Какие бывают типы литиевых батарей. Как устроены литий-ионные аккумуляторы. Где применяются литиевые элементы питания. Почему взрываются литиевые батареи. Как правильно эксплуатировать Li-ion аккумуляторы.
Типы и устройство литиевых батарей
Литиевые батареи бывают нескольких основных типов:
- Литий-ионные (Li-ion)
- Литий-полимерные (Li-pol)
- Литий-железо-фосфатные (LiFePO4)
- Литий-тионилхлоридные (Li-SOCl2)
Самыми распространенными являются литий-ионные аккумуляторы. Они состоят из следующих основных компонентов:
- Анод — обычно графит
- Катод — оксиды металлов с внедренными ионами лития
- Электролит — проводник ионов лития между электродами
- Сепаратор — пористая полимерная мембрана, разделяющая электроды
При зарядке ионы лития движутся от катода к аноду, при разрядке — в обратном направлении. Это обеспечивает высокую плотность энергии и большое количество циклов заряда-разряда.
Форм-факторы литиевых элементов
Литиевые элементы питания выпускаются в нескольких форм-факторах:
Цилиндрические
Имеют форму цилиндра. Наиболее распространены типоразмеры 18650, 21700. Используются в портативной электронике, электроинструментах, электронных сигаретах.
Призматические
Имеют прямоугольную форму. Применяются в смартфонах, планшетах, ноутбуках. Позволяют эффективно использовать внутреннее пространство устройств.
Ламинированные (пакетные)
Плоские и гибкие элементы в алюминиевой оболочке. Используются в тонких устройствах — смартфонах, умных часах. Обеспечивают высокую емкость при минимальной толщине.
Области применения литиевых батарей
Литиевые элементы питания нашли широкое применение в различных сферах:
- Портативная электроника — смартфоны, ноутбуки, планшеты, камеры
- Электротранспорт — электромобили, электровелосипеды, электросамокаты
- Электроинструмент — дрели, шуруповерты, пилы
- Системы автономного и резервного питания
- Медицинское оборудование
- Космическая и военная техника
Популярность литиевых батарей обусловлена их преимуществами:
- Высокая плотность энергии
- Большое количество циклов заряда-разряда
- Низкий саморазряд
- Отсутствие эффекта памяти
- Широкий диапазон рабочих температур
Причины взрывов литиевых аккумуляторов
Несмотря на высокую безопасность современных литий-ионных батарей, в редких случаях возможны их возгорания и взрывы. Основные причины:
Короткое замыкание внутри элемента
Может произойти из-за:
- Механического повреждения батареи
- Производственного брака (попадание металлических частиц между электродами)
- Образования дендритов лития, пробивающих сепаратор
Перегрев батареи
Приводит к разложению электролита и бурной химической реакции. Возможные причины перегрева:
- Превышение допустимого тока заряда или разряда
- Использование неисправного зарядного устройства
- Воздействие высокой внешней температуры
Чрезмерный заряд или разряд
Выход за пределы допустимого диапазона напряжений вызывает необратимые изменения в структуре электродов. Это может привести к внутреннему короткому замыканию.
Правила безопасной эксплуатации литиевых аккумуляторов
Чтобы избежать опасных ситуаций при использовании литий-ионных батарей, следует соблюдать ряд правил:
- Использовать только оригинальные или сертифицированные зарядные устройства
- Не допускать механических повреждений аккумулятора
- Избегать воздействия высоких температур
- Не превышать максимально допустимый ток заряда и разряда
- Не разбирать и не модифицировать аккумулятор
- При появлении вздутия или других признаков неисправности немедленно прекратить использование
Соблюдение этих простых правил позволит безопасно и эффективно использовать литиевые батареи в различных устройствах.
Перспективы развития литиевых аккумуляторов
Технологии литиевых батарей продолжают активно развиваться. Основные направления исследований:
- Увеличение удельной емкости
- Повышение безопасности
- Сокращение времени заряда
- Увеличение срока службы
- Снижение стоимости производства
Перспективными разработками являются:
- Твердотельные литиевые аккумуляторы
- Литий-серные батареи
- Литий-воздушные элементы
Эти технологии позволят значительно увеличить запас хода электромобилей, время автономной работы портативных устройств и эффективность систем накопления энергии.
