Li ion punjive baterije. Litijum-jonske (Li-ion) baterije i baterije. Mjerenje kapaciteta baterije bez mjernih instrumenata

Litijum-jonske (Li-ion) baterije se najčešće koriste u mobilnim uređajima (laptopovi, mobilni telefoni, PDA i drugi). To je zbog njihovih prednosti u odnosu na prethodno široko korištene nikl-metal hidridne (Ni-MH) i nikl-kadmijum (Ni-Cd) baterije.

Li-ion baterije imaju mnogo bolje parametre.
Primarne ćelije („baterije“) sa litijumskom anodom pojavile su se početkom 70-ih godina 20. veka i brzo su našle primenu zbog svoje visoke specifične energije i drugih prednosti. Tako je ostvarena dugogodišnja želja za stvaranjem kemijskog izvora struje s najaktivnijim redukcijskim sredstvom - alkalnim metalom, što je omogućilo naglo povećanje i radnog napona baterije i njene specifične energije. Ako je razvoj primarnih ćelija s litijumskom anodom okrunjen relativno brzim uspjehom i takve ćelije su čvrsto zauzele svoje mjesto kao izvor energije za prijenosnu opremu, onda je stvaranje litijumskih baterija naišlo na fundamentalne poteškoće, za čije je prevladavanje trebalo više od 20 godina.

Nakon mnogo testiranja tokom 1980-ih, pokazalo se da se problem litijumskih baterija vrti oko litijumskih elektroda. Tačnije, oko aktivnosti litijuma: procesi koji su se desili tokom rada, na kraju su doveli do burne reakcije, nazvane "ventilacija sa oslobađanjem plamena". Godine 1991. proizvođačima je povučen veliki broj litijumskih baterija, koje su prvi put korištene kao izvor napajanja za mobilne telefone. Razlog je taj što je tokom razgovora, kada je potrošena struja maksimalna, iz baterije izbio plamen koji je opekao lice korisnika mobilnog telefona.

Zbog inherentne nestabilnosti metala litijuma, posebno tokom procesa punjenja, istraživanja su se pomjerila na područje stvaranja baterije bez upotrebe Li, već korištenjem njegovih jona. Iako litijum-jonske baterije pružaju nešto nižu gustoću energije od litijumskih baterija, litijum-jonske baterije su ipak sigurne kada obezbeđuju ispravne modove punjenje i pražnjenje.

Hemijski procesi Li-ion baterija.

Revoluciju u razvoju punjivih litijumskih baterija napravila je najava da su u Japanu razvijene baterije sa negativnom elektrodom od ugljeničnih materijala. Ispostavilo se da je ugljenik vrlo zgodna matrica za interkalaciju litijuma.
Da bi napon baterije bio dovoljno velik, japanski istraživači su koristili kobalt okside kao aktivni materijal pozitivne elektrode. Literirani kobalt oksid ima potencijal od oko 4 V u odnosu na litijumsku elektrodu, tako da radni napon Li-ion baterije ima karakterističnu vrijednost od 3 V i više.

Kada se litijum-jonska baterija isprazni, litijum se deinterkalira iz ugljičnog materijala (na negativnoj elektrodi), a litijum se interkalira u oksid (na pozitivnoj elektrodi). Kada se baterija puni, procesi idu u suprotnom smjeru. Posljedično, u cijelom sistemu nema metalnog (nultovalentnog) litijuma, a procesi pražnjenja i punjenja se svode na prijenos litijum jona s jedne elektrode na drugu. Stoga se takve baterije nazivaju "litijum-jonskim" ili baterijama tipa ljuljačke.

Procesi na negativnoj elektrodi Li-ion baterije.

U svim Li-ion baterijama koje su dovedene u prodaju, negativna elektroda je napravljena od karbonskih materijala. Interkalacija litijuma u ugljične materijale je složen proces, čiji mehanizam i kinetika u velikoj mjeri zavise od prirode ugljičnog materijala i prirode elektrolita.

Ugljična matrica koja se koristi kao anoda može imati uređenu slojevitu strukturu, kao kod prirodnog ili sintetičkog grafita, neuređenu amorfnu ili djelomično uređenu (koks, pirolizni ili mezofazni ugljik, čađ, itd.). Litijevi joni, kada se uvedu, pomiču slojeve karbonske matrice i nalaze se između njih, formirajući interkalate različitih struktura. Specifična zapremina ugljičnih materijala u procesu interkalacije-deinterkalacije litijum jona se neznatno menja.
Osim karbonskih materijala kao matrice negativne elektrode, proučavaju se strukture na bazi kositra, srebra i njihovih legura, kalajnih sulfida, kobalt fosforida, ugljičnih kompozita sa silicijumskim nanočesticama.

Procesi na pozitivnoj elektrodi Li-ion baterije.

