Литиевая батарейка: Литиевые батарейки: характеристики, виды, зарядка

Литиевые батарейки - размеры, виды и другие характеристики

Мир наполнен приборами, игрушками, которые мертвы, если отсутствует источник энергии – батарейка. Гальванический элемент, преобразующий химическую энергию в электрическую, знают все. Одноразовое устройство – батарейка, с возможностью цикличной зарядки – аккумуляторная батарейка. Литиевые источники энергии имеют высокую плотность заряда, работают дольше, выполняют те же задачи, что солевые, алкалиновые.

Ассортимент литиевых батареек

Содержание

Устройство и состав литиевой батарейки

Здесь описываются гальванические элементы, работающие на необратимой реакции окисления. Отданный заряд не восстанавливается, батарейка называется одноразовой. Элемент состоит из анода, выполненного из металлического лития, катода из твердых MnO2, Fes2, Cuo, CFx, жидких SO2, SOCl2. Продолжается поиск других солей с высоким сродством к восстановлению. Окислителем выступает активный литий, отдающий электроны. Корпус аккумулятора герметичный, с выводами клемм и их маркировкой. Надпись «do not recharge»- повторно не заряжать, предупредит, что литиевая батарейка одноразовая.

Существует 2 типа батареек  по конструкции:

  • бобинные;
  • спиральные.

Ассортимент литиевых батареек

Бобинные  литиевые батарейки служат до 20 лет, применяются потребителями,  не превышающими запрос в 150 мА. Срок службы элементов до 20 лет.

Спиральные конструкции имеют большую поверхность лития, импульсно дают до 4 А, при постоянном токе — 0,1-1,8 А.  Но саморазряд этих устройств достигает 10 % в год от первоначальной емкости. Элементы с любым составом катода выпускают в двух типах. Литиевые батарейки могут быть круглыми, призматическими или в форме таблеток.

Спиральная литиевая батарейка

Крупными и признанными производителями литиевых батареек  считают EVE, Minamoto, SAFT, Robiton, Varta, Tekcell. Небольшие производства есть в Китае.

Свойства литиевых батареек с разными анодными парами

В зависимости от химического состава катода в связке с металлическим литием, меняется емкость и напряжение на клеммах элемента, их саморазряд и способность работать в диапазоне температур.

  1. Li/MnO2 — батарейка литиевая маркируется как «CR». Электролитом является перхлорат лития. Номинальное напряжение 3 В, саморазряд 2,5 % за год, срок годности до 10 лет. Температура рабочей среды -20 +55 0 С. Форма – преобладает таблетка.
  2. Li/CuO, по рабочему напряжению 1,2-1,5 В идентичны щелочным, но заряд она вмещает в 3 раза больше. Рабочий температурный интервал -10 +70. Срок службы 10 лет.
  3. Li/SO2 — одни из самых распространенных видов литиевых батареек. Катод представляет пластификатор с графитом и сажей. Электролитом служит диоксид жидкий с компонентами для электропроводности. Рабочее напряжение 2,6-2,9 В. В конструкции не смогли избежать повышения давления в корпусе и сильный разогрев при КЗ, пришлось ставить предохранитель давления. Литиевые батарейки хорошо работают на морозе до -60 0 и в жару +70 0, сохраняют заряд до 10 лет.
  4. Li/I2 — тип батарейки без электролита. Химическая реакция 2Li+I
    2
    >2LiI происходит в твердом составе, диффузией. Полученная соль тоже твердая, выступает в роли сепаратора. Работает батарейка до 15 лет, надежны, используются в кардиостимуляторах.
  5. Li/FeS2 – лучшие литиевые батарейки, востребованы, несмотря на высокую цену. Такие элементы работают с устройствами большой мощности, имеют защиту по току, предохранитель, срабатывающий на 85-90 0 и клапан сброса давления. Чаще используются в форм-факторе АА.
  6. Li/CFx – разновидность литиевых батареек, работающих при высокой температуре, до +85 0. За 10 лет на саморазряд уходит 20 % емкости. Используются в дефибрилляторах, кардиостимуляторах и портативной электронике.
  7. Li/SOCl2 – самая энергоемкая литиевые батарейки. Напряжение без нагрузки больше, чем 3,6 В. При работе поддерживается 3,3- 3,5 В. В качестве электролита применен тионилхлорид, агрессивный компонент. Верхний предел работоспособности +(85-130) 0 С. Нижний – минус 60, но при сильно упавшей емкости элемента. Предусмотрена защита от взрыва в виде термовыключателя, плавких предохранителей и клапана избыточного давления.

Спиральная литиевая батарейка

Размеры литиевых батареек

Чтобы правильно подобрать нужный источник энергии, необходимо знать его геометрические размеры и форму. Показатели стандартизированы, разберемся в типоразмерах литиевых одноразовых батареек. Используется классификация США.

Знак V (В) H (мм) D (мм) Народное название Маркировка

типоразмера

 

ААА 1,5 44,5 10,5 мизинчиковая 03
АА 1,5 50,5 14,5 пальчиковая 6
С 1,5 50,0 26,2 дюймовочка 14
D 1,5 61,5 34,2 бочка 20
РРЗ 9,0 48,5 26,5 крона 6/22

Отдельные типы литиевых батареек можно посмотреть на фото.

Спиральная литиевая батарейка
крона
АА
дюймовочка
D
пальчиковая

При выборе литиевой батарейки важна маркировка, по ней можно определить тип элемента. Для литиевой батарейки  на корпусе большими буквами будет напечатано CR, на щелочной LR, на солевой R.

Всегда ли литиевые батарейки предпочтительнее щелочных? Изделия отлично работают  в любых условиях. Но всегда ли экономически выгодно покупать батарейку литиевую в 5 раз дороже, если на малом токе  они превосходит алкалиновые в 1,5-2 раза? Какие лучше, решается в каждом случае, применительно к решаемым задачам.

Необходимо учесть, что запас энергии на всех типах литиевых батареек больше в несколько раз. Чтобы не перепутать устройства, производители делают Li АКБ с особыми выводами.

Литиевые батарейки ААА

Мы рассмотрим одноразовую  батарейку с литиевым анодом типа ААА.  Компактное устройство имеет пассивный слой на аноде, предупреждающий реакцию. Даже кратковременная подача тока разрушит слой и приведет в негодность батарейку. В отличие от солевых мизинчиковых батареек, литиевые разогреются настолько, что могут взорваться. Зарядка литиевых одноразовых батареек запрещена!

Как горят литиевые батарейки

Если замкнуть плюс и минус у литиевой батарейки, она тоже может загореться. Поэтому, необходимо соблюдать следующие правила:

  • провода к контактам не крепят паяльником;
  • батарейку не носят в кармане, где случайно могут быть металлические мелкие предметы;
  • перевозить элементы нужно в специальном чехле или футляре;
  • не оставлять батарейку под прямыми лучами солнца.

Стоит ли покупать литиевую батарейку ААА, которая стоит дороже алкалиновой в 5 раз. Учитывая, что работает она в 7 раз дольше, и легче на 35 %, стоит.

Срок годности литиевых батареек

При правильном хранении, литиевые батарейки АА будут безотказно работать, если их подключить в течение 10 лет. Зачастую, тог саморазряда составляет 2 % в год при хранении в комнатных условиях, t = 20

0 С.

Дату выпуска и срок годности можно найти на корпусе в виде буквенно-цифрового кода. Зашифровано по разному, только в цифрах, 5 знаков означает число, месяц и год (40615),  а код 9А14 следует читать 9 января 2014 года. Срок годности вынесен отдельно. Срок годности действителен, если батарейка находится в упаковке и ею никогда не пользовались.

Маркировка даты изготовления

Литиевые или алкалиновые батарейки, какие лучше

Алкалиновые и щелочные батарейки одно и то же. Воспользуемся тестированием специалистами Росконтроля, пальчиковых ААА батареек и сравним их с литиевыми. Так как идеальных элементов на случаи импульсной и постоянной умеренной и слабой нагрузки нет, предлагается определить, где предпочтительнее использовать щелочные, а где литиевые батарейки и какие лучше.

Результаты исследований показали, что для импульсных токовых нагрузок с высокой мощностью лучше купить литиевую батарейку – прослужит столько же, что 3 щелочных, но весит она намного меньше, чем аварийный запас из нескольких другого вида.

В пультах и часах, в детских игрушках оптимально использовать алкалиновые аккумуляторы, по стоимости выгоднее. Малые токи быстро истощают заряд литиевой батарейки, и проработает она почти столько же, что и щелочная.

Можно ли заряжать литиевые батарейки

аАккумуляторные батарейки

Одноразовые литиевые батарейки заряжать нельзя! аккумуляторные батарейки используют со специальным зарядным устройством. Они могут выдержать до 1000 перезарядов, существенно сэкономив бюджет на покупку одноразовых элементов.

Как определить, что перед вами, аккумулятор или одноразовая батарейка? Сведения перед глазами. На аккумуляторе указывается емкость в mAh, на литиевой батарейке такой информации нет. Намекнет на аккумулятор цена, она высокая. На изделии обязательно найдется маркировка «rechargeable» — перезаряжаемая.

Если вы профессионально работаете с фотовспышкой и другой мощной аппаратурой, купите плоскую полимерную или цилиндрическую заряжаемую литиевую батарейку. Это выгоднее, чем приобретать в большом количестве одноразовые элементы.

Зарядное устройство для литиевых батареек

ЗУ литиевых аккумуляторов

Не всяким устройством можно заряжать литиевые батарейки. Лучше купить специальное, которое само ведет 2 этапа зарядки, выводит на дисплей текущие показатели и во время отключит аккумулятор от питания. Как заряжать литиевую батарейку, если она полимерная? Различий нет, принцип действия у них один. Стоит такой зарядник недорого, около 20$, хорошо, если функция измерения емкости в наличии.

Любой зарядник должен преобразовать, стабилизировать сетевое напряжение, воздавая на выходе 5 В. Сила тока регулируемая  0,5 -1,0* С. С – емкость батареи в А-ч, МА-ч, в цифровом выражении. Зарядка предусмотрена  по ускоренной схеме, до 80 % от емкости и по полной схеме, в 2 этапа, примерно около 3 часов. После полного набора энергии зарядник отключается.

Тестирование процесса зарядки

Видео

Все разнообразие литиевых современных источников энергии  и о том, как заряжать литиевую батарейку представлено на видео.

особенности этого типа элементов питания

Что такое литиевые батарейки и сферы их использованияЧто такое литиевые батарейки и сферы их использованияСовременный мир насыщен разнообразными гаджетами, игрушками и приборами, которые требуют для работы элементы питания в виде гальванических батареек либо аккумуляторов. Различные брендовые компании предлагают широкий ассортимент питающих элементов. Наиболее эффективными считаются литиевые батарейки и аккумуляторы. Они отличаются повышенной стоимостью, но это с лихвой компенсируется положительными свойствами.

Принцип работы литиевых элементов основан на реакции окисления, являющейся необратимой. Отрицательный вывод в элементах выполняют из оксида лития, а положительный из оксидов различных металлов. Для катода применяют оксиды железа, марганца, меди. Иногда вместо металла применяют жидкие соединения серы и хлора.

Стоит знать! В процессе реакции оксид лития отдает отрицательные частицы, тем самым протекает ток, и заряд накапливается.

Данные батареи изготавливаются с восстановлением заряда, а также одноразовые у которых в ходе реакции накопленный заряд не восстанавливается. По конструкции исполнения различают два вида гальванических элементов на основе лития- бобинные и спиральные.

Бобинные батарейки

Бобинные элементы питания на основе реакции оксида лития изготавливают призматической формы. В качестве катода применяется жидкий оксид хлора, он находится в центре и соединен со стеклянно-металлическим герметичным выводом. По кругу расположен литиевый анод, от катода разделяется угольным катализатором.

Сроком службы таких элементов производители объявляют до 20 лет. Номинальный ток батареек не превышает 150 мА.

Спиральные батарейки

Спиральные литиевые элементы питания изготавливают в виде призмы и цилиндра, а также в форме таблеток. В конструкции применяется анод из лития, отделенный от электролита угольным катализатором.

Важно! Производители для защиты от вздутия литиевой батарейки устанавливают предохранительный клапан.

