево-ионные аккумуляторы

Продуктивность ионных АКБ зависит от порядка размещения элементов в блоке. В конструкцию батареи входят электроды, сепаратор, аноды и алюминиевая фольга, используемая в качестве основы. Аноды и катоды соединяются между собой при помощи клемм-токосъемников. Принцип работы такого элемента питания напоминает функционирование полноформатной гелевой АКБ.

Плюсами ионных моделей можно выделить такие аспекты:

  • Параметры плотности;
  • Отсутствует эффект памяти;
  • Стоимость.

К недостаткам этих элементов питания относят:

  • Вздутие;
  • Взрывоопасность.

Литиево-полимерные аккумуляторные батареи

Со множеством задач, которые стоят перед пользователем, не очень успешно справляется Li-ion, поэтому Li-Polymer стал вытеснять с рынка своего предшественника. Этот тип АКБ отличается доступной стоимостью и создает меньше проблем при эксплуатации. Разработчики решили заменить электролит в аккумуляторе на полимерный аналог. Это позволило сделать изделие эргономичным и эффективным. Наличие пластины в зоне контакта с литием не позволяет формироваться дендритам при циклировании. Такое решение исключает вероятность взрывов АКБ. Срок эксплуатации полимерного АКБ может выдержать до 800-900 циклов зарядки. Толщина полимерного элемента составляет 1 мм.

Преимуществом полимерного ряда элементов питания являются такие аспекты:

  • Снижение опасности утечки электролита;
  • Неприхотливость в работе с разными температурами;
  • Компактность;
  • Прочность;
  • Эластичность компонентов;
  • Эргономичность.

Среди недостатков выделяют такие факторы:

  • Стоимость;
  • Меньшая износостойкость,чем у ионного аналога.

Особенности литиевых аккумуляторов

Опыты по созданию литиевых батарей начались ещё в 1912 году, но только в начале 70-х годов появились первые батареи, которые стали использоваться в бытовых приборах. Создание аккумуляторов на основе лития было затруднено в связи с тем, что при работе с циклами заряд-разряд уменьшается тепловая стабильность и возникает опасность воспламенения устройства.

Достоинства и недостатки Li-Ion

Li-Ion безопасны и обладают большим количеством преимуществ. Сейчас существует много видов аккумуляторов Li-Ion, они имеют различные характеристики, но можно говорить об общих для всех типов преимуществах и недостатках. Некоторые из проблемных мест вызвали необходимость разработки Li-polymer батарей.

Li-Ion батареи всегда цилиндрической формы. Основные достоинства этого типа устройств:

  • Высокая энергетическая ёмкость. Энергия отдаётся заряженным аккумулятором при разряде до наименьшего допустимого значения.
  • Низкий саморазряд.
  • Не требуют обслуживания.
  • Не нужны циклы разряда для восстановления ёмкости.

Главный недостаток — необходимость защитных мер, ограничивающих напряжение при зарядке и максимальные значения тока при зарядке и разрядке. Это противодействует воспламенению элемента. Дополнительным минусом этого типа батарей является старение.

Li-polymer батареи

Проблемы с обеспечением электробезопасности Li-Ion привели к созданию батарей, в которых жидкий электролит заменили на полимер. Благодаря твёрдому наполнению, аккумуляторы могут принимать любую форму и имеют малую толщину. Обычно они выпускаются в форме пластины или бруска, что позволяет удобно размещать их в батарейном отсеке. Ли-Пол — это новый тип батарей экологически безопасный, обладающий большой плотностью заряда. Используется в мобильных телефонах, фотоаппаратах, цифровой технике.

Недостатки аккумуляторов типа Li-polymer:

  • Полностью выходят из строя при глубоком разряде.
  • Обычные бытовые аккумуляторы не отдают больших токов разряда, силы тока может не хватать для работы устройств. Однако, существуют специальные силовые батареи, способные отдавать ток 10C и больше. C — ток разряда аккумуляторной батареи. Соответствует времени разряда аккумулятора, выраженном в часах, при максимально допустимом токе.
  • Не предназначены для работы в зоне низких температур.