Dok primarne litijumske ćelije koriste različite aktivne materijale za pozitivnu elektrodu, u litijumskim baterijama izbor materijala pozitivne elektrode je ograničen. Pozitivne elektrode litijum-jonskih baterija izrađene su isključivo od litijum-oksida kobalta ili nikla i od litijum-manganskih spinela.

Trenutno se materijali na bazi miješanih oksida ili fosfata sve više koriste kao katodni materijali. Pokazano je da s mješovitim oksidnim katodama, najbolje performanse baterija. Savladavaju se i tehnologije za premazivanje površine katoda fino dispergovanim oksidima.

Konstrukcija Li-ion baterija

Strukturno, Li-ion baterije, poput alkalnih (Ni-Cd, Ni-MH), proizvode se u cilindričnoj i prizmatičnoj verziji. U cilindričnim baterijama, namotani paket elektroda i separatora smješten je u čelično ili aluminijsko kućište, na koje je spojena negativna elektroda. Pozitivni pol baterije se izvodi kroz izolator do poklopca (slika 1). Prizmatične baterije se prave slaganjem pravougaonih ploča jedna na drugu. Prizmatične baterije osiguravaju čvršće pakiranje u bateriji, ali teže od cilindričnih baterija održavaju tlačne sile na elektrodama. U nekim prizmatičnim akumulatorima koristi se valjani sklop paketa elektroda koji je uvijen u eliptičnu spiralu (slika 2). Ovo vam omogućava da kombinirate prednosti dvije gore opisane modifikacije dizajna.

Sl.1 Uređaj cilindrične Li-Ion baterije.

Fig.2. Uređaj prizmatične litijum-jonske (Li-ion) baterije sa valjanim uvrtanjem elektroda.

Neke dizajnerske mjere se obično poduzimaju kako bi se spriječilo brzo zagrijavanje i osigurao siguran rad Li-ion baterija. Ispod poklopca baterije nalazi se uređaj koji na pozitivni temperaturni koeficijent reagira povećanjem otpora, a drugi koji prekida električnu vezu između katode i pozitivnog terminala kada tlak plina unutar baterije poraste iznad dozvoljene granice.

Da bi se poboljšala sigurnost Li-ion baterija, baterija mora koristiti i eksternu elektronsku zaštitu, čija je svrha sprječavanje mogućnosti prepunjavanja i prepunjavanja svake baterije, kratkog spoja i prekomjernog zagrijavanja.
Većina Li-ion baterija se izrađuje u prizmatičnim verzijama, jer je glavna svrha Li-ion baterija da osiguraju rad mobilnih telefona i laptopa. Dizajn prizmatičnih baterija po pravilu nije unificiran, a većina proizvođača mobilnih telefona, laptopa i sl. ne dozvoljava korištenje baterija drugih proizvođača u uređajima.

Karakteristike Li-ion baterija.

Moderne Li-ion baterije imaju visoke specifične karakteristike: 100-180 Wh/kg i 250-400 Wh/l. Radni napon - 3,5-3,7 V.
Ako su prije nekoliko godina programeri smatrali da dostižni kapacitet Li-ion baterija nije veći od nekoliko amper-sati, sada je većina razloga koji ograničavaju povećanje kapaciteta prevladana i mnogi proizvođači su počeli proizvoditi baterije kapaciteta od stotina amper-sati.
Moderne male baterije su efikasne pri strujama pražnjenja do 2 C, moćne - do 10-20 C. Raspon radne temperature: od -20 do +60 °C. Međutim, mnogi proizvođači su već razvili baterije koje mogu raditi na -40 °C. Moguće je proširiti temperaturni raspon na više temperature.
Samopražnjenje Li-ion baterija je 4-6% za prvi mjesec, zatim je znatno manje: za 12 mjeseci baterije izgube 10-20% svog pohranjenog kapaciteta. Gubitak kapaciteta Li-ion baterija je nekoliko puta manji nego kod nikl-kadmijum baterija, i na 20 °C i na 40 °C. Resurs-500-1000 ciklusa.

Punjenje Li-ion baterija.