Такое исполнение питающих элементов подразумевает большую активную площадь лития, тем самым заряд быстрее отдается при гальванической реакции. Самостоятельный разряд достигает 10% в год, постоянный номинальный ток имеет значение от 0,1 А до 1,8 А. При импульсе ток может достигать значение 4 А.

Свойства литиевых батареек при разных анодных парах

В зависимости от материала используемого при изготовлении катода технические характеристики литиевых батареек могут изменяться по основным параметрам. Выделяют 7 основных анодных пар:

  1. Li/MnO2— электролитом является соединение хлора с литием. Постоянное напряжение до 3 В, потеря заряда в течение года составляет 2,5%. Сроком годности устанавливается значение до 10 лет. Выполняется в виде таблетки и имеет маркировку «CR». Диапазон рабочих температур от -20°С до +55°С.
  2. Li/CuO- соединение меди позволяет сохранять больше заряда в течение срока службы. Номинальное напряжение имеет значение 1,2-1,5 В. Диапазон рабочих температур от -10°С до +70°С. Элемент питания с данной анодной парой может имеет срок годности до 10 лет.
  3. Li/SO2— в качестве электролита применяется диоксид серы, в котором содержатся элементы для повышения проводимости. Катод выполняется из прессованного графита с сажей. Данное исполнение является наиболее распространенным. Номинальное напряжение, вырабатываемое при реакции, составляет 2,6 В- 2,8 В. При эксплуатации возможно возникновение короткого замыкания для этого в конструкции установлен предохранитель давления. Батарейка способна работать при диапазоне температур от -60°С до +70°С, способна сохранять работоспособность в течение 10 лет.
  4. Li/I2— в данных элементах не применяется электролит, химическая реакция происходит при смешивании твердых материалов. Считаются самыми надежными, используются для питания в медицинских аппаратах, где необходим постоянное значение напряжения на длительный срок. Рассчитана на 15 лет работы.
  5. Li/FeS2— имеют завышенную стоимость, что не делает их менее распространенными. Среди потребителей считаются лучшими. Применяются в устройствах с повышенной мощностью, в конструкции есть предохранитель давления и клапан сброса, а также защита при резком увеличении значения тока. Срабатывает предохранитель при температуре от 80 °С. Изготавливаются цилиндрической формы, имеют срок службы до 10 лет.
  6. Li/CFx— элемент питания работает при повышенных значениях температуры до +85°С. Применяется в медицинской технике, имеет саморазряд до 20% в течение 10 лет.
  7. Li/SOCl2— отличается от остальных повышенной емкостью. Номинальное рабочее напряжение составляет значение без подачи нагрузки до 3,8 В, а при нагрузке 3,5В. Электролитом является химическое соединение на основе хлора, считается агрессивным. При падении рабочей температуры ниже нуля емкость начинает падать, и наоборот при повышении значение незначительно увеличивается. Максимальная температуры работоспособности +130°С. В конструкции имеется защита в виде плавкой вставки, а также клапан увеличенного давления.

Габариты и маркировки

Для работы различных приборов необходимо правильно подобрать элемент питания. Для этого следует знать такие параметры как диаметр, длину, значение напряжения и конструкцию исполнения. На элементах питания используется специальная маркировка, зная расшифровку можно легко найти нужную батарейку. Различают несколько видов маркировки:

  • Литиевые батарейки ААА- значение напряжения составляет 1,5 В, длина 44,5 мм, диаметр 10,5 мм. Имеет народное название мизинчиковая.
  • АА- номинальное рабочее напряжение составляет 1,5 В, имеет длину 50,5 мм и диаметр исполнения 14,5 мм. В быту называют пальчиковой.
  • С- имеет рабочее значение напряжения 1,5 В, длину и диаметр 50 мм и 26,2 мм соответственно. Народное название дюймовочка.
  • D- рабочее напряжение 1,5 В. Длина батарейки составляет 61,5 мм, а диаметр 34,2 мм. В народе называют бочка.
  • РР3- имеет повышенное значение напряжения 9 В. Диаметр составляет 26,5 мм, а длина 48,5 мм. В быту называют крона.

Подбирая элемент питания необходимо учитывать требования к применению. Литиевые отличаются от алкалиновых батареек повышенной стоимостью.

Сроки службы литиевых элементов питания

При соблюдении всех требований по хранению батарейки способны прослужить более 10 лет. Часто бывает, что забытый элемент через несколько лет может отлично справляться с питанием различных приборов. Дата изготовления указывается на корпусе в виде шифра, состоящего из букв и цифр. Срок хранения литиевых батареек указан на упаковке, даже, если она не применялась. Маркировку контролирует всемирная электротехническая комиссия.

Области применения

Данные батарейки имеют длительный срок службы, что делает их распространенными для применения в аппаратах и приборах с увеличенной мощностью потребления. Основными устройствами, где применяются батарейки считают:

  • компьютерная техника;
  • оптическая и фототехника;
  • оборудование, используемое в медицине;
  • авиастроение;
  • военная промышленность;
  • космическая отрасль.

Достоинства и недостатки литиевых батарей

Как и любое электрическое оборудование батарейки на основе лития имеют плюсы и минусы в процессе применения. К достоинствам относятся:

  • низкий уровень самостоятельного разряда;
  • высокая емкость заряда;
  • повышенное значение рабочего напряжения аккумуляторных батарей;
  • можно ли зарядить литиевую батарею – да;
  • высокая надежность;
  • просты в применении.

К недостаткам причисляют:

  • Повышенную стоимость. Сложная конструкция аккумуляторов, состоящих из батарей. Невозможность использования без контроля за показателями напряжения и тока. В качестве защиты устанавливают контроллер.
  • Наступление срока службы с первого дня изготовления. С течением времени элемент теряет свои полезные свойства.
  • Пагубное влияние широкого диапазона перепада температур применения.

Разница между щелочными и литиевыми элементами питания

При выборе между алкалиновыми и литиевыми батарейками следует учитывать условия, при которых они будут использоваться.

Важно помнить, что для приборов и аппаратов в которых необходимо питание повышенной мощности, а также если присутствует вероятность возникновения импульсных токов следует использовать элемент питания либо аккумуляторы на основе реакций лития. Нет необходимости приобретать взамен несколько алкалиновых.

Напротив, оборудование, где нет импульсных потреблений повышенной мощности обычно применяют щелочные элементы.

Внимание! Малые токи пагубно влияют на емкость литиевых батареек, тем самым понижая срок службы.

Заряжать или не заряжать литиевые батарейки

При покупке необходимо обратить внимание на маркировку указывающую возможность многократного перезаряда. Обычно на элементе указывается надпись «rechargeable», что значит перезаряжаемая.

Отсутствие соответствующих указаний на корпусе говорит об одноразовости батарейки. Приобретение заряжаемых элементов может значительно сэкономить затраты на покупку запаса из одноразовых.

Совет! Само восполнение заряда следует производить при помощи специальных приборов, предназначенных для этого.

В их конструкции зарядных устройств используются средства контроля и защиты. Заряд протекает в два этапа и занимает время от 3 до 8 часов.

Появление литиевых элементов значительно упростило использование переносных приборов и аппаратов с отдельным питанием. Соблюдение правил эксплуатации, хранения и перезарядки таких батареек надолго сохранит их работоспособность и срок службы.

Руководство по перезаряжаемым литиевым аккумуляторам для начинающих / Хабр

Когда-то аккумуляторы были тяжёлыми и неуклюжими предметами, выдававшими смехотворно мало энергии для своего размера и веса. К счастью, со временем технологии улучшаются, и в 2020 году у нас есть прекрасные мощные литий-полимерные аккумуляторы, выдающие столько энергии, сколько может понадобиться вашему мобильному проекту. Однако при их использовании нужно учесть некоторые моменты – поэтому предлагаю вам прочесть руководство для начинающих о том, как правильно использовать LiPo в своём проекте.

Так много типов!


Первые коммерческие литий-ионные аккумуляторы вышли на рынок в 1991 году, и за прошедшие с тех пор почти 30 лет мы наблюдали быстрый их прогресс. В итоге у нас появилось множество различных технологий и типов аккумуляторов, делящихся по типу конструкции и используемых материалов. Чтобы правильно обращаться с аккумуляторами, важно знать, какой именно тип попал к вам в руки, и очень важно обратить на это внимание.


Литий-ионные элементы форм-фактора 18650 из ноутбука. Подобные наборы обычно соединяются точечной сваркой никелевых полосок.

Обычно литий-ионными, или Li-ion аккумуляторами называют всю технологию перезаряжаемых литиевых батареек целиком, однако часто так называют традиционные элементы с цилиндрическим металлическим корпусом. Один из вариантов – многоуважаемые 18650, однако вообще их существует множество вариантов и размеров. Их крепкие корпуса сделали их популярными для использования в средствах передвижения, так как последние испытывают значительные физические нагрузки.

Литий-полимерными, или Li-Po называют литий-ионные батарейки, использующие полимерный электролит вместо жидкого. Благодаря этому их можно делать в виде ёмкостей различной формы. Такая гибкость делает их полезными для таких применений, как смартфоны и планшеты, где требуется аккумулятор большой ёмкости и плоской формы. Также их часто используют в радиоуправляемых моделях, поскольку их небольшой вес даёт существенное преимущество летающим аппаратам.


Литий-полимерные пакетные аккумуляторы для использования в радиоуправляемых моделях.

Lithium-HV, или литиевые аккумуляторы высокого напряжения – это литий-полимерные батарейки, использующие специальную кремний-графеновую добавку на плюсовой клемме, благодаря которой она не повреждается высоким напряжением. Если заряжать большинство литиевых аккумуляторов до напряжения выше 4,2 В, они значительно потеряют в ёмкости, а их срок службы будет заметно уменьшаться. Используя эту добавку, можно заряжать элементы до 4,32 В без подобных негативных последствий. Повышение напряжения даёт примерно 10% прибавку к плотности энергии по сравнению с обычными литий-полимерными аккумуляторами.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы , или LiFePO4, используют немного изменённую химию, благодаря чему они могут выносить больше циклов заряда/разряда за счёт немного меньшей энергетической ёмкости. Лучше всего они работают в диапазоне от 3,0 В до 3,65 В, а не в типичном для стандартной химии литий-ионов диапазоне 3,0-4,2. Благодаря этому и очень плоской кривой разряда делает их идеальными для замены 12 В свинцовых батарей во многих случаях, а вместо оригинальных шести элементов используются четыре. Обычно они более стабильными, меньше подвержены саморазряду и потере ёмкости со временем.

Уважайте границы



Ошибка может привести к неприятным результатам

По сравнению с большинством типов аккумуляторов, литиевые элементы плохо переносят неправильное обращение. Разряд ниже нижнего предела приводит к формированию медных дендритов, из-за чего у них уменьшается ёмкость и может произойти короткое замыкание. Перезаряд может привести к повреждению анода отложениями лития, из-за чего могут образоваться литиевые дендриты, что часто приводит к короткому замыканию или самоподдерживающейся реакции с выделением тепла – аккумулятор начинает дымиться и гореть. Также каждый элемент в группе нужно поддерживать на том же уровне напряжения, что и все его соседи, чтобы элементы не слишком быстро деградировали.

Важно не заряжать литиевые элементы слишком быстро. Также на эффективность работы аккумуляторов сильно влияет окружающая температура. Литиевые аккумуляторы не любят температур ниже нуля, особенно при полном заряде. Их нельзя заряжать при отрицательной температуре. Поскольку металлический литий может отложиться на минусовом электроде, что может повредить элемент или вызвать короткое замыкание. В принципе, их можно заряжать при температуре до -5°C, однако это нужно делать очень медленно. Кроме того, аккумуляторы могут повредиться, если заряжать их при температурах выше 45°C.

При выходе за указанные пределы в лучшем случае вы просто убьёте аккумулятор, в худшем случае он загорится и взорвётся. Кроме того, эти элементы подвержены раздуванию, выделению газа, да и вообще кажутся не очень удобными в работе. Может показаться, что иметь с ними дело чересчур сложно. К счастью, современная электроника научилась справляться с их проблемами. Правильное оборудование и меры предосторожности дают возможность использовать литиевые аккумуляторы безопасно и эффективно. Однако все, кто работает с ними, должны уяснить себе потенциальные опасности. Боб Бэддели в прошлом ноябре опубликовал отличную статью на эту тему.