Утилизация литиевых батарей
Отработавшие литиевые аккумуляторы требуют правильной утилизации:
- Нельзя выбрасывать в обычный мусор — это опасно для окружающей среды
- Необходимо сдавать в специализированные пункты приема
- Многие магазины электроники принимают старые батареи на переработку
- Из литиевых аккумуляторов извлекают ценные металлы для повторного использования
Правильная утилизация позволяет снизить негативное воздействие на экологию и сохранить ресурсы для производства новых батарей.
Литиевый элемент питания — Википедия
Не следует путать с литий-ионным аккумулятором.
Литиевый элемент — одноразовый (неперезаряжаемый) гальванический элемент, в котором в качестве анода используется литий или его соединения. Катод и электролит литиевого элемента может быть разных видов, поэтому термин «литиевый элемент» объединяет группу элементов с одинаковым материалом анода.
Литиевый (Li/FeS2) гальванический элемент формфактора АА, 1,5 В[1]
Литий-железо-дисульфидные (Li/FeS2) гальванические элементы формфактора АА, 1,5 В
Литиевые гальванические элементы формфактора CR123A, 3 В
Миниатюрный литиевый гальванический элемент ДМЛ-120 (МЛ2325, аналог CR2325)
Устройство миниатюрного литиевого элемента CR2032
В зависимости от выбранного типоразмера и используемых химических материалов, литиевый элемент питания может производить напряжение 1,5 В (совместим с щелочными элементами) или 3 В.
Литиевые элементы питания широко распространены в современной портативной электронной технике.
Содержание
- 1 История
- 2 Достоинства
- 3 Химические процессы
- 3.1 Тионилхлоридный катод
- 4 Применение
- 4.1 Типоразмеры
- 5 См. также
- 6 Примечания
Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного или нескольких участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел. |
К достоинствам литиевых элементов можно отнести[2]:
- меньшую, чем у серебра и ртути, дефицитность;
- возможность выполнения особо плоских элементов (толщиной 1-1,5 мм), позволяющих производить особо плоские устройства, такие как наручные часы;
- возможность получения различных рабочих напряжений (1,5: 2,8; 3 и 3,5 В), что невозможно реализовать в других видах гальванических элементов;
- исключительно малые токи саморазряда и высокая степень герметичности, что позволяет хранить литиевые элементы до начала эксплуатации 5-7 лет без нарушения герметичности;
- возможность хранения и работы в широком диапазоне отрицательных и положительных температур.
Химические процессыПравить
| Тип | Катод | Электролит | Номинальное напряжение | ЭДС холостого хода | Вт*ч/кг | Вт*ч/л |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Li-MnO2 «CR» | диоксид марганца | Перхлорат лития в растворителе (пропиленкарбонат, диметоксиэтан)[3][4][5] | 3 В | 3,3 В | 280 | 580 |
| Li-(CF)x «BR» | Фторид углерода | Тетрафторборат лития в пропиленкарбонате, диметоксиэтане, гамма-бутиролактоне | 3 В | 3,1 В | 360-500 | 1000 |
| Li-FeS2 «FR» | пропиленкарбонат, диоксолан, диметоксиэтан | 1,4-1,6 В | 1,8 В | |||
| Li-SOCl2 «E» | Тионилхлорид | Тетрахлоралюминат лития в тионилхлориде | 3,5 В | 3,65 В | 500-700 | 1200 |
| Li-SO2Cl2 | Сульфурилхлорид | 3,7 В | 3,95 В | 330 | 720 | |
| Li-SO2 | Диоксид серы | Бромид лития | 2,85 В | 3,0 В | 250 | 400 |
| Li-I2 | Иод | Иодид лития[6] | 2,8 В | 3,1 В | ||
| Li-Ag2CrO4 | Хромат серебра | Перхлорат лития | 3,1-2,6 В | 3,45 В | ||
| Li-Ag2V4O11, Li-SVO, Li-CSVO | Оксид серебра+Оксид ванадия | Гексафторфосфат лития или гексафтороарсенат лития в пропиленкарбонате с диметоксиэтаном | ||||
| Li-CuO «GR» | Окись меди | Перхлорат лития в диоксолане | 1,5 В | 2,4 В | ||