Li-ion baterije se pune kombinovani režim: prvo na konstantnoj struji (u rasponu od 0,2 C do 1 C) do napona od 4,1-4,2 V (u zavisnosti od preporuka proizvođača), zatim pri konstantnom naponu. Prva faza punjenja može trajati oko 40 minuta, druga faza duže. Brže punjenje može se postići pulsnim načinom rada.
U početnom periodu, kada su se pojavile samo Li-ion baterije koje koriste grafitni sistem, bilo je potrebno ograničiti napon punjenja brzinom od 4,1 V po ćeliji. Iako korištenje više visokog napona omogućava vam da povećate gustinu energije, oksidativne reakcije, koji se dogodio u ćelijama ovog tipa pri naponima koji prelaze prag od 4,1 V, doveo je do smanjenja njihovog radnog vijeka. Vremenom je ovaj nedostatak eliminisan upotrebom hemijskih aditiva, pa se sada Li-jonske ćelije mogu puniti do napona od 4,20 V. Tolerancija napona je samo oko ± 0,05 V po ćeliji.
Li-ion baterije za industrijsku i vojnu upotrebu trebale bi imati duži vijek trajanja od baterija za komercijalnu upotrebu. Prema tome, za njih je granični napon kraja punjenja 3,90 V po ćeliji. Iako je gustoća energije (kWh/kg) takvih baterija niža, produljen vijek trajanja na male veličine, mala težina i veća gustoća energije u poređenju sa drugim tipovima baterija stavljaju Li-ion baterije van konkurencije.
Prilikom punjenja Li-ion baterija strujom od 1C, vrijeme punjenja je 2-3 sata.Li-ion baterija dostiže stanje punog napunjenosti kada napon na njoj postane jednak naponu prekida, a struja se značajno smanjuje i iznosi približno 3% početne struje punjenja (slika 3).

Fig.3. Napon i struja u odnosu na vrijeme pri punjenju litijum-jonske (Li-ion) baterije

Ako slika 3 prikazuje tipičan grafikon punjenja za jedan od tipova Li-ion baterija, onda slika 4 jasnije prikazuje proces punjenja. S povećanjem struje punjenja Li-ion baterije, vrijeme punjenja se značajno ne smanjuje. Iako napon baterije raste brže sa većom strujom punjenja, faza punjenja nakon završetka prve faze ciklusa punjenja traje duže.
Nekim tipovima punjača je potrebno 1 sat ili manje za punjenje litijum-jonske baterije. Kod ovakvih punjača faza 2 je izostavljena i baterija ulazi u stanje spremnosti odmah nakon završetka faze 1. U ovom trenutku Li-ion baterija će biti napunjena približno 70% i nakon toga je moguće dodatno punjenje.

Fig.4. Ovisnost napona i struje o vremenu pri punjenju Li-ion baterije.

FAZA 1 – Maksimalna dozvoljena struja punjenja teče kroz bateriju sve dok napon na njoj ne dostigne graničnu vrijednost.
FAZA 2 - Maksimalni napon baterija je dostignuta, struja punjenja se postepeno smanjuje dok se potpuno ne napuni. Trenutak završetka punjenja nastaje kada vrijednost struje punjenja padne na vrijednost od 3% početne vrijednosti.
KORAK 3 - Periodično punjenje tokom skladištenja baterije, otprilike svakih 500 sati skladištenja.

Faza punjenja za Li-ion baterije nije primjenjiva zbog činjenice da ne mogu apsorbirati energiju kada su prenapunjene. Štaviše, punjenje može uzrokovati litijumsko prevlačenje, što bateriju čini nestabilnom. Naprotiv, kratko DC punjenje je u stanju da nadoknadi malo samopražnjenje Li-ion baterije i nadoknadi gubitke energije uzrokovane radom njenog zaštitnog uređaja. U zavisnosti od tipa punjača i stepena samopražnjenja Li-ion baterije, takvo punjenje se može vršiti svakih 500 sati, odnosno 20 dana. Obično to treba učiniti kada napon otvorenog kola padne na 4,05 V/ćeliju i zaustaviti se kada dostigne 4,20 V/ćeliji.
Dakle, Li-ion baterije imaju nisku otpornost na prekomjerno punjenje. Na negativnoj elektrodi na površini ugljične matrice, uz značajno prekomjerno punjenje, postaje moguće taložiti metalni litij (u obliku fino usitnjenog mahovinastog sedimenta), koji ima visoku reaktivnost na elektrolit, a aktivna evolucija kisika počinje u katoda. Postoji opasnost od toplotnog bijega, povećanja pritiska i smanjenja pritiska. Stoga se Li-ion baterije mogu puniti samo do napona koji preporučuje proizvođač. Sa povećanim naponom punjenja, vijek trajanja baterije se smanjuje.
Bezbedan rad Li-ion baterija mora se ozbiljno razmotriti. Komercijalne Li-ion baterije imaju posebne zaštitne uređaje koji sprečavaju da napon punjenja pređe određenu graničnu vrijednost. Dodatni element zaštita osigurava da se punjenje završi ako temperatura baterije dostigne 90 °C. Najnaprednije baterije imaju još jedan zaštitni element - mehanički prekidač, koji se pokreće povećanjem unutrašnjeg pritiska baterije. Ugrađeni sistem za kontrolu napona je konfigurisan za dva granična napona - visoki i niski.
Postoje izuzeci - Li-ion baterije, u kojima uopće nema zaštitnih uređaja. To su baterije koje sadrže mangan. Zbog njegovog prisustva, tokom punjenja, reakcije metalizacije anode i evolucija kiseonika na katodi se odvijaju tako sporo da je postalo moguće odustati od upotrebe zaštitnih uređaja.