Работа с аккумуляторами


В случае использования отдельных элементов или их групп, к примеру, при использовании LiPo аккумуляторов в радиоуправляемых моделях, достаточно просто использовать специальное зарядное устройство для литиевых аккумуляторов. При зарядке нужно подключать провода для проверки балансировки [позволяют измерять напряжение на каждом из элементов по отдельности / прим. перев.], особенно если батарея разрядилась полностью. Наибольшей эффективности в работе батарей можно добиться при использовании умных зарядных устройств (особенно в случаях с LiFePO4 и элементами высокого напряжения). Убедитесь, что у вас есть способ остановить разрядку батарей в случае слишком сильного понижения напряжения – будь то предупреждающий световой индикатор, звуковой сигнал или просто автоматическое отключение.


Подобные модули отлично подходят для интеграции литиевых аккумуляторов в прототип

Если вашему устройству требуется интегрированный аккумулятор, вам подойдут специальные платы защиты и заряда. Существуют готовые модули и интегральные схемы, позволяющие без проблем контролировать работу литий-ионных батарей. В принципе их множество – от тех, которые просто разрывают контур при понижении напряжения, до комплексных решений по зарядке и защите. Такие компании, как Adafruit, продают модули, которые отлично подойдут для начинающих любителей электроники, желающих интегрировать удобное решение по заряду и контролю аккумуляторов без необходимости проектировать платы самостоятельно. Однако существуют открытые решения, которые будет легко интегрировать в собственную плату в будущем.


Система управления батареей (BMS) для аккумуляторов из 12 элементов, способного выдавать до 60 А.

Для более крупных проектов с самостоятельно собранными батареями хорошо подойдут системы управления батареей (BMS). BMS, по сути, не сильно отличается от микросхемы защиты, она просто разработана для более крупных задач. BMS обычно используется для аккумуляторов, состоящих из десятка или более элементов, и часто в таких проектах, как электровелосипеды и другие средства передвижения. BMS паяется непосредственно к аккумуляторам, и подсоединяется к каждому элементу в отдельности [к группе элементов, соединённых параллельно / прим. перев.]. Её задача – балансировка элементов, ограничение тока разрядки для безопасности, управление процессом зарядки. Опытные сборщики батарей часто интегрируют BMS в корпус или кожух самого аккумулятора, оставляя снаружи только коннектор. Это позволяет пользователю просто добавить готовый аккумулятор в свой проект, не беспокоясь о защите.

Если вашему проекту необходима особая устойчивость к воздействию окружающей среды, вам также придётся отслеживать температуру аккумулятора. Отслеживать температуру ячеек, в особенности во время зарядки – отличный способ защитить аккумулятор от повреждения. У лучших чипов и BMS есть функция отслеживания температуры. На таком уровне сборки вы уже будете делать батарею самостоятельно, внедряя термопары в нужные места во время сборки. Для аккумуляторов, выдающих большие токи, температуры нужно отслеживать в обязательном порядке. Практически во всех электровелосипедах и электромобилях есть оборудование для отслеживания температуры аккумуляторов и управляющих систем.

Итог


Литий-ионные батарейки могут быть опасными, но при правильном использовании они достаточно безопасны для большинства проектов. Главное – использовать правильное оборудование, чтобы убедиться, что вы не выйдете за пределы диапазонов напряжения и температуры, иначе может случиться беда. Надеюсь, что данная инструкция поможет вам в поисках информации по включению литиевых аккумуляторов в свой проект.

Это какие, Характеристики и чем отличаются

Главным источником питания на сегодняшний день остаются литиевые батарейки. Чтобы они прослужили долго, стоит учитывать их особенности и применять в соответствующей аппаратуры. Для выбора правильного размера и емкости стоит учитывать особенности устройства.

Что из себя представляет литиевые батарейки

В корпусе находится несколько соединённых  элементов. Два контакта выводятся наружу, чтобы подсоединиться к потребляющему устройству. Элемент постоянного тока обеспечивает работу многих устройств.

Energizer

На корпусе элемента питания указывается название бренда, обозначение к какому виду принадлежит — «ALKALINE», «LITHIUM». На ней же прописывается технические составляющие: вольтаж, емкость.

Согласно правилам Международной Электрической Комиссии литиевые батарейки маркируются латинскими буквами CR. Затем указывается емкость.

Чем отличаются литиевые батарейки от солевых или щелочных

  • Солевые относятся к самым слабым. Они подходят устройствам, не требующих большого заряда, долговременных нагрузок. Например, используются для пульта управления, таймера, калькулятора. Срок хранения солевых приборов составляет 1-3 года.
  • Куда больший срок годности у щелочных — 3-5 лет. Их можно отнести к среднему запасу прочности. В народе их прозвали «алкалиновыми», их часто используют для детских игрушек, фонариков, плееров.
  • Дольше всех работают и выдерживают нагрузки литиевые батарейки. Их используют для более мощных устройств – фотоаппаратов, приборов для измерения давления.

Все вышеперечисленные источники питания отличаются сроком службы, емкостью, поэтому подходят разным устройствам.

Батареи Солевая R6, Щелочная LR6, Литиевая FR6

Разновидности и типоразмеры литиевых батарей

Литиевые батарейки имеют несколько маркировок: CR, FR, Li-FeS2 и отличаются по форме – могут быть цилиндрическими или в форме параллелепипеда, дисков. Выпускаются элементы питания разного типоразмера, согласно существующей классификации США:

  • CR. Таблетки или монетки;
  • и . Цилиндрические бочонки;
  • CR-V9 (Lithium PP3). – Крона;
  • FR03 (AAA). В народе называются ;
  • (AA). .

Состоит литиевая батарейка из разных компонентов. Определить этот показатель можно просто на корпусе, где указан также ее размер, емкость, класс, напряжение.

Преимущества и недостатки литиевых батареек

Элементы питания такого типа отличаются большой емкостью на единицу массы. В ее составе сразу же несколько компонентов — катод, анод. Разделены материалы диафрагмой, пропитанной органическим электролитом.

CR2

К преимуществам можно отнести:

  • Легкость изделия.
  • Долгий срок хранения.
  • Поскольку в составе отсутствует вода, то и батарея устойчива к температурным перепадам.
  • Постоянное напряжение.
  • При разных показателях разрядного тока обеспечиваются стабильные характеристики.
  • Высокая энергоемкость и энергоплотность.
  • Емкость не зависит от тока нагрузки, подходит для мощных устройств.
  • Простота в уходе и применении.

Единственный недостаток такого элемента питания заключается в высокой стоимости. Но лучше один раз заплатить, чем постоянно менять их. Важно следовать рекомендациям по эксплуатации источников питания.

Можно ли заряжать литиевые батарейки

Аккумуляторы от обычных батареек отличаются указателем емкости, которая измеряется в миллиамперах в час. Напряжение обычной батарейки составляет 1,6 вольт, а аккумуляторной 1,2 v.

CR123 CR123

Обычные литиевые батарейки нельзя заряжать. В лучшем случае все закончиться обычным шипящим звуком, в другой ситуации возможен взрыв батареи, сопровождающийся всеми вытекающими последствиями. Изделие предназначено для однократного использования, не пытайтесь восстановить.

Изделия, которые можно зарядить обозначаются как rechargeable – перезаряжаемый. Если на ней указано do not recharge, то устанавливать на зарядку их нельзя.

Где применяется литиевые батареи

Такие источники питания подойдут для любого электронного устройства. Разумеется, ее можно установить и в пульт, но использование такого типа изделия будет совсем нецелесообразно. Эффективнее она себя покажет при работе с электроникой, цифровыми устройствами с высоким энергопотреблением.

Поэтому литиевые элементы нашли свое применение в игрушках, фототехнике, компьютерной технике, медицинской аппаратуре и даже в военной промышленности, заменив ртутные и серебряные источники питания.

Остались вопросы по Литиевым Батарейкам или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полным и точным.

Литиевые батарейки

Литиевые батарейки

Литиевые батарейки используются во многих современных устройствах. Это компьютерная и фототехника, материнские платы и т. п. На сегодняшний день можно встретить несколько видов и типоразмеров литиевых АКБ. Как и другие типы аккумуляторов, литиевые имеют свои плюсы и минусы. Подробно о них будет сказано в статье ниже. Сейчас достаточно сказать, что их преимущества позволили широко распространиться этим батареям в различной потребительской электронике. Они заняли некоторые ниши на рынке, которые раньше занимали никель─кадмиевые и никель─металлогидридные аккумуляторы. В этом материале предлагаем поговорить о батарейках литиевого типа, их особенностях, характеристиках, разновидностях, маркировке и т. п.

 

Содержание статьи

Основные особенности

В своё время для создания электрохимических источников тока с большой энергетической плотностью учёным пришлось отказаться от использования в них водного электролита. Исследования велись в разных направлениях, но самыми успешными стали литиевые батарейки с твёрдым и органическим электролитом. Разработки начались ещё в начале XX столетия, а в активную фазу они перешли в 60-е годы прошлого века. Специалисты предлагали в качестве катодных материалов MnO2, FeS2, CuO, CFx, I2 (твердофазные) и SO2, SOCl2 (жидкофазные) соединения. Можете подробнее прочитать про литиевые аккумуляторы по указанной ссылке.

Литиевая батарейка Energizer


Литиевые аккумуляторные элементы в некоторых нишах составляют конкуренцию АКБ, использующими водный электролит. Производители различной электроники используют литиевые АКБ в тех случаях, когда необходимо постоянное рабочее напряжение и стабильная работа в течение долгого времени. Среди Li батареек можно встретить модели, которые способны отдавать высокий разрядный ток. Но это, скорее, исключение. В основном литиевые аккумуляторы применяются там, где требуются низкие и средние разрядные токи.

Одно из основных требований безопасности к литиевому типу батареек – это надёжная герметизация. Нужно полностью исключить вероятность утечки электролита и попадания в аккумулятор элементов из окружающей среды. Разгерметизация может привести к возгоранию из-за высокой активности лития. Даже если этого не произойдёт, разгерметизированная батарейка непригодна для дальнейшего использования. Производство таких АКБ ведётся в помещения с контролем влажности и в герметичных боксах с аргоновой атмосферой.

Форма литиевых аккумуляторных элементов может быть дисковой, цилиндрической, призматической. Размеры в большинстве случаев соответствуют габаритам прочих электрохимических источников тока. В связи с этим нужно обращать внимание на рабочее напряжение, которое у литиевых батареек, как правило, выше остальных типов АКБ. Чтобы исключить путаницу, некоторые производители оснащают литиевые элементы нестандартными выводами для подключения.

В таблице ниже можно посмотреть параметры различных литиевых аккумуляторных элементов.

Характеристики аккумуляторных батарейLi/MnO2Li/SO2Li/SOCl2Li/CFxLi/CuOLi/I2
Характеристики аккумуляторных батарейLi/MnO2Li/SO2Li/SOCl2Li/CFxLi/CuOLi/I2
Рабочее напряжение, В3,02,6-2,93,3-3,5-1,2-1,5-
Конечное напряжение, В2,02,22,22,00,9-1,02,2
Напряжение разомкнутой цепи, В3,53,03,673,31,62,8
Весовая удельная энергия, Втч/кгдо 250300-340до 600250300-
Объёмная удельная энергия, Втч/кг500500-560до 1100600600до 1000
Диапазон рабочих температур, Сот -20 до +55от -60 до +70от -50 до +70(до +130)от -20 до +60от -10 до +70от -10 до +60
Саморазряд, процентов в год2-2,51-21,5-21-21-21

В следующем разделе они рассматриваются подробнее.

Вернуться к содержанию
 

Электрохимические системы литиевых АКБ

Батареи на основе Li/MnO2 (литий/диоксид марганца)

Этот тип элементов с литием был разработан одним из первых. При обозначении литиевых батарей в маркировке используются символы «CR».

Литиевая батарейка Li/MnO2

Литиевая батарейка Li/MnO2



Внутри этой электрохимической системы протекает следующая реакция:

Li + Mn + 4O2 → Mn + 3O2 (Li+)

Согласно реакции, диоксид марганца при взаимодействии с литием восстанавливается до трехвалентного состояния из четырёхвалентного. При этом ионы лития внедряются в кристаллическую решётку оксида. В качестве электролита в этих системах используется перхлорат лития, который находится в органическом растворителе. Напряжение разомкнутой цепи аккумуляторной батарейки литий/диоксид марганца составляет 3,5, а номинал 3 вольта. Конечное напряжение равно 2 вольта. Эти батареи сохраняют работоспособность в интервале температур от -20 до +55 градусов Цельсия. Хранится батарейка Li/MnO2 до десяти лет, если саморазряд не превышает 2,5%.
Этот тип батареек часто можно встретить в материнских платах и часах в дисковом форм-факторе («таблетка»).