| Li-Cu4O(PO4)2 | Copper oxyphosphate | |||||
| Li-CuS | Сульфид меди | 1,5 В | ||||
| Li-PbCuS | Сульфид свинца и сульфид меди | 1,5 В | 2,2 В | |||
| Li-FeS | Сульфид железа | Пропиленкарбонат, диоксолан, диметоксиэтан | 1,5-1,2 В | |||
| Li-Bi2Pb2O5 | Lead bismuthate | 1,5 В | 1,8 В | |||
| Li-Bi2O3 | Оксид висмута | 1,5 В | 2,04 В | |||
| Li-V2O5 | Оксид ванадия | 3,3/2,4 В | 3,4 В | 120/260 | 300/660 | |
| Li-CuCl2 | Хлорид меди | LiAlCl4 или LiGaCl4 в SO2. | ||||
| Li/Al-MnO2, «ML» | Оксид марганца | 3 В[7] | ||||
| Li/Al-V2O5, «VL» | Оксид ванадия | 3 В[8] | ||||
| Li-Se | Селен | 1,9 В[9] | ||||
| Li-air | Углерод | 1800-660[10] | 1600-600[10] | |||
| Li-FePO4 | Феррофосфат лития | Этиленкарбонат, диметилкарбонат, перхлорат лития | 3,0-3,2 В | 3,2 В | 90-160[11][12] | 325[12] |
Тионилхлоридный катодПравить
В качестве положительного электрода в т. н. литийтионилхлоридных батарейках применяется тионилхлорид. Химический процесс в батарее:
- 4Li+2SOCl2→4LiCl+S+SO2{\displaystyle {\mathsf {4Li+2SOCl_{2}\rightarrow 4LiCl+S+SO_{2}}}}
Напряжение новой батареи 3.
65 В, окончание разряда 3.0 В. Характеристика разряда плоская с резким падением напряжения в конце ёмкости.
Эти батарейки отличаются высокой плотностью энергии (0.5 кВт*ч/кг, 1.2 кВт*ч/л), длительными сроками работы (свыше 20 лет, саморазряд ~1 %/год) и широким температурным диапазоном (до −80..+130 °C).[13] Однако их применение ограничено профессиональными применениями в связи с токсичностью содержимого и риском взрывного разрушения при коротком замыкании.
Батареи этого типа обладают склонностью к пассивации — осаждению плёнки хлорида лития на литиевом электроде при длительном отсутствии нагрузки или малых токах потребления. При этом внутреннее сопротивление батареи значительно растет. При нагружении батарея через некоторое время восстанавливает характеристики.[14]
Литиевые элементы нашли применение в устройствах, предъявляющих высокие требования к элементам питания на протяжении длительного срока службы, таким как электрокардиостимулятор и другие имплантируемые медицинские устройства.
Такие устройства могут работать автономно до 15 лет. Применение литиевых элементов в устройствах с небольшим сроком службы не всегда оправдано. Так, литиевый элемент может прослужить дольше, чем детская игрушка, для которой он был приобретен.
Диапазон применения литиевых элементов практически аналогичен применению щелочных элементов — это большое количество различных устройств, таких как часы или фотокамера.
ТипоразмерыПравить
Основная статья: Типоразмеры гальванических элементов
Небольшие («таблеточные») литиевые элементы часто используются в портативных электронных устройствах с малым энергопотреблением (часы, калькуляторы), а также в компьютерах для питания энергозависимой памяти CMOS и часов.
- CR-V3
- ↑ Energizer EA91 (Lithium/Iron Disulfide (Li/FeS2)) Архивная копия от 12 июля 2019 на Wayback Machine, официальное описание производителя.
- ↑ Варламов Р. Г. Современные источники питания. Справочник. М.: ДМК, 1998. — 192 с. ISBN 5-89818-010-9
- ↑ Duracell Duracell Primary Lithium Coin Cell Article Information Sheet (неопр.) (1 июля 2015). Дата обращения: 2 января 2018. Архивировано из оригинала 3 января 2018 года.
- ↑ Energizer Energizer Product Safety Data Sheet, Coin/Button Lithium Manganese Dioxide Batteries (неопр.) (1 января 2017). Дата обращения: 2 января 2018. Архивировано из оригинала 8 сентября 2017 года.
- ↑ DongGuan TianQiu Enterprise Co., Ltd Material Safety Data Sheet, Li-Mn Button Cell CR2025 (неопр.) (1 января 2016). Дата обращения: 2 января 2018. Архивировано из оригинала 3 января 2018 года.