Sigurnost Li-ion baterija.

Sve litijumske baterije karakteriše prilično dobra sigurnost. Gubitak kapaciteta zbog samopražnjenja 5-10% godišnje.
Navedene indikatore treba posmatrati kao neke nominalne referentne tačke. Za svaku pojedinu bateriju, na primjer, napon pražnjenja ovisi o struji pražnjenja, nivou pražnjenja, temperaturi; resurs zavisi od načina (struja) pražnjenja i punjenja, temperature, dubine pražnjenja; opseg radnih temperatura zavisi od nivoa iscrpljenosti resursa, dozvoljenih radnih napona itd.
Nedostaci Li-ion baterija uključuju osjetljivost na prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje, zbog toga moraju imati limitatore punjenja i pražnjenja.
Tipičan prikaz karakteristika pražnjenja Li-ion baterija je prikazan na sl. 5 i 6. Iz slika se vidi da povećanjem struje pražnjenja kapacitet pražnjenja baterije neznatno opada, ali se radni napon smanjuje. Isti efekat se javlja i pri pražnjenju na temperaturama ispod 10 °C. Osim toga, pri niskim temperaturama dolazi do početnog pada napona.

Sl.5. Karakteristike pražnjenja Li-ion baterije pri različitim strujama.

Fig.6. Karakteristike pražnjenja Li-ion baterije na različitim temperaturama.

Što se tiče rada Li-ion baterija općenito, onda, s obzirom na sve konstruktivne i hemijske metode zaštita baterija od pregrijavanja i već uhodana ideja o potrebi eksterne elektronske zaštite baterija od prekomjernog punjenja i prekomjernog pražnjenja, problem sigurnog rada Li-ion baterija možemo smatrati riješenim. A novi katodni materijali često pružaju još veću termičku stabilnost za Li-ion baterije.

Sigurnost Li-ion baterija.

U razvoju litijumskih i litijum-jonskih baterija, kao iu razvoju primarnih litijumskih ćelija, posebna pažnja posvećena je bezbednosti skladištenja i upotrebe. Sve baterije su zaštićene od unutrašnjih kratkih spojeva (iu nekim slučajevima - od vanjskih kratkih spojeva). Efikasan način Takva zaštita je korištenje dvoslojnog separatora, čiji jedan sloj nije izrađen od polipropilena, već od materijala sličnog polietilenu. U slučaju kratkog spoja (na primjer, zbog rasta litij dendrita na pozitivnu elektrodu), zbog lokalnog zagrijavanja, ovaj sloj separatora se topi i postaje nepropustan, čime se sprječava daljnji rast dendrita.

Uređaji za zaštitu Li-ion baterija.

Komercijalne Li-ion baterije imaju najnapredniju zaštitu od svih tipova baterija. U pravilu se u zaštitnom krugu Li-ion baterija koristi tranzistorski ključ s efektom polja, koji se, kada se na baterijskoj ćeliji dostigne napon od 4,30 V, otvara i time prekida proces punjenja. Osim toga, postojeći termalni osigurač, kada se baterija zagrije na 90°C, isključuje strujni krug svog opterećenja, čime se osigurava njegova toplinska zaštita. Ali to nije sve. Neke baterije imaju prekidač koji se aktivira kada granični pritisak unutar kućišta dostigne 1034 kPa (10,5 kg/m2) i prekine strujni krug. Postoji i zaštitni krug od dubokog pražnjenja koji prati napon baterije i prekida strujni krug ako napon padne na 2,5 V po ćeliji.
Unutrašnji otpor zaštitnog kruga baterije mobilnog telefona u uključenom stanju je 0,05-0,1 ohma. Strukturno se sastoji od dva ključa povezana u seriju. Jedan od njih se aktivira kada se dostigne gornji, a drugi - donji prag napona na bateriji. Ukupni otpor ovih prekidača zapravo stvara udvostručenje njegovog unutrašnjeg otpora, posebno ako se baterija sastoji od samo jedne baterije. Baterije mobilnih telefona moraju osigurati velike struje opterećenja, što je moguće uz najmanju moguću unutrašnju otpornost baterije. Stoga je zaštitni krug prepreka koja ograničava radnu struju Li-ion baterije.
U nekim tipovima Li-ion baterija koje koriste u svom hemijski sastav mangan i koji se sastoji od 1-2 elementa, shema zaštite se ne primjenjuje. Umjesto toga, imaju instaliran samo jedan osigurač. A takve baterije su sigurne zbog svoje male veličine i malog kapaciteta. Osim toga, mangan je prilično tolerantan na zloupotrebu Li-ion baterija. Odsustvo zaštitnog kruga smanjuje cijenu Li-ion baterije, ali uvodi nove probleme.
Konkretno, korisnici mobilnih telefona mogu koristiti nestandardne punjače za punjenje baterija. Kada koristite jeftine punjače dizajnirane za punjenje iz mreže ili iz mreže u vozilu, možete biti sigurni da će se, ako u akumulatoru postoji zaštitni krug, isključiti kada se dostigne kraj napona punjenja. Ako nema zaštitnog kruga, baterija će biti prepunjena i, kao rezultat, njen nepovratni kvar. Ovaj proces obično prati pojačano zagrijavanje i oticanje kućišta baterije.