Дополнительно можете прочитать подробную статью про литий-ионные аккумуляторы.
Вернуться к содержанию
 

Аккумуляторы на базе Li/CuO (литий/оксид меди)

Li/CuO батареи имеют рабочее напряжение, которое сопоставимо с марганцево-цинковыми элементами щелочного типа. При этом энергетическая плотность у литиевых в три раза больше.
Разряд этого типа батареек описывается следующими реакциями:

2Li + CuO → Li2O + Cu

CuO → Cu2O → Cu

Интервал рабочего напряжения составляет от 1,2 до 1,5 вольта и зависит разрядного тока. На разомкнутой АКБ напряжение равно 2,5 вольта. Аккумуляторные элементы литий/оксид меди сохраняют работоспособность при температурах от -10 до +70 градусов Цельсия. Батареи хранятся до 10 лет (при 20 градусах по Цельсию). Источники тока на основе Li/CuO мало распространены на рынке.

 

АКБ на основе Li/SO2 (литий/диоксид серы)

Разновидность батарей на основе литий/диоксид серы имеет жидкофазный материал катода. Эти АКБ достаточно хорошо изучены и широко применяются в народном хозяйстве. Роль катода в их случае выполняет графит с сажей плюс пластификатор. Смесь этих элементов наносится на металл. В качестве электролита использует диоксид серы SO2 с некоторыми добавками. Объёмная доля самого оксида серы составляет 70─75 процентов. Дополнительные добавки в электролите обеспечивают требуемую электропроводность.

Литиевая батарейка Li/SO2

Литиевая батарейка Li/SO2



В аккумуляторном элементе литий/диоксид серы при разряде протекает следующая электрохимическая реакция:

2Li + 2SO2 → Li2S2O4

Напряжение при разомкнутой цепи составляет 3 вольта, рабочее от 2,6 до 2,9. Рабочая температура составляет от -60 до +70 градусов Цельсия. К плюсам Li/SO2 стоит отнести высокую удельную мощность. Среди недостатков батареек литий/диоксид серы специалисты отмечают серьёзное внутреннее давление, а также сильный разогрев в случае короткого замыкания. По этой причине, конструкция таких аккумуляторов включает предохранитель для сброса избыточного давления. Он срабатывает при нагреве батарейки до 100 градусов по Цельсию.

Аккумуляторные элементы этого типа выпускаются цилиндрической конструкции. Она подразумевает наличие литиевого анода по периферии и угольного катода в центре. Такая сборка обеспечивает высокие электрические характеристики АКБ. Храниться аккумуляторы Li/SO2 могут до десяти лет при саморазряде 1─2 процента в год (данные при 20 Цельсия).

Вернуться к содержанию
 

Батарейки на базе Li/I2 (литий/йод)

В этих аккумуляторных элементах жидкий электролит отсутствует, как и сепаратор.

Внутри батареек Li/I2 идёт следующая реакция:

2Li + I2 → 2LiI

Катод с содержанием йода взаимодействует с литием, в результате чего образуется йодид лития LiI. Это твёрдое вещество, которое одновременно выступает в роли электролита и сепаратора, разделяя активные вещества.

Напряжение разомкнутой цепи Li/I2 батарейки равно 2,8 вольта. Его величина зависит от сопротивления слоя LiI. Это вещество накапливается в пространстве между электродами. Этот процесс сопровождается линейным снижением напряжения до 2,2 вольта. Причём оно резко падает, когда запас I подходит к концу.

Аккумуляторы этого типа могут храниться от 10 до 15 лет при величине саморазряде 10 процентов за всё это время. Процесс саморазряд в этом случае обусловлен взаимодействием йода и лития. Это происходит в результате диффузия I через слой LiI. Величина саморазряда во многом определяется толщиной этого слоя. Этим объясняется активное прохождение саморазряда в самом начале хранения.

Литиевые батарейки литий/йод не выделяют газ в процессе работы. Поэтому объём АКБ сохраняется постоянным в процесс эксплуатации. Кроме того, они довольно устойчивы к нарушениям правил использования. Эти батарейки нашли применение в тех областях, где требуется высокая надёжность работы. В частности, это аккумуляторы для питания кардиостимуляторов в медицине. Работоспособность АКБ литий/йод сохраняется при температурах от -10 до +60 по Цельсию.
Вернуться к содержанию
 

Аккумуляторные батарейки Li/FeS2 (литий/дисульфид железа)

Эти элементы стоят довольно дорого, но благодаря некоторым преимуществам, они востребованы на рынке.

Литиевая батарейка Li/FeS2

Литиевая батарейка Li/FeS2



При разряде в аккумуляторах Li/FeS2 протекает следующая реакция:

4Li + FeS2 → 2Li2S + Fe

Интересной особенностью является сохранение работоспособности системы Li/FeS2 при -40 по Цельсию. Это по силам только батареям с катодами в жидком виде. Батарейки Li/FeS2 имеют стабильные характеристики при работе с потребителями, требующими большой мощности.

Аккумуляторы литий/дисульфид железа имеют в своей конструкции защиту по току. При непрерывном потреблении она составляет 2 ампер (форм-фактор АА). Кроме того, есть предохранитель, отключающий нагрузку при температуре элемента 85─95 градусов Цельсия. Если батарейка разогревается до 130─160 градусов, то открывается клапан для сброса давления.

Вернуться к содержанию
 

Аккумуляторные элементы литий/полифторуглерод

Стоимость этих батареек выше Li/MnO2. Но они имеют более широкий диапазон рабочих температур. По этой причине они применяются в различных устройствах, испытывающих нагрев в процессе работы.
Реакция внутри этих аккумуляторов описывается следующим уравнением:

nLi + (CFx)n → nLiFx + nC

Напряжение элемента без нагрузки равно 3,2─3,3 вольта. Конечное напряжение около 2 вольт. Интервал рабочих температур от -40 до +85 градусов. При хранении в течение 10 лет эти батарейки теряют примерно 1/5 от номинальной ёмкости.
Первые коммерческие образцы батареек литий/полифторуглерод были выпущены 25─30 лет назад. Главное применение они находят в различной портативной электронике. При отрицательных температурах и высоком разрядном токе они проигрывают по показателям аккумуляторам типа Li/MnO2. По сравнению с Li/I2 аккумуляторные элементы Li/CFx имеют более высокую мощность. Поэтому их также используют в медицинских кардиостимуляторах и дефибрилляторах.
Вернуться к содержанию
 

Аккумуляторные батарейки Li/SOCl2 (литий/тионилхлорид)

Эти аккумуляторные системы имеют жидкофазный катод и самые высокие удельные электрические параметры среди литиевых батареек.

Литиевая батарейка Li/SOCl2

Литиевая батарейка Li/SOCl2



В них протекает следующая реакция:

4Li + 2SOCl2 → 4LiCl + SO2 + S

Существенная доля SO2 растворяется в электролите без изменения давления в корпусе батарейки. Напряжение без нагрузки равно 3,67, при работе 3,3─3,5 вольта. На величину напряжения сильно влияет разрядный ток.

Рабочая температура составляет от -60 до +85─130 градусов Цельсия. По конструкции аккумуляторные батарейки Li/SOCl2 близки к Li/SO2. Электролит тионилхлорид – это агрессивное вещество. Поэтому конструкция батарей разрабатывалась с учётом повышенных требований к пожарной и взрывобезопасности. Аккумуляторы литий/тионилхлорид хранятся до десяти лет. Саморазряд при этом составляет до 2 процентов в год (данные при 20 градусах Цельсия). При понижении температуры до -50 сильно падает ёмкость батарейки (в несколько раз).

Если элемент из холода перенести в тёплое место, то внутри будет продолжаться процесс разряда. За счёт того, что разлагаются промежуточные продукты реакции, может быть сильный разогрев и даже взрыв. Поэтому для обеспечения безопасности Li/SOCl2 имеют аварийный клапан для сброса давления, плавкие предохранители, термовыключатели.

Вернуться к содержанию
 

Размеры батареек

Как уже говорилось выше, литиевые батарейки выпускаются в соответствии с распространёнными типоразмерами. Есть, к примеру, литиевые пальчиковые батарейки. Форма элементов может быть цилиндрической, призматической и дисковой. Ниже приведена таблица с элементами питания по классификации, принятой в США.

НазваниеНапряжение, ВВысота, ммДиаметр, мм
НазваниеНапряжение, ВВысота, ммДиаметр, мм
AAA1,544,510,5
AA1,550,514,5
C1,550,026,2
D1,561,534,2
PP39,048,526,5

Помимо обозначений, приведённых в таблице, есть ещё сленговые названия этих батареек:
  • AAA – «мизинчиковые»;
  • AA – «пальчиковые»;
  • C – «дюймовочка»;
  • D – «бочка»;
  • PP3 – «крона».

На изображениях ниже вы можете посмотреть фотографии этих батареек.

AAA

AAA


AA

AA


C

C

Кроме того, ещё существует большое количество дисковых литиевых батареек разных форм-факторов.

D

D


PP3

PP3


Вернуться к содержанию
 

Область применения

Литиевые батарейки имеют достаточно длительный срок эксплуатации в сравнении с другими видами. Чаще всего они используются в различных устройствах, которые имеют существенное потребление энергии. Ниже перечислены некоторые из них:

  • Фототехника;
  • Компьютеры;
  • Медицинское оборудование;
  • Игрушки;
  • Военная промышленность;
  • Авиация;
  • Космическая отрасль.

Вернуться к содержанию
 

Маркировка

Правила маркировки батареек разрабатывает, устанавливает и контролирует организация IEC. Это международная электротехническая комиссия. Согласно их требованиям, на корпусе элемента должны быть указаны:

  • Состав;
  • Энергоёмкость;
  • Размер;
  • Класс;
  • Напряжение.

На изображении ниже приведена маркировка батарейки.

Маркировка литиевых батареек


Для расшифровки вам пригодятся следующие две таблицы:

Таблица буквенных обозначений различных элементов.

МаркировкаТип батарейки
МаркировкаТип батарейки
RСолевая
LRЩелочная
SRСеребряная
CRЛитиевая
PRВоздушно-цинковая

Маркировка типоразмера батареек.

ТипоразмерМаркировка
ТипоразмерМаркировка
D20
C14
AA6
AAA03
PP36/22

Используя эти данные можно расшифровать маркировку батарейки на изображении. LR6 – означает, что это щелочная батарейка типоразмера AA. Номинальное напряжение составляет 1,5 вольта.

Вернуться к содержанию
 

Преимущества и недостатки литиевых батареек

 

Преимущества

  • Высокая энергоёмкость;
  • Стабильность характеристик при разной величине разрядного тока;
  • Длительный срок эксплуатации;
  • Постоянное напряжение;
  • Небольшие габариты и вес;
  • Достаточно широкий диапазон рабочих температур.

Вернуться к содержанию
 

Недостатки

  • Стоимость выше, чем у остальных видов элементов;
  • При нарушении правил эксплуатации и целостности могут воспламеняться.

В заключение стоит сказать пару слов о безопасности. Нужно чётко понимать, что литиевые батарейки и аккумуляторы, представляют собой разные источники тока. Если аккумулятор работает определённое количество циклов, то батарейки являются первичными источниками тока. Они предназначены для однократного использования. Не пытайтесь вскрывать литиевые батарейки и проводить какие-то мероприятия по их восстановлению. Это не АКБ и восстановлению они не подлежат. При этом на рынке есть и аккумуляторы указанных выше типоразмеров. Например, AA. Так, что будете внимательны при покупке, изучайте маркировку.


Если материал был для вас полезен, делайте репост в социальных сетях. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте статью! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

Литиевые батареи

литиевые аккумуляторы

Внимательно прочтите эти правила перед использованием батарей!

Литий - наиболее легкий металл, он вдвое легче воды и всплывает даже в керосине. Одновременно с этим, литий обладает огромным электрохимическим потенциалом, что делает его одним из самых активных металлов. Это свойство лития дает возможность создавать на его основе батареи и аккумуляторы с очень высокой плотностью энергии при минимальных размерах и массе.