- ↑ Mallela, V. S.; Ilankumaran, V.; Rao, N. S. (2004). “Trends in cardiac pacemaker batteries”. Indian Pacing and Electrophysiology Journal. 4 (4): 201—212. PMC 1502062. PMID 16943934.
- ↑ Electronic Components — Panasonic Industrial Devices (неопр.). www.panasonic.com. Архивировано из оригинала 13 ноября 2013 года.
- ↑ Electronic Components — Panasonic Industrial Devices (неопр.). www.panasonic.com. Архивировано из оригинала 25 ноября 2013 года.
- ↑ Eftekhari, Ali (2017). “The rise of lithium–selenium batteries”. Sustainable Energy & Fuels. 1: 14—29. DOI:10.1039/C6SE00094K.
- ↑ 1 2 Christensen, J.; Albertus, P.; Sanchez-Carrera, R. S.; Lohmann, T.; Kozinsky, B.; Liedtke, R.; Ahmed, J.; Kojic, A. (2012). “A Critical Review of Li∕Air Batteries”. Journal of the Electrochemical Society. 159 (2): R1. DOI:10.1149/2.086202jes.
- ↑ Large-Format, Lithium Iron Phosphate (неопр. ). JCWinnie.biz (23 февраля 2008). Дата обращения: 24 апреля 2012. Архивировано из оригинала 18 ноября 2008 года.
- ↑ 1 2 Great Power Group, Square lithium-ion battery (неопр.). Дата обращения: 31 декабря 2019. Архивировано 3 августа 2020 года.
- ↑ All About Batteries, Part 7: Lithium Thionyl Chloride (неопр.). Дата обращения: 1 октября 2020. Архивировано 1 сентября 2017 года.
- ↑ Особенности работы литий-тионилхлоридных батарей (неопр.). Дата обращения: 1 октября 2020. Архивировано из оригинала 22 июля 2019 года.
ISBN 5-89818-010-9
4 (4): 201—212. PMC 1502062. PMID 16943934.
). JCWinnie.biz (23 февраля 2008). Дата обращения: 24 апреля 2012. Архивировано из оригинала 18 ноября 2008 года.Почему взрываются литий ионные аккумуляторы? Все про Li-ion (литиевые аккумуляторы)
Вероятность взрыва литиевого аккумулятора при использовании правильной BMS (платы управления АКБ) штатного зарядного устройства, отсутствии давления на элементы саму аккумуляторную батарею, должной герметизации и изоляции, минимальна или отсутствует вовсе.
Ушли прошлое времена, когда аккумуляторы производились преимущественным содержанием кадмия и имели низкий уровень взрывобезопасности. Почему же, вопреки максимальной безопасности современных АКБ, иногда происходят взрывы Li-Ion аккумуляторов?
Такие батареи включают в себя анод и катод. Их разделяет пористый сепаратор из полимера. В аноде зачастую применяется графит, катоде в роли активного вещества выступают оксиды переходных металлов интегрированными ионами лития. Электрохимическая ячейка заполняется электролитом. При начальной зарядке, выполняемой производителем, на аноде формируется защитный слой. Он состоит из разложившегося электролита и оберегает электроды от контакта с электролитом. Наиболее распространенной причиной взрыва литиевого аккумулятора считается короткое замыкание в электрохимической ячейке.
Почему взрываются литий ионные аккумуляторы?
Вызвать электрическое взаимодействие катода с анодом способны разные факторы, к примеру:
- Физическое повреждение ячейки.
- Нарушение производственной технологии – попадание частиц металла между катодом и анодом, дефектная нарезка электродов (в результате повреждается пористый сепаратор).
- «Прорастание» через сепаратор дендритов лития. Происходит из-за низких температур и чрезмерно быстрой зарядки – когда ионы лития не успевают занять свои места в кристалле анода. Также может происходить из-за существенной разницы между емкостями анода и активного вещества катода.
Короткое замыкание приводит к нагреву аккумулятора, разложению ион-проводящего слоя на аноде (при 70–90 °С), реакции лития с электролитом, выделению летучих углеводородов. При нагреве до 180–200 °С материал катода вступает в реакцию диспропорционирования, выделяется кислород и начинается самовозгорание со стремительным ростом температуры. Далее взаимодействовать с электролитом начинает графит, а при нагреве до 660 °C расплавляется алюминиевый токоприемник.