Mehanizmi koji dovode do smanjenja kapaciteta Li-ion baterija

Prilikom cikliranja Li-ion baterija, među mogućim mehanizmima za smanjenje kapaciteta, najčešće se razmatraju:
- uništenje kristalna struktura katodni materijal (posebno LiMn2O4);
- piling grafita;
- stvaranje pasivizirajućeg filma na obje elektrode, što dovodi do smanjenja aktivne površine elektroda i začepljenja malih pora;
- taloženje metalnog litijuma;
- mehaničke promjene u strukturi elektrode kao rezultat volumetrijskih vibracija aktivnog materijala tokom ciklusa.
Istraživači se ne slažu oko toga koja od elektroda prolazi kroz najviše promjena tokom vožnje biciklom. To ovisi kako o prirodi odabranih materijala elektroda tako i o njihovoj čistoći. Stoga je za Li-ion baterije moguće opisati samo kvalitativnu promjenu njihovih električnih i radnih parametara tokom rada.
Tipično, resurs komercijalnih Li-ion baterija dok se kapacitet pražnjenja ne smanji za 20% iznosi 500-1000 ciklusa, ali značajno ovisi o vrijednosti graničnog napona punjenja (slika 7). Kako se dubina ciklusa smanjuje, resurs se povećava. Uočeno povećanje vijeka trajanja povezano je sa smanjenjem mehaničkog naprezanja uzrokovanog promjenama volumena međuprostornih elektroda, koje zavise od stupnja njihovog napunjenosti.

Fig.7. Promjena kapaciteta Li-ion baterije pri različitim graničnim naponima punjenja

Povećanje radne temperature (unutar radnog raspona) može povećati brzinu sporednih procesa koji utječu na sučelje elektroda-elektrolit i blago povećati stopu smanjenja kapaciteta pražnjenja s ciklusima.

Zaključak.

Kao rezultat pretraga najbolji materijal za katodu, moderne litij-ionske baterije pretvaraju se u čitavu porodicu kemijskih izvora struje, koji se međusobno značajno razlikuju kako u potrošnji energije tako i u parametrima načina punjenja / pražnjenja. To, pak, zahtijeva značajno povećanje inteligencije upravljačkih krugova, koji su sada postali sastavni dio baterija i napajanih uređaja - u suprotnom je moguća oštećenja (uključujući nepovratna oštećenja) i baterija i uređaja. Zadatak je dodatno kompliciran činjenicom da programeri pokušavaju maksimalno iskoristiti energiju baterija, nastojeći produžiti vijek trajanja baterije uz minimalnu zapreminu i težinu koju zauzima izvor napajanja. To vam omogućava da postignete značajne konkurentske prednosti. Prema D. Hickok-u, potpredsjedniku energetskih komponenti za mobilne sisteme Texas Instruments-a, kada koriste katode od novih materijala, programeri baterija ne postižu odmah isti dizajn i karakteristike performansi kao u slučaju tradicionalnijih katoda. Kao rezultat toga, nove baterije često imaju značajna ograničenja radnog opsega. Štoviše, posljednjih godina, pored tradicionalnih proizvođača skladišnih ćelija i baterija - Sanyo, Panasonic i Sony - novi proizvođači, uglavnom iz Kine, vrlo aktivno se probijaju na tržište. Za razliku od tradicionalnih proizvođača, oni isporučuju proizvode sa znatno širim rasponom parametara unutar jedne tehnologije ili čak jedne serije. To je zbog njihove želje da se nadmeću uglavnom na osnovu niskih cijena proizvoda, što često rezultira uštedama na usklađenosti procesa.
Dakle, u ovom trenutku, važnost informacija koje pružaju tzv. "pametne baterije": identifikacija baterije, temperatura baterije, preostalo punjenje i dozvoljeni prenapon. Prema Hickok-u, ako programeri gotovih uređajaće dizajnirati podsistem napajanja koji uzima u obzir i uslove rada i parametre ćelije, što će izravnati razlike u parametrima baterija i povećati stepen slobode za krajnje korisnike, što će im dati mogućnost da biraju ne samo uređaje koje preporučuje proizvođač , ali i baterije drugih firmi.