Преимущества, которыми обладают литиевые аккумуляторы
Еще одно преимущество литиевых аккумуляторов - очень низкий ток саморазряда. Это означает, что батарея может пролежать "на полке" или в выключенном приборе на годы дольше щелочных батареек. Для литиевых аккумуляторов это означает, что в малопотребляющих приборах не придется периодически подзаряжать аккумулятор (что придется сделать с никель-металлгидридными (NiMh), никель-кадмиевыми (NiCd) или свинцовокислотными (Lead Acid) аккумуляторами), или придется это делать намного реже.

Литиевые аккумуляторы также обладают еще одним важным преимуществом - они практически не теряют емкость при отрицательных температурах: большинство выпускаемых батарей спокойно работают от -40° а некоторые типы - от -60°. В условиях русской зимы и особенно Крайнего севера - литиевые батареи незаменимы.

Все эти параметры становятся особенно важными при использовании в устройствах выживания - к примеру, в фонарях, аварийных маячках или рациях.
Можно один раз "заправить" фонарь комплектом литиевых батарей, и более десяти лет не беспокоиться о том, что батареи (или аккумуляторы) разрядились, и требуют замены.

При этом, они легче других батарей, работают дольше, и не теряют емкость при отрицательных температурах.

Литиевые батареи и аккумуляторы производятся с разнообразными химическими формулами, что дает разное рабочее напряжение и энергоемкость.

Наиболее распространены:

  • Li-MnO2 (батареи с префиксом "CR").
    Номинальное напряжение: 3В.

    Наиболее распространенный вид литиевых батарей. К батареям такого типа относятся, например, батареи CR123 или CR2. Батарея такой системы обладает большой емкостью, может отдавать большой ток, обладает широким температурным диапазоном (от -40 до +60).
    К батареям этого типа относится также совместимая батарея типа "Корунд" (тип ISO "1604") напряжением 9В, которая физически состоит из трех элементов (обычные щелочные - из 6)

  • Li-FeS2 (литий-железодисульфидные батареи)
    Номинальное напряжение: 1.5В.

    Современные литиевые батареи, призванные заменить традиционные щелочные и солевые батарейки.
    Напряжение 1.5В позволяет напрямую вставлять их в приборы, предназначенные для работы с обычными батарейками.

    При этом за счет литиевой химии, они обладают преимуществами по сравнению с щелочными батареями и Ni-Mh аккумуляторами:

    • Работают до 3-4 раз дольше. Литиевые батареи АА обладают эффективной емкостью 2900 мАч.
    • Имеют массу на 35% меньше.
    • Могут отдавать большой ток, что делает их применение возможным в "прожорливых" устройствах.
    • Рабочий температурный диапазон - от -40° до +60°
    • Низкий саморазряд: срок хранения - более десяти лет.

    К недостаткам можно отнести сравнительно высокую цену, но наращивание объемов производства таких батарей с каждым годом сокращает разрыв цены с щелочными батареями, и для работы в устройствах с большим энергопотреблением покупать такие батареи выгоднее, чем щелочные.
  • Li-Ion (литий-ионные батареи (аккумуляторы))
    Номинальное напряжение: 3.6-3.7В.
    В этих элементах металлический литий заменен на ионы лития, что сделало батарею более безопасной. Эти батареи являются перезаряжаемыми (аккумуляторами).

    В отличие от аккумуляторов других систем, они не подвержены "эффекту памяти", и обладают превосходными энергетическими характеристиками.
    Саморазряд этих батарей - около 5% в месяц, по сравнению с 30% Ni-Mh аккумуляторов (новейшие типы Ni-Mh аккумуляторов имеют более низкие, чем 30%, токи саморазряда), и 10% Ni-Cd.
    Однако, литий-ионные аккумуляторы теряют емкость по мере старения, вне зависимости от заряда и количества циклов заряда-разряда. В среднем, это старение составляет около 20-30% в год, и усиливается при высоких температурах.


Сильная электрохимическая активность лития, наряду с огромным энергетическим потенциалом, создает дополнительные инженерные проблемы производителям батарей. Например, литий вступает в сильную реакцию с водой, с образованием щелочи и водорода.

Как известно, водород в смеси с кислородом воздуха, при определенной пропорции смеси, становится взрывоопасным. А тепло, выделяющееся при реакции, может воспламенить эту смесь.
Впрочем, эта проблема присуща также и свинцовокислотным аккумуляторам.
По этой причине все литиевые элементы упаковываются в герметичную оболочку.

В высокоэнергетических литиевых батареях и литий-ионных аккумуляторах при коротком замыкании или неправильной эксплуатации повышается температура и давление. Поэтому в конструкцию элементов добавляют предохранительные клапаны и контакты ("PTC" - Positive Temperature Coefficient), размыкающиеся при повышении температуры. Эти меры позволяют предотвратить взрыв батарей, при неправильном с ними обращении.

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы очень чувствительны к процессу заряда и разряда, поэтому в 99% случаев вместе с собственно элементом питания в батарее присутствует также и плата электроники, которая следит за "здоровьем" батареи, контролирует процесс заряда, разряда, а также предотвращает взрыв при коротком замыкании или превышении тока заряда.
Именно поэтому большинство литий-ионных аккумуляторов имеет не два, а три или четыре контакта - через дополнительные контакты микроконтроллер платы защиты общается с основным устройством.

Использование незащищенных литий-ионных аккумуляторов не рекомендуется по следующим причинам:

  • Короткое замыкание, неправильная полярность, превышение напряжения или тока заряда могут вызвать взрыв.
  • Слишком сильный разряд аккумулятора "убьет" его, сделав невозможным его дальнейшее использование. Не все устройства содержат защиту от глубокого разряда вставленных в них аккумуляторов. Обычно критическое напряжение глубокого разряда составляет 2.4-2.7В, в зависимости от химической формулы.

Меры предосторожности при работе с литиевыми аккумуляторами.


Проведенные исследования режимов эксплуатации на пожаро- и взрывобезопасность, а также миллиарды использованных литиевых батарей (в том числе батареи Вашего мобильного телефона, плеера, компьютера и т.п.), установили, что современные конструкции литиевых элементов практически безопасны при их правильной эксплуатации, и более того - вполне рассчитаны на "дурака".

Но, следуя принципу "предупрежден - значит вооружен", мы публикуем основные моменты работы с литиевыми батареями. В общем-то все, написанное ниже, применимо и обязательно для выполнения при использовании и обычных щелочных батареек. (и всегда пишется на упаковке)

Используя в бытовой технике батареи и аккумуляторы литиевой системы, вы должны осознавать, что их повышенные по сравнению с щелочными батареями и Ni-Mh аккумуляторами потребительские свойства - энергоемкость, масса - взяты не "с потолка", а являются следствием использования более активного материала.

Как показывает практика, потребители редко читают инструкцию по эксплуатации батарей и аккумуляторов, и еще реже её соблюдают, надеясь на русский "авось".

И хотя правила эксплуатации литиевых батарей ничем не отличаются от правил эксплуатации щелочных батарей и других аккумуляторов, их соблюдение особенно важно, т.к. несоблюдение может привести к более серьезным последствиям.

Итак:

  • Не перезаряжать, не нагревать.
    В литиевой батарее есть т.н. пассивирующий слой на литиевом аноде. Эта защитная пленка соединений лития, в обычных условиях, препятствует прямым химическим реакциям металлического лития с электролитом и основными продуктами реакции. Зарядка литиевых батарей (не аккумуляторов, а именно неперезаряжаемых батарей, к примеру CR123) разрушает эту пленку и категорически запрещена. Это приводит к высвобождению и накоплению в батарее металлического лития, его реакции с электролитом, росту температуры и давления, и, как следствие, утечке токсичного газа (через предохранительный клапан), электролита, и может привести к воспламенению или взрыву батареи.
    К этому также может привести закорачивание батареи или её нагревание. К батарее нельзя припаивать провода бытовыми паяльниками и паяльными станциями - это нарушит или сплавит защиту от перегрева батареи, и она станет небезопасна. Нельзя оставлять батарею под прямыми солнечными лучами.
    То же самое относится к превышению тока заряда и напряжения заряда литиевых аккумуляторов. Используйте только качественные зарядные устройства, не стоит подключать "вот эту батарейку" к "вон тому заряднику" от "вон того прибора". Это опасно.


    Некоторые компании даже выпускают спец. оболочки-пакеты для зарядки литиевых элементов на предельных режимах:

  • Не смешивать бывшие в употреблении и новые батареи; батареи разных типов или производителей.

    Установка элементов с разным напряжением (например, новый и бывший в употреблении) приведет к тому, что один элемент (новый) будет стремиться отдавать больший ток, и станет заряжать другой (старый). Батареи разных производителей, во-первых, могут иметь разное внутреннее сопротивление, а во-вторых, незначительно отличающийся химический состав. По описанной в п.1 схеме, и то, и другое может привести к взрыву.
    Согласно исследованиям, смешивание Б/У и новых батарей или батарей разных производителей, явилось причиной №1 случаев возгорания и взрыва литиевых батарей в фонарях и других приборах. Наихудшее с точки зрения безопасности соотношение - это использование новой батареи и на 20% использованной. И хотя таких случаев зарегистрировано менее десяти на сотни тысяч случаев беспроблемного использования, делать этого не стоит.
  • Не разбирать, не сжигать, не использовать батареи со следами повреждений или протечек.
    Прокол элементов или смятие может привести к внутреннему короткому замыканию, с последующим возгоранием и взрывом; Расплавление лития от высокой температуры также приводит к взрыву.
    При разгерметизации внутрь элемента может попасть вода или сконденсироваться атмосферная влага, что может привести к реакции с выделением водорода и возгоранию.

  • Не закорачивать. Соблюдать полярность.

    При разряде большими токами или коротком замыкании из-за некоторой неоднородности структуры батареи и наличия примесей могут возникать локальные "горячие точки", которые лавинообразно вызывают разогрев всей батареи.
    Результат - взрыв.
  • Не утилизировать с бытовыми отходами.
    Хотя это общепринятая практика в нашей стране, но, вопреки ей, элементы питания нельзя выкидывать вместе с бытовым мусором.

    К примеру, остатки соленой воды в кухонных отходах могут закоротить элемент.

    И хотя у нас не создано никаких условий для правильной утилизации таких отходов - позаботьтесь хотя бы о том, чтобы литиевый элемент не контактировал с другими отходами.
    Например, поместив его в индивидуальный полиэтиленовый пакет, и завязав его.

  • Хранить в сухом, прохладном месте.
    Влага, кроме прямого закорачивания контактов, может вызвать коррозию внешней оболочки батареи, заткнуть вентиляционные клапаны или нарушить герметичность. Батарею с признаками коррозии использовать нельзя. Высокая температура, близость к батареям отопления, духовым шкафам, печным трубам или прямые солнечные лучи могут вызвать повышение давления внутри батареи.

Современные литиевые батареи содержат множество элементов конструкции, которые призваны повысить степень защиты - сбросить нарастающее давление, разъединить электрическую цепь при превышении тока или температуры, а также разнообразную защитную электронику, но их лучше рассматривать как средства "последнего эшелона", и надеяться не на них, а на разумное соблюдение правил безопасности.

Соблюдение этих правил почти наверняка избавит вас от неприятных моментов использования литиевых батарей. И хотя случаи возгорания или взрыва батарей в фонарях очень редки (в Интернет-сообществе описано менее 10 случаев за все время на весь мир), мы считаем важным упомянуть основные сценарии развития событий.

  • В большинстве редких случаев возгорания литиевых батарей в фонарях, фонарь "тухнет" или теряет яркость на сравнительно свежем комплекте батарей. В любом случае, это должно вас насторожить.
    Часто после этого, иногда через значительное время (20-30 мин.) слышится шипение клапана сброса давления батареи. Если вы слышите шипение этого клапана или фонарь неожиданно потускнел или нагрелся - ни в коем случае не направляйте фонарь стеклом или торцом к себе.
    Настороженность также должно вызвать ненормальное для данного режима работы фонаря нагревание батарейного отсека, особенно в выключенном состоянии (выше 60-70 градусов).
    При возникновении описанных симптомов - если фонарь у вас в руках - немедленно выключите его и положите подальше от людей, домашних животных и легковоспламеняемых предметов.
    Если фонарь не в руках - не подходите к нему как минимум 3-4 часа.