Другие причины взрыва литий ионного аккумулятора
Кроме короткого замыкания в электрохимической ячейке, к самовозгоранию и взрыву литиевой аккумуляторной батареи способны привести:
- перегрев АКБ;
- зарядка на повышенных токах;
- превышение предельного значения напряжения;
- чрезмерно глубокая разрядка.
Все эти факторы провоцируют тепловой разгон и разложение электролита в процессе его реакции с электродами. Большинство современных производителей литий-ионных АКБ максимально снизили их взрывоопасность, используя многоступенчатые системы защиты. В этих целях успешно применяются предохранители, контроллеры, клапаны, изоляционные материалы, балансиры заряда, сенсоры.
Чтобы оградить себя от неприятных сюрпризов, приобретайте АКБ надежных производителей и соблюдайте правила эксплуатации. Прежде всего:
- не допускайте тепловых и механических воздействий на батарею;
- не подвергайте ее деформации, прокалыванию и другим воздействиям;
- не разбирайте;
- не используйте вздувшийся или потекший аккумулятор, отсоедините его от источника потребления и будьте осторожны, чтобы не закоротить контакты АКБ;
- используйте только оригинальные зарядные устройства.
Подробнее о том, как правильно пользоваться Li-Ion аккумулятором, читайте здесь.
Samsung 35E 18650 индийских рупий | Соединение батареи
Описание
Незащищенная батарея с плоским верхом 18650
Samsung 35E — это перезаряжаемый литий-ионный аккумулятор, в котором используется химический состав INR (литий-никель-марганец), и он является одним из самых емких аккумуляторов 18650, доступных на рынке. Благодаря емкости 3500 мАч и более 500 циклам зарядки 35E — отличное решение для длительного использования.
В качестве защищенного элемента с максимальной скоростью непрерывного разряда 8 А и клеммами с плоским верхом эта батарея идеально подходит для OEM-аккумуляторов для портативной электроники со средним и высоким энергопотреблением.
Перезаряжаемые и многоразовые
Инвестируйте в перезаряжаемую батарею, которая прослужит долгие годы — эту батарею можно заряжать более 500 раз.
Высокая скорость разряда
Максимальная непрерывная скорость разряда 8 А для электроники с высоким энергопотреблением, отлично подходит для изготовления аккумуляторов для устройств, требующих минимальной скорости разряда.Срок годности 3 года
Запасайтесь и храните запасные батареи с уверенностью — литий-ионные батареи имеют срок годности более 3 лет, что гарантирует, что у вас всегда будет свежая замена, когда она вам понадобится.Отличительные особенности
» Очень большая емкость 3500 мАч обеспечивает длительную работу всех ваших устройств
» Плоская верхняя клемма идеально подходит для использования при изготовлении аккумуляторных батарей OEM
Обратите внимание, что эти аккумуляторы имеют плоские клеммы и могут быть несовместимы с некоторыми устройствами.
Технические характеристики
6V
73″ / 18,55 мм
Перед использованием убедитесь, что пользователь имеет соответствующие знания о зарядке, разрядке и сборке литий-ионных аккумуляторов. Всегда заряжайте в/на огнеупорной поверхности. Никогда не оставляйте заряжающиеся аккумуляторы без присмотра. Мы не несем ответственности за ущерб в случае внесения каких-либо изменений в аккумуляторы/зарядные устройства любой формы или формы (включая, помимо прочего, изготовление упаковки). Мы не несем ответственности за любой ущерб, вызванный неправильным использованием или неправильным обращением с литий-ионными аккумуляторами и зарядными устройствами.
) x 0,75 дюйма (диаметр)
В литиевых батареях используются три типа элементов: цилиндрические, призматические и карманные. Для целей этого блога все элементы литий-железо-фосфатные (LiFePO4) и 3,2 вольта (V).
Точно так же энергетический элемент предназначен для доставки высокой энергии. Но что именно это означает и чем отличаются литиевые силовые элементы от энергетических элементов?
Например, в электроинструменте пользователь ожидает, что инструмент будет работать в общей сложности около часа до зарядки, но пользователь скутера не будет счастлив, если его скутер выйдет из строя после одного часа использования.
Научитесь соединять аккумуляторы последовательно или параллельно.