18650 je u posljednje vrijeme sve popularniji. Po svojim tehničkim karakteristikama su ispred poznatih baterija tipa prstiju. Koncepti "prst" i "mali prst", koji se koriste za dobro poznate sa stanovišta ispravne terminologije, su netačni. Sve baterije, bez obzira na veličinu, imaju svoje šifre koje označavaju njihovu veličinu. Dakle, 18650 je također šifra. To je cela tajna.

Veličina baterije 18650

Ovaj petocifreni kod izražava širinu i dužinu baterije, gde su prve dve cifre širina (prečnik) u mm, a poslednje tri su dužina u mm sa desetinama. Postoji pogrešno mišljenje da nula na kraju ovog koda označava cilindrični oblik baterije (postoje baterije različitih oblika). Ovako tačna oznaka dužine baterije nije potrebna. Kada se specificira njegova veličina, često je ograničena na prve četiri cifre (1865). Inače, baterije za prste i male prste imaju i svoju šifru - 14500 i 10440. Osim digitalnog koda, veličina se može označiti i slovima. Na primjer, gornje dvije veličine baterija imaju alternativne slovne kodove - AA (tip prsta) i AAA (tip s malim prstima). Postoji mnogo alfabetskih i numeričkih kodova koji označavaju veličine različitih baterija: CR123 (16340), A (17500), Fat A (18500), 4/3 A (17670) itd.

Za baterije 18650, ova oznaka veličine nije tačna. Moraju se uzeti u obzir i drugi parametri. Na veličinu baterije 18650 može utjecati, na primjer, prisutnost ugrađene posebne ploče (kontrolor punjenja). Neke baterije u ovom slučaju mogu imati nešto veću dužinu. Često postoje slučajevi kada baterija jednostavno ne stane u pretinac uređaja u kojem je žele koristiti, uprkos činjenici da je ovaj uređaj (na primjer, baterija elektronske cigarete) dizajniran za rad s baterijama ovog uređaja. tip.

Li-ion 18650 trajanje baterije

Vrijeme koje određena baterija može da radi ovisi o stvari kao što je "miliampera na sat" (mAh). Za velike baterije, kao što su automobili, koristi se izraz "ampera na sat". Za bateriju od 18650 mAh ovo je izvedena vrijednost. Jedan amper je jednak 1000 miliampera. Miliamper na sat je struja koju baterija može proizvesti tokom uobičajenog sata upotrebe. Drugim riječima, ako ovu vrijednost podijelite sa određenim brojem sati, možete saznati vijek trajanja baterije. Na primjer, baterija ima kapacitet od 3000 mAh. To znači da će za dva sata rada proizvesti 1500 miliampera. Četiri - 750. Baterija iz gornjeg primjera će se potpuno isprazniti nakon 10 sati rada, kada njen kapacitet dostigne 300 miliampera (granica dubokog pražnjenja).

Takvi proračuni daju samo grubu predstavu o vijeku trajanja baterije. Njegovo stvarno vrijeme rada ovisi o tome s kojim opterećenjem mora da se nosi, odnosno o uređaju koji mora osigurati napajanje.

Struja, napon i snaga

Prije zaustavljanja na opći opis specifikacije 18650 litijum-jonske baterije i mjere opreza pri radu s njima, ukratko ćemo definirati gore navedene pojmove. Struja (maksimalna struja pražnjenja, strujni izlaz) je izražena u amperima i označena je na bateriji slovom "A". Napon se izražava u voltima i označava slovom "V". Na mnogim baterijama možete pronaći takve oznake. Za litijum-jonsku bateriju napon je uvijek 3,7 volti, a struja može biti različita. Snaga baterije kao dominantni parametar njene snage izražava se kao proizvod napona i struje (volti se moraju pomnožiti sa amperima).

Opis prednosti i nedostataka litijum-jonske baterije

Glavni nedostatak 18650 baterija napravljenih litijum-jonskom tehnologijom je što imaju mali raspon radne temperature. Normalan rad litijum-jonske baterije moguć je samo u rasponu od -20 do +20 stepeni Celzijusa. Ako se koristi ili puni na temperaturama ispod ili iznad navedenih, kvari ga. Poređenja radi, nikl-kadmijum i nikl-metal hidridne baterije imaju širi temperaturni raspon - od -40 do +40. Ali, za razliku od potonjeg, litijum-jonske baterije imaju veći nazivni napon - 3,7 volti u odnosu na 1,2 volta za nikl baterije.