    Шипение клапана сброса давления часто сопровождается выделением едкого белого дыма с характерным "электрическим" запахом. Этот дым токсичен - старайтесь не вдыхать его и проветрить помещение.
    Если из батареи вылился электролит - не допускайте его контактов с кожей.
    Пролитый электролит следует засыпать пищевой содой или опилками, и вытереть насухо.
    Взрыв батареи иногда происходит через 1-2 секунды, а иногда через 20-30 минут после шипения клапана.
    При возгорании и взрыве литиевых батарей запрещается тушить их углекислотными огнетушителями: литий бурно реагирует с углекислотой.
    Эффективно применение порошковых огнетушителей (напр. ОП-10).

    Тушение горящих элементов и их обломков можно производить, накрывая очаги горения плотной термостойкой тканью (асбестовым полотном).
    Можно тушить сухим песком, покрывалом, сухой поваренной солью.
    Вода неэффективна при тушении горящего лития, и предотвращает главным образом распространение пожара. Наоборот, реакция лития с водой может вызвать выделение водорода, который усилит горение.

    Не берите в руки фонарь, обломки или батареи ранее, чем через несколько часов после прекращения любых проявлений реакции. Не приближайтесь к взорвавшимся или вытекшим батареям, пока они не остынут.

    Защищайте кожу от контактов с электролитом резиновыми перчатками.

    Засыпьте батареи, а также обломки, пищевой содой, для нейтрализации электролита. Поместите в полиэтиленовый пакет и утилизируйте.

    Помните телефон пожарной охраны: В России это 101, или 112, или 911 (с мобильного телефона).

  • Чаще взрываются фонари на двух CR123-элементах (в большинстве случаев ксеноновые, а не светодиодные), чем на одном. Поэтому при использовании фонаря, работающего на двух элементах, старайтесь или использовать защищенный аккумулятор 18650 или 17670, если он допустим конструкцией фонаря, или особенно тщательно подходите к вопросу выбора пары батарей. Старайтесь ставить вместе батареи из одной партии.
    Если у вас есть возможность измерить внутреннее сопротивление батарей - старайтесь совмещать батареи по внутреннему сопротивлению.

    Естественно, ни в коем случае не ставьте разные батареи или использованные совместно с новыми.

  • Чаще взрываются фонари на галогеновых (ксеноновых галогенных) лампах без электроники, чем светодиодные с электроникой. Причина - описанные выше в п.4 "горячие точки", которые возникают при неконтролируемом разряде большим током.
  • Старайтесь использовать качественный фонарь, нежели безымянный.
    Плохая конструкция и используемые материалы могут служить причиной закорачивания батарей. Особенно это относится к дешевым галогеновым фонарям на элементах CR123.
    Старайтесь использовать водонепроницаемый фонарь - это также предотвратит нештатные ситуации при использовании литиевых батарей.
  • Старайтесь использовать алюминиевый фонарь, нежели пластиковый.
    Пластиковый фонарь может разлететься в непредсказуемых направлениях.
    У алюминиевых фонарей "вышибает" стекло и торцевую кнопку (если такая есть). Так что, при взрыве в руке в большинстве описанных случаев (3 случая) обошлось без травм.
    Одновременно, пластиковый корпус менее стоек к разогреву батарей и может обеспечить меньше защиты батареям от внешнего тепла.
А остальные миллиарды случаев успешного использования литиевых батарей без каких-либо эксцессов подтверждают: за этими элементами ближайшее будущее. И если век топливных или био-элементов еще не наступил, то для лития - самое время.
В реальности же с безопасностью дело обычно обстоит так:

Ссылки по теме:

Статья про элементы питания на HPC.RU
Лабораторные опыты по Химии, видео: реакция лития с водой (опыт 12)
Реакция лития с водой, видео (другой опыт)
Статья на сайте FlashLightReviews про батарейки вообще(англ.)
Статья на сайте FlashLightReviews про батарейки подробнее(англ.)
Статья на сайте FlashLightReviews про взрывы батарей (англ.)
Сравнение разных типов и марок батарей (с графиками)
Взаимодействие щелочных металлов с водой (передача "Мозголомы"), видео
Выбираем батарейки правильно | Бытовая техника | Блог

Сегодня батарейки это такой же продукт первой необходимости, как и зубная паста или салфетки, без них не будет работать пульт, ночник, фонарик, калькулятор, часы и многое другое. Если вы сейчас сядете и посчитаете, сколько же приборов питается от этих маленьких элементов, то возможно удивитесь, практически половине устройств необходимо покупать батарейки. Как часто придется менять, зависит от грамотного подхода к выбору батареек. Почему элементы питания одной фирмы работают месяц, а другой пол года? Дело даже не в цене. Как правило, в магазине покупатель первым делом смотрит на форму и размер, может еще и на производителя. Лишь единицы подбирают батарейки по химическому составу, напряжению, емкости, проверяют сроки годности.

Что такое батарейка и когда она появилась?

Батарейка (она же гальванический элемент) – это источник электроэнергии, который действует на основе химических взаимодействий определенных веществ между собой. Первый химический элемент питания был изобретен Луиджи Гальвани. Точнее Гальвани первооткрыватель процесса, причем совершенно случайный. Ученый проводил опыты над лягушкой и когда он подсоединил к ее лапке две полоски разных металлов, то обнаружил протекание тока между ними.

Открытие Гальвани послужило толчком для другого ученого - Алессандро Вольта, который докопался до истины и дал развитие научной находке. В дальнейшем инициативу по усовершенствованию элементов питания подхватили компании, первой из которых была Eveready. Реализуемая компанией продукция лишь отдаленно напоминала современные виды элементов питания, основными действующими веществами были марганец и цинк. Предназначались первые батарейки для радиоприемников, в дальнейшем электропитание на основе химического взаимодействия распространилось в машиностроительной отрасли.

В 1920 годах на рынок выходит всем известная компания Duracell. Приборы с питанием от батареек распространялись все шире, производство росло в геометрической прогрессии. Первая батарейка Duracell изготавливалась из цинкового корпуса с графитным электродом и латунным колпачком. Заполнена она была оксидом марганца, стенки цинкового корпуса изнутри покрывали электролитом. Латунный колпачек был положительным, а донышко цинкового корпуса отрицательным полюсом. Такие батарейки выпускались вплоть до развала СССР. Но ввиду своих недостатков: малого срока службы, не безопасной конструкции они быстро ушли в прошлое. На смену старому образцу пришли современные элементы питания с долгим сроком жизни, безопасной конструкцией и высокой емкостью.

Современные виды батареек

В зависимости от состава и активных компонентов батарейки можно разделить на группы. У каждой группы есть плюсы и минусы.

- Солевые батарейки. Самый бюджетный вид элементов питания, характеризуются низкой отдачей тока, коротким сроком службы и хранения. При низких температурах емкость уменьшается намного быстрее. Устройство солевых батареек не далеко ушло от первых образцов компании Duracell. Электроды выполнены из оксида марганца, цинка и соединены между собой солевым мостом. Но несмотря на все недостатки потребители по-прежнему покупают солевые батарейки в больших количествах. Лучший способ применения для солевых гальванических элементов это приборы с низким потреблением: часы, пульты дистанционного управления, весы. Если солевую батарейку оставить в приборе и долго не использовать велика вероятность что она потечет. Связанно это с протеканием химических реакции, на последней стадии разряда характерно повышение активной массы положительного электрода, из-за чего увеличивается давление на электролит. Параллельно протекают процессы разложения диоксида марганца и коррозии цинка, что влечет за собой выделение кислорода и водорода, объем и давление внутри батарейки повышаются.

- Щелочные (алкалайновые) батарейки. Универсальные как по цене, так и по сроку службы батарейки, занимающие большую долю рынка . В качестве электролита используется гидроксид калия, от чего у батареек такое название. Щелочные батарейки хранятся до пяти лет, имеют большую емкость, чем предшественники. У данного вида снижены риски протечки, долгая работоспособность при низких температурах и минимальная скорость саморазряда. Маркируются щелочные элементы питания надписью ALKALINE, что в переводе с английского значит щелочные. Рекомендуются для использования в приборах с умеренной нагрузкой, таких как: детские игрушки, ночники, радио, пульты ДУ и т.п.

- Литиевые батарейки. Появились сравнительно недавно, находятся выше по ценовой категории. С развитием всевозможных гаджетов и портативных устройств начал расти спрос на элементы питания, выдерживающие интенсивное потребление тока в длительный промежуток времени. Литиевые батарейки отвечают всем требованиям потребителя: долгий срок хранения и службы, устойчивость к температурам (высоким и низким), легкие по весу, не протекают. Следует отметить, литиевые батарейки обладают постоянным напряжением и высокой энергоплотностью, которую не обеспечит ни один предшественник. Подходят для оборудования с высоким энергопотреблением: фонари, вспышки, фотоаппараты, портативные колонки. Маркируются надписью на корпусе «Lithium».

Довольно редко встречаются ртутные и серебряные элементы питания, хотя по своим свойствам они схожи и мало чем уступают литиевым.

Недостатками ртутных элементов питания считается небезопасность использования при повреждении целостности конструкции, сложности с утилизацией.

Типоразмеры батареек

Батарейки отличаются не только размерами, но формой, одни распространены и широко известны (АА, ААА), другие приходится долго искать по магазинам. Несмотря на изобилие форм, все батарейки имеют классификацию согласно стандартам. Привычные на слух названия размеров АА, ААА, С, D принадлежат американскому стандарту.

Существуют и другие системы классификаций элементов питания: международные, национальные. В России размеры батареек регламентированы согласно ГОСТу, но данный вид маркировки не на слуху и мало кто из молодежи им пользуется.

АА (пальчиковые или R6/LR6) – цилиндрические тонкие батарейки, используются в пультах ДУ, часах, игрушках, фонарях и другой мелкой технике. Обозначение R6 говорит о размерности батарейки, а приставка L вносит ясность, что элемент щелочной.

ААА (мизинчиковые или R03/LR03) – цилиндрические батарейки, тоньше элементов АА, но могут применяться в тех же приборах.

С (R14/LR14) и D (R20/LR20) – похожие по форме и размеру элементы, по сравнению с АА и ААА очень громоздкие и тяжелые. Сегодня производители редко прибегают к установке данных элементов питания, так как размеры гаджетов становятся все меньше и компактнее, батарейки соответственно тоже.

Крона (6F22 / 6LR61) – данный элемент питания отличается от предыдущих размерами, формой и самым высоким напряжением 9V. Контакты батарейки находятся с одной стороны. Применяется в современных приборах крайне редко.

К отдельной категории следует отнести миниатюрные элементы питания, выполненные в виде «таблетки». Они имеют собственную обширную маркировку и классификацию, отличаются по диаметру, высоте, емкости, химическому составу.

Важные особенности

- Саморазряд. Это потеря емкости батареи за период хранения, поэтому у каждого элемента питания есть срок годности. За время хранения (без использования) батарейки емкость может сократиться до 30%, так же многое зависит от температуры хранения. Происходит это из-за медленного протекания химических процессов внутри батарейки, т.е. процесс протекает все время, просто в рабочем режиме химические реакции проходят быстрее, а в состояние покоя медленнее. Когда покупаете батарейки, обязательно смотрите на дату производства, чем она свежее, тем больше емкость соответствует заявленной.

- Напряжение. В зависимости от вида и типа батарейки варьируется напряжение, которое она обеспечивает. Стандартное напряжение бюджетных элементов питания 1,5V, литиевые батарейки обеспечивают напряжение в 3V. Самым мощным элементом питания следует считать Крону, напряжение составляет 9V.

- Емкость. Показатель, определяющий количество «электричества» с батарейке, срок службы элемента питания напрямую зависит от емкости. Как рассчитать время выработки батарейки?

Для расчета важно знать два параметра: заряд и потребляемый ток. Допустим заряд батарейки 3 Ач и установлена она в устройство с потреблением тока 250 мАч (0,25Ач), рассчитываем сколько часов проработает батарейка: 3 Ач / 0,25 Ач = 12 часов.

Фактический срок службы может не совпадать с рассчетным по ряду причин:

• Температура внешней среды

• Саморазряд

• Режимы использования

• Ток отсечки

Подводим итоги

Многие производители указывают на упаковке для каких устройств подходит элемент питания. Но что делать, если область применения не указана? Подбираем батарейку в зависимости от целей использования:

- [url="https://www.dns-shop.ru/catalog/17a88ded16404e77/batarejki/?p=1&f=69bx]Солевые элементы питания нет смысла устанавливать в приборы, выдающие высокую мощность: профессиональные фонари, вспышки фотоаппаратов. В приборах со средними нагрузками солевые элементы питания тоже прослужат недолго. Все дело в маленькой емкости, всего 600-700 мАч.

- [url="https://www.dns-shop.ru/catalog/17a88ded16404e77/batarejki/?p=1&f=69by]Щелочные батарейки так же не подойдут для мощных осветительных приборов, но долго прослужат во всех остальных гаджетах, начиная от музыкальной колонки и заканчивая детским паровозиком.

- [url="https://www.dns-shop.ru/catalog/17a88ded16404e77/batarejki/?p=1&f=69bz]Литиевые элементы питания подойдут абсолютно для любого устройства, но не всегда имеет смысл покупать дорогостоящий элемент. Оптимальный выбор для приборов частого использования.

Важно: просто выбросить отработанную батарейку в мусорное ведро не правильно!

На упаковке или корпусе всегда присутствует обозначение -не выбрасывать вместе с бытовым мусором. Если в вашем городе есть пункт приема, то не поленитесь сделать мир чуточку чище.

типов литий-ионных аккумуляторов - Battery University

Ознакомьтесь со многими различными типами литий-ионных аккумуляторов.

Литий-ионный назван в честь своих активных материалов; слова либо написаны полностью или сокращены их химическими символами. Ряд букв и цифр, соединенных вместе, может быть трудно запомнить и даже сложнее произнести, а химический состав батареи также обозначен сокращенными буквами.

Например, оксид лития-кобальта, один из наиболее распространенных Li-ионов, имеет химические символы LiCoO 2 и аббревиатуру LCO.Из соображений простоты для этой батареи также можно использовать короткую форму Li-кобальта. Кобальт является основным активным материалом, который придает этой батарее характер. Другие литий-ионные химические вещества имеют аналогичные краткие названия. В этом разделе перечислены шесть наиболее распространенных Li-ионов. Все показания являются средними оценками на момент написания.

Оксид кобальта лития (LiCoO 2 ) - LCO

Его высокая удельная энергия делает Li-кобальт популярным выбором для мобильных телефонов, ноутбуков и цифровых камер.Батарея состоит из катода из оксида кобальта и графитового углеродного анода. Катод имеет слоистую структуру, и во время разряда ионы лития движутся от анода к катоду. Поток меняется на заряд. Недостатком Li-кобальта является относительно короткий срок службы, низкая термостойкость и ограниченные возможности нагрузки (удельная мощность). Рисунок 1 иллюстрирует структуру.

Рисунок 1 : Структура Li-кобальта.
Катод имеет слоистую структуру. Во время разряда ионы лития движутся от анода к катоду; по заряду поток идет от катода к аноду.
Источник: Cadex


Недостатком Li-кобальта является относительно короткий срок службы, низкая термостойкость и ограниченные возможности нагрузки (удельная мощность). Как и другие Li-ионы с примесью кобальта, Li-кобальт имеет графитовый анод, который ограничивает срок службы цикла благодаря изменяющейся границе раздела твердого электролита (SEI), утолщается на аноде и литиевом покрытии при быстрой зарядке и зарядке при низкой температуре.Более новые системы включают никель, марганец и / или алюминий, чтобы улучшить долговечность, нагрузочные способности и стоимость.

Li-кобальт не следует заряжать и разряжать с током, превышающим его C-рейтинг. Это означает, что элемент 18650 с 2400 мАч можно заряжать и разряжать только при 2400 мА. Принудительная быстрая зарядка или применение нагрузки выше 2400 мА вызывает перегрев и чрезмерное напряжение. Для оптимальной быстрой зарядки производитель рекомендует C-уровень 0,8C или около 2000 мА. (См. BU-402: что такое C-скорость)Обязательная схема защиты аккумулятора ограничивает скорость заряда и разряда до безопасного уровня около 1С для энергетического элемента.

Гексагональное изображение паука (рис. 2) суммирует эффективность Li-кобальта с точки зрения удельной энергии , или емкости, которая связана с временем работы; удельная мощность или способность подавать большой ток; Безопасность ; производительность при горячих и холодных температурах; срок службы , отражающий цикл жизни и долголетия; а стоит .Другими интересными характеристиками, которые не показаны в паутине, являются токсичность, способность к быстрой зарядке, саморазрядка и срок годности. (См. BU-104c: восьмиугольная батарея - что делает батарею батарейкой).

Li-кобальт теряет предпочтение Li-марганцу, но особенно NMC и NCA из-за высокой стоимости кобальта и улучшенных характеристик при смешивании с другими активными катодными материалами. (См. Описание NMC и NCA ниже.)

Рисунок 2 : Снимок средней литий-кобальтовой батареи.
Li-кобальт отличается высокой удельной энергией, но предлагает только умеренную производительность, удельную мощность, безопасность и срок службы.
Источник: Cadex


Сводная таблица

Оксид кобальта лития: LiCoO 2 катод (~ 60% Co), графитовый анод
Сокращенная форма: LCO или Li-кобальт. С 1991 года
Напряжения 3.Номинальное напряжение 60 В; типичный рабочий диапазон 3,0–4,2 В / элемент
Удельная энергия (емкость)
.

Информация о литий-ионных батареях - Battery University

Лишь в начале 1970-х годов первые не перезаряжаемые литиевые батареи стали коммерчески доступными. Попытки разработать перезаряжаемые литиевые батареи последовали в 1980-х годах, но усилия не увенчались успехом из-за нестабильности металлического лития, используемого в качестве материала анода.

Литий является самым легким из всех металлов, обладает наибольшим электрохимическим потенциалом и обеспечивает наибольшую удельную энергию на вес.Аккумуляторы с металлическим литием на аноде (отрицательные электроды) могут обеспечить необычайно высокую плотность энергии, однако, циклически образуя нежелательные дендриты на аноде, которые могут проникать в сепаратор и вызывать короткое замыкание. Температура в ячейке быстро повышается и приближается к точке плавления лития, вызывая тепловое убегание, также известное как «вентиляция пламенем».

Нестабильность металлического лития, особенно во время зарядки, сместила исследования в неметаллический раствор с использованием ионов лития .Несмотря на меньшую удельную удельную энергию, чем у литий-металлического, литий-ионный является безопасным, при условии, что производители элементов и упаковщики батарей соблюдают меры безопасности для поддержания напряжения и тока на безопасном уровне. В 1991 году Sony выпустила на рынок первую литий-ионную батарею, и сегодня эта химия стала самой перспективной и быстрорастущей на рынке. Тем временем продолжаются исследования по разработке безопасной металлической литиевой батареи в надежде сделать ее безопасной.

В 1994 году производство литий-ионной батареи в цилиндрической ячейке 18650 * стоило более 10 долларов США, обеспечивая емкость 1100 мАч.В 2001 году цена упала до 2 долларов, а емкость выросла до 1900 мАч. Сегодня высокоплотные 18650 ячеек обеспечивают более 3000 мАч, а затраты еще больше снизились. Снижение затрат, увеличение удельной энергии и отсутствие токсичных материалов проложили путь к тому, чтобы сделать литий-ионную батарею универсально приемлемой для портативного применения, в первую очередь в легкой промышленности, а теперь и в тяжелой промышленности, включая электрические силовые агрегаты для транспортных средств.

В 2009 году примерно 38 процентов всех батарей по выручке были литий-ионными.Литий-ионный аккумулятор - это батарея, не требующая особого технического обслуживания. Это преимущество, на которое многие другие химические предприятия не могут претендовать. Аккумулятор не имеет памяти и не требует упражнений для поддержания формы. Саморазряд составляет менее половины по сравнению с системами на основе никеля. Это делает Li-ion хорошо подходящим для применения в топливомерах. Номинальное напряжение ячейки 3,6 В может напрямую питать сотовые телефоны и цифровые камеры, предлагая упрощения и снижение затрат по сравнению с конструкциями с несколькими ячейками. Недостатком была высокая цена, но это выравнивание, особенно на потребительском рынке.

Рисунок 1. Поток ионов в литий-ионной батарее
Когда элемент заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом (положительный электрод) и анодом (отрицательный электрод). При разряде анод подвергается окислению или потере электронов, а катод видит уменьшение или усиление электронов. Заряд меняет направление движения.

Все материалы в батарее обладают теоретической удельной энергией, и ключ к высокой емкости и превосходной подаче энергии лежит в основном на катоде .В течение последних 10 лет катод характеризовал литий-ионную батарею. Общим материалом катода являются оксид лития-кобальта (или литий-кобальтат), оксид лития-марганца (также известный как шпинель или литий-марганат), литий-фосфат железа, , а также литий никель-марганец кобальт (или ) ) ** и Литий Никель-кобальт Оксид алюминия (или NCA).

Оригинальная литий-ионная батарея Sony использовала кокс в качестве анода (угольный продукт), а с 1997 года большинство литий-ионных батарей используют графит для получения более плоской кривой разряда.Разработки также происходят на аноде, и в настоящее время пробуются несколько добавок, в том числе сплавы на основе кремния. Кремний обеспечивает увеличение удельной энергии на 20-30% за счет меньших токов нагрузки и сокращенного срока службы. Наноструктурированный литий-титанат в качестве анодной добавки демонстрирует многообещающий срок службы цикла, хорошие нагрузочные способности, отличные характеристики при низких температурах и превосходную безопасность, но удельная энергия низкая.

Смешивание катодного и анодного материала позволяет производителям усилить внутренние качества; однако улучшение в одной области может поставить под угрозу что-то другое.Производители аккумуляторов могут, например, оптимизировать удельную энергию (емкость) для продления времени работы, увеличить удельную мощность для улучшения нагрузки по току, продлить срок службы для увеличения срока службы и повысить безопасность при интенсивном воздействии окружающей среды, но недостатком более высокой емкости является снижение нагрузки. ; Оптимизация для работы с большим током снижает удельную энергию, и делает ее прочной ячейкой для длительного срока службы и повышенной безопасности увеличивает размер батареи и увеличивает стоимость за счет более толстого сепаратора.Сепаратор считается самой дорогой частью батареи.

В таблице 2 приведены характеристики литий-иона с различным катодным материалом. Таблица ограничивает химию четырьмя наиболее часто используемыми литий-ионными системами и применяет краткую форму для их описания. NMC обозначает никель-марганец-кобальт, химию, которая является относительно новой и может быть адаптирована для высокой нагрузки или большой нагрузки. Литий-ион-полимер не упоминается, так как это не уникальная химия и отличается только конструкцией.Li-полимер может быть изготовлен в различных химических составах, и наиболее широко используемым форматом является Li-кобальт.


Преимущества и ограничения литий-ионной батареи

В течение многих лет никель-кадмиевые батареи были единственной подходящей батареей для портативного оборудования от беспроводной связи до мобильных компьютеров. Никель-металлогидридные и литий-ионные появились в начале 1990-х, сражаясь друг с другом, чтобы получить признание клиентов. На сегодняшний день литий-ионная батарея является самой быстрорастущей и перспективной химией аккумуляторов.

Литий-ионный аккумулятор

Пионерская работа с литиевой батареей началась в 1912 году под руководством Г.Н. Льюис, но только в начале 1970-х годов первые не перезаряжаемые литиевые батареи стали коммерчески доступными. литий является самым легким из всех металлов, обладает наибольшим электрохимическим потенциалом и обеспечивает наибольшую плотность энергии для веса.

Попытки разработать литиевые аккумуляторы потерпели неудачу из-за проблем безопасности. Из-за присущей нестабильности металлического лития, особенно во время зарядки, исследования переключились на неметаллическую литиевую батарею с использованием ионов лития.Хотя плотность энергии несколько ниже, чем у металлического лития, ион лития безопасен при условии соблюдения определенных мер предосторожности при зарядке и разрядке. В 1991 году корпорация Sony выпустила на рынок первый литий-ионный аккумулятор. Другие производители последовали его примеру.