Također, litijum-jonske baterije praktički nisu podložne samopražnjenju i efektima memorije uobičajenim među mnogim vrstama baterija. Samopražnjenje je gubitak napunjene energije u stanju mirovanja. Memorijski efekat se javlja kod nekih tipova baterija kao rezultat sistematskog punjenja nakon nepotpunog pražnjenja. Odnosno, razvija se na baterijama koje nisu potpuno ispražnjene.

Sa memorijskim efektom, baterija "pamti" stepen pražnjenja nakon kojeg počinje da se puni, te se prazni, dostigavši ovu granicu u sledećem ciklusu. Njen pravi kapacitet u tom trenutku je zapravo veći. Ako postoji tabla za prikaz, tada će se prikazati i pražnjenje. Ovaj efekat ne razvija se odmah, već postepeno. Može se razviti i u uslovima kada se baterija stalno napaja iz mreže, odnosno neprekidno se puni.

Samopražnjenje i memorijski efekat su krajnje beznačajni kod litijum-jonskih baterija.

Postoji još jedna stvar na koju biste trebali obratiti pažnju: takve baterije se ne mogu čuvati u ispražnjenom stanju, inače će brzo otkazati.

Mere opreza za Li-ion baterije

Mnogi su skloni požarima i eksplozijama. Zavisi od hemijskog sastava unutrašnje strukture baterije. Za 18650 litijum-jonske baterije ovaj problem je prilično akutan. Nije neuobičajeno da korisnici e-cigareta zadobiju teške opekotine na rukama i licu, ili čak i teže povrede. Budući da se litijum-jonske baterije nalaze u laptopima, tabletima i mobilnim telefonima, nije neuobičajeno da se zapale.

Na prvom mjestu među uzrocima ovakvih incidenata je, naravno, nekvalitetan (jeftin) sklop baterija. Međutim, u slučaju e-cigareta, lako je sami izazvati eksploziju litijum-jonske baterije, čak i ako baterija nije jeftina. Da biste to učinili, morate malo razumjeti šta je električni otpor.

Ako ovaj koncept objasnimo u najvećoj meri običan jezik, onda je ovo parametar koji određuje zahtjeve provodnika prema bateriji. Što je manji otpor vodiča, to više struje (ampera) baterija mora dati. Ako je otpor vrlo nizak, tada će baterija raditi s takvim vodičem do velikog opterećenja. Otpor može biti toliko nizak da će izazvati preveliko opterećenje baterije i njenu naknadnu eksploziju ili paljenje. Drugim riječima, to će biti kratak spoj. Budući da elektronske cigarete rade na principu isparavanja, što zahtijeva grijaći element (filamentni namotaj), nevješti korisnici mogu greškom natjerati bateriju da radi sa grijaći element sa izuzetno malim otporom. Poznavajući trenutni izlaz određene baterije i otpor vodiča, koristeći jednostavne proračune koristeći formulu Ohmovog zakona, možete odrediti može li ova baterija podnijeti određeni vodič.

Ove opasnosti se ne javljaju uvijek u svim slučajevima. Tehnologije zaštite baterija neprestano se razvijaju. Mnoge baterije imaju u sebi poseban kontroler punjenja koji može na vrijeme degenerirati bateriju kada dođe do kratkog spoja. Ovo su zaštićene baterije.

Li-ion baterija uređaj

Baterija 18650 temelji se na elektrolitu - posebnoj tekućini u kojoj se odvijaju kemijske reakcije.

Ove hemijske reakcije su reverzibilne. Ovo je princip rada bilo koje baterije. Jednostavno rečeno, formula za takve reakcije može se odvijati i s lijeva na desno (pražnjenje) i s desna na lijevo (punjenje). Takve reakcije se javljaju između katode i anode ćelije. Katoda je negativna elektroda (minus), anoda je pozitivna elektroda (plus) napajanja. Između njih u trenutku reakcije nastaje struja. hemijske reakcije pražnjenje i naelektrisanje između katode i anode su procesi oksidacije i redukcije, ali to je sasvim druga priča. Nećemo ulaziti u proces elektrolize. Struja se formira u trenutku kada katoda i anoda počnu da interaguju, odnosno da se nešto spoji na plus i minus baterije. Katoda i anoda moraju biti električno provodljive.

Prilikom kršenja radnih uvjeta, molekuli se pojavljuju u elektrolitu hemijski elementi, koji zatvaraju katodu i anodu, što dovodi do unutrašnjih kratkih spojeva. Kao rezultat toga, temperatura baterije se povećava i pojavljuje se više molekula, zatvarajući plus i minus. Cijeli ovaj proces, poput grudve snijega, eksponencijalno dobija brzinu. Bez mogućnosti vađenja elektrolita (kućište baterije je zapečaćeno), nastaje sve veći unutrašnji pritisak. Šta se dalje dešava može se razumeti bez komentara.