Плотность энергии литий-ионного, как правило, в два раза выше, чем у стандартного никель-кадмиевого Существует потенциал для более высоких плотностей энергии. Характеристики нагрузки достаточно хорошие и ведут себя аналогично никель-кадмиевому с точки зрения разряда.Высокое напряжение элемента 3,6 В позволяет проектировать аккумуляторные батареи только с одним элементом. Большинство современных мобильных телефонов работают на одной ячейке. Пакет на основе никеля потребовал бы трех 1,2-вольтных ячеек, соединенных последовательно.

Литий-ионная батарея - это батарея, не требующая особого технического обслуживания, а это преимущество, на которое большинство других химикатов не претендует Памяти нет, и для продления срока службы батареи не требуется плановый цикл. Кроме того, саморазряд составляет менее половины по сравнению с никель-кадмиевым, что делает ионно-литиевый аккумулятор хорошо подходящим для применения в современных измерителях уровня топлива.литий-ионные элементы при утилизации наносят небольшой вред.

Несмотря на свои общие преимущества, литий-ионный имеет свои недостатки. Он хрупкий и требует защитной цепи для обеспечения безопасной работы. Встроенная в каждый блок схема защиты ограничивает пиковое напряжение каждого элемента во время зарядки и предотвращает слишком низкое падение напряжения элемента при разряде. Кроме того, температура ячейки контролируется для предотвращения экстремальных температур. Максимальный зарядный и разрядный ток на большинстве упаковок ограничен от 1С до 2С.С учетом этих мер предосторожности практически исключается возможность металлического литиевого покрытия из-за перезаряда.

Старение является проблемой для большинства литий-ионных аккумуляторов, и многие производители молчат об этой проблеме. Некоторое ухудшение емкости заметно через один год, независимо от того, используется аккумулятор или нет. Аккумулятор часто выходит из строя через два или три года. Следует отметить, что другие химические препараты также имеют возрастные дегенеративные эффекты.Это особенно верно для никель-металлогидрида, если он подвергается воздействию высоких температур окружающей среды. В то же время известно, что литий-ионные пакеты служат в некоторых областях в течение пяти лет.

Производители постоянно совершенствуют литий-ионные. Новые и улучшенные химические комбинации вводятся каждые шесть месяцев или около того. При таком быстром прогрессе трудно оценить, насколько хорошо будет работать исправленная батарея.

Хранение в прохладном месте замедляет процесс старения литий-ионных (и других химикатов).Производители рекомендуют температуру хранения 15 ° C (59 ° F). Кроме того, батарея должна быть частично заряжена во время хранения. Производитель рекомендует 40% заряда.

Самым экономичным литий-ионным аккумулятором с точки зрения соотношения затрат и энергии является цилиндрический 18650 (размер 18 мм х 65,2 мм). Эта ячейка используется для мобильных вычислений и других приложений, которые не требуют ультратонкой геометрии. Если требуется тонкая упаковка, призматическая литий-ионная батарея является лучшим выбором.Эти клетки имеют более высокую стоимость с точки зрения накопленной энергии.

Преимущества

  • Высокая плотность энергии - потенциал для еще больших мощностей.
  • Не требует длительного грунтования, когда новый. Одна обычная зарядка - все, что нужно.
  • Относительно низкий уровень саморазряда - саморазряд меньше, чем у никелевых батарей.
  • Низкие эксплуатационные расходы - периодическая разрядка не требуется; нет памяти
  • Специальные ячейки могут обеспечивать очень высокий ток для таких приложений, как электроинструменты.

Ограничения

  • Требуется схема защиты для поддержания напряжения и тока в безопасных пределах.
  • Подвержено старению, даже если оно не используется - хранение в прохладном месте при 40% заряда снижает эффект старения.
  • Транспортные ограничения - отгрузка больших количеств может быть предметом регулирующего контроля.Это ограничение не распространяется на персональные ручные батареи.
  • Дорогой в производстве - примерно на 40 процентов дороже, чем никель-кадмиевый.
  • Зрелые не полностью - металлы и химикаты постоянно меняются.

Литий-полимерный аккумулятор

Литий-полимер отличается от обычных систем батарей типом используемого электролита. Оригинальный дизайн, относящийся к 1970-м годам, использует сухой твердый полимерный электролит.Этот электролит напоминает пластиковую пленку, которая не проводит электричество, но обеспечивает обмен ионами (электрически заряженные атомы или группы атомов). Полимерный электролит заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом.

Конструкция из сухого полимера предлагает упрощения в отношении изготовления, прочности, безопасности и геометрии тонкого профиля. При толщине ячейки, составляющей всего один миллиметр (0,039 дюйма), разработчики оборудования остаются в своем воображении с точки зрения формы, формы и размера.

К сожалению, сухой литий-полимер страдает от плохой проводимости. Внутреннее сопротивление слишком велико и не может обеспечить текущие всплески, необходимые для питания современных устройств связи и раскрутки жестких дисков мобильного вычислительного оборудования. Нагрев элемента до 60 ° C (140 ° F) и выше увеличивает проводимость, что является неприемлемым для портативных приложений.

Для компромисса был добавлен гелеобразный электролит. В коммерческих элементах используется сепараторная / электролитная мембрана, изготовленная из того же традиционного пористого полиэтиленового или полипропиленового сепаратора, заполненного полимером, который гелеет при заполнении жидким электролитом.Таким образом, коммерческие литий-ионные полимерные элементы очень похожи по химическому составу и материалам на их жидкие электролиты.

Литий-ионный полимер не завоевал популярность так быстро, как ожидали некоторые аналитики. Его превосходство над другими системами и низкие производственные затраты не были реализованы. Никаких улучшений в увеличении емкости не достигается - фактически, емкость немного меньше, чем у стандартной литий-ионной батареи. Литий-ионный полимер находит свою рыночную нишу в тонких пластинах, таких как батареи для кредитных карт и другие подобные приложения.

Преимущества

  • Очень низкий профиль - аккумуляторы напоминают
.
Технологии литиевых батарей - Li-Ion и LiFePO4 аккумуляторные системы

Epec Engineered Technologies использует нашу опытную команду по проектированию, дизайну, качеству и производству, чтобы наши клиенты могли быть уверены в технически совершенных батареях, которые отвечают уникальным требованиям их конкретных применений. Мы специализируемся на перезаряжаемых и не перезаряжаемых литиевых элементах и ​​конструкциях аккумуляторных батарей, так как работаем с различными химическими составами литиевых элементов, чтобы предложить варианты и решения для требовательных применений по всему миру.

Lithium Battery Pack Technologies

Наши широкие производственные возможности позволяют нам изготавливать самые простые аккумуляторные батареи, изготовленные по индивидуальному заказу, со специальными схемами, разъемами и корпусами. От низкого до большого объема, мы обладаем возможностями и отраслевым опытом для удовлетворения уникальных потребностей всех OEM-производителей, поскольку наша опытная команда инженеров может проектировать, разрабатывать, тестировать и изготавливать нестандартные аккумуляторные решения для конкретных потребностей большинства применений.

Epec предлагает готовые решения на основе требований и спецификаций клиентов.Мы сотрудничаем с ведущими в отрасли производителями ячеек, чтобы предложить оптимальные решения, а также разрабатываем и интегрируем в свои аккумуляторные блоки самую сложную электронику управления и контроля.


Литий-ионный, литий-полимерный и литиевый фосфат железа

Литий обеспечивает наивысшую емкость (ампер-часы или «Ач») на единицу веса среди всех металлов, что делает его идеальным материалом для литиевого анода.Литиевые аккумуляторные системы обладают явными преимуществами по сравнению с другими аккумуляторными системами, особенно в отношении длительного срока службы, надежности и емкости.


Литиевый источник питания предлагает значительное преимущество, если:

  • Требуется высокое напряжение (т.е. от 3,0 до 3,9 В на элемент)
  • Схема перезарядки недоступна или слишком дорогая
  • Источник питания должен быть максимально легким.
  • Требуется длительный срок хранения
  • Требуется широкий температурный диапазон
  • Надежность имеет решающее значение
  • Требуется очень высокая плотность энергии
  • Экологические проблемы, такие как температура, вибрация или удары, являются особенно серьезными
  • Ваше приложение требует постоянного источника энергии в течение продолжительных периодов времени

Li-Ion и Li-Poly аккумуляторы должны всегда использоваться со схемой защиты, чтобы предотвратить перезарядку или разрядку элемента.Выбор правильной схемы и правильное ее применение жизненно важны для долговечности ваших батарей и вашей собственной безопасности.

* Важное замечание! Мы рекомендуем вам никогда не использовать литий-ионные / полимерные батареи без защитных элементов. Без защиты небольшая ошибка в их использовании может привести к разрушению аккумулятора, и у них гораздо выше риск взрыва или возгорания.


Литиевые батареи

Литиевые батареи - это одноразовые (первичные) батареи, в которых в качестве анода используются металлический литий или его соединения.В зависимости от конструкции и используемых химических соединений литиевые элементы могут создавать напряжение от 1,5 В до около 3,7 В, что вдвое превышает напряжение обычной цинко-углеродной батареи или щелочной батареи.

Primary Lithium Battery Pack for Conversion Tracking Device
Основной литиевый аккумулятор для устройства отслеживания конверсий


литий-ионные батареи

Литий-ионные батареи представляют собой тип перезаряжаемой батареи, в которой ионы лития перемещаются от отрицательного электрода (анода) к положительному электроду (катоду) во время разряда и от катода к аноду во время зарядки.Литий-ионные аккумуляторы широко распространены в портативной бытовой электронике из-за их высокого отношения энергии к весу, отсутствия эффекта памяти и медленного саморазряда, когда они не используются.

Три основных функциональных компонента литий-ионной батареи - это анод, катод и электролит, для которых могут использоваться различные материалы.

Коммерчески самым популярным материалом для анода является графит. Катод, как правило, представляет собой один из трех материалов: слоистый оксид (такой как оксид лития-кобальта), один на основе полианиона (такого как фосфат лития-железа) или шпинель (такой как оксид лития-марганца), хотя такие материалы, как TiS2 ( дисульфид титана) первоначально также использовались.

В зависимости от выбора материала для анода, катода и электролита, напряжение, емкость, срок службы и безопасность литий-ионной батареи могут существенно измениться.

Lithium-Ion Battery Pack for GPS Tracking Device
Литий-ионный аккумулятор для устройства слежения GPS


литий-полимерный (LiPo)

Литий-ионные полимерные батареи , полимерные литий-ионные или литий-полимерные батареи являются перезаряжаемыми (вторичными) батареями, как правило, состоящими из нескольких идентичных вторичных ячеек в параллельном добавлении, чтобы увеличить способность тока разряда.

Lithium Polymer Battery Pack
Литий-полимерный аккумулятор для медицинского применения


Фосфат лития-железа (LiFePO 4 )

Технология на основе фосфата

обладает превосходной термической и химической стабильностью, что обеспечивает лучшие характеристики безопасности, чем у литий-ионной технологии, изготовленной из других катодных материалов. Литий-фосфатные элементы являются негорючими в случае неправильного обращения во время зарядки или разрядки, они более стабильны в условиях перезаряда или короткого замыкания и могут выдерживать высокие температуры без разложения.Когда происходит злоупотребление, катодный материал на основе фосфата не сгорает и не подвержен тепловому разлому. Химия фосфатов также предлагает более длительную жизнь цикла.


Сравнение химического состава литий-ионных катодов (используется с углеродными анодами)

Материал катода Типичное напряжение (В) Плотность энергии Термостойкость
Гравиметрический (Wh / Kg) Объемный (Wh / L)
Оксид кобальта 3.7 195 560 Плохо
никель-кобальт-оксид алюминия (NCA) 3,6 220 600 Ярмарка
Оксид марганца, никеля, кобальта (NCM) 3.6 205 580 Ярмарка
Оксид марганца (шпинель) 3,9 150 420 Хорошо
Фосфат железа (LFP) 3.2 90-130 333 Очень хорошо

Поставщик решений по хранению энергии

Мы производим самые современные продукты, объединяя точное проектирование с обширным опытом применения, чтобы помочь клиентам интегрировать решения по накоплению энергии в свои продукты.Epec Engineered Technologies обладает проверенными технологиями и опытом интеграции, чтобы превратить ваши приложения от концепции до коммерциализации.

Чтобы узнать больше, посмотрите наш пост в блоге о литиевом аккумуляторе.

×

Ebook Download

Плюсы и минусы никель-литиевых батарей

5 вещей, которые нужно знать при выборе клеточной химии

Скачать свою копию
,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о