Punjenje litijum-jonske baterije

Kao punjač za bateriju 18650, prikladan je svaki uređaj dizajniran za baterije ovog formata. Glavna stvar je da ne mijenjate ispravan polaritet prilikom punjenja. Stavite baterije u utore tačno prema simbolima plus i minus. Dobra je ideja da pročitate ostale mjere opreza za korištenje punjača baterija 18650, koje su uvijek navedene na kućištu baterije.

Najbolja opcija za punjenje litijum-jonskih baterija je upotreba skupljih punjača sa fino podešenim procesom punjenja. Mnogi od njih imaju funkciju punjenja baterija pomoću CC/CV metode, što znači konstantnu struju, konstantan napon. Ova metoda je dobra jer može napuniti bateriju više od konvencionalnih punjača. To je zbog takvog koncepta kao što je ponovno punjenje.

Tokom punjenja ili pražnjenja baterije, njen napon se menja. Povećava se pri punjenju, smanjuje pri pražnjenju. Nominalnih 3,7 volti je prosječna vrijednost.

Dva su efekta koja negativno utječu na bateriju - prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje. Postoje pragovi za punjenje i pražnjenje baterije. Ako napon baterije prelazi ove granice, tada se baterija prepuni ili preprazni, ovisno o tome da li se puni ili prazni. U normalnom načinu punjenja za 18650 Li-ion, punjač i kontroler punjenja unutar same baterije (ako postoji) očitavaju napon baterije i prekidaju punjenje kada dostigne prag kako bi se izbjeglo prekomjerno punjenje. U ovom slučaju, baterija zapravo nije potpuno napunjena. Njegov kapacitet može mu omogućiti da puni više, ali ga prag sprečava u tome.

Princip punjenja CC / CV metodom je dizajniran tako da se struja koja se dovodi do punjenja ne prekida, već se naglo smanjuje, sprečavajući unutrašnja napetost baterija ide preko praga. Dakle, baterija je potpuno napunjena bez prenapunjenosti.

Vrste litijum-jonskih baterija

Vrste 18650 Li-ion baterija:

litijum gvožđe fosfat (LFP);
litijum-mangan (IMR);
litijum-kobalt (ICR);
litijum polimer (LiPo).

Sve vrste osim zadnjeg su cilindrične i mogu se napraviti u formatu 18650. Litijum-polimerske baterije se razlikuju po tome što nemaju određeni oblik. To je zbog činjenice da imaju čvrsti elektrolit (polimer). Zbog ovog neobičnog svojstva elektrolita ove baterije se često koriste u tabletima i mobilnim telefonima.

Primjena litijum-jonskih baterija

Kao što je već spomenuto, 18650 Li-ion baterije se široko koriste elektronske cigarete. Mogu se ugraditi u bateriju ili ukloniti, odnosno ugraditi odvojeno u nju. Može ih biti i nekoliko, povezanih paralelno ili serijski.

Litijum-jonske baterije se dugo koriste u izradi raznih baterija, kao što su baterije za laptop. Takve baterije su lanac od nekoliko međusobno povezanih 18650 baterija unutar jednog kućišta. Takve baterije se mogu naći i kao prostrani power bankovi - prenosivi punjači.

Opseg samih baterija je vrlo širok: od imenovanih punjača do sastavnih elemenata modernih velikih mehanizama (automobilskih ili zrakoplovnih). Istovremeno, broj 18650 litijum-jonskih baterija koje čine jednu bateriju može varirati od nekoliko do stotina. Vrijedi spomenuti litijum-polimerske baterije. Iako nisu dostupni u 18650 Li-ion formatu, najčešći su, jer se koriste u tabletima i mobilnim telefonima.

Čitajući "savjete za rad" baterija na forumima, nehotice se zapitate da li su ljudi preskočili fiziku i hemiju u školi, ili misle da su pravila za rad olovnih i jonskih baterija ista.
Počnimo s principima Li-Ion baterije. Na prstima je sve krajnje jednostavno - postoji negativna elektroda (obično od bakra), postoji pozitivna (od aluminijuma), između njih je porozna tvar (separator) zasićena elektrolitom (sprečava "neovlašteno "prijelaz litijevih jona između elektroda):

Princip rada zasniva se na sposobnosti litijum jona da se integrišu u kristalnu rešetku razni materijali- obično grafit ili silicijum oksid - sa stvaranjem hemijskih veza: prema tome, pri punjenju, ioni se ugrađuju u kristalnu rešetku, akumulirajući naelektrisanje na jednoj elektrodi, pri pražnjenju se vraćaju na drugu elektrodu, odustaju elektron koji nam je potreban (koga zanima preciznije objašnjenje tekućih procesa - google interkalacija). Kao elektrolit koriste se otopine koje sadrže vodu koje ne sadrže slobodni proton i stabilne su u širokom rasponu napona. Kao što vidite, u modernim baterijama sve se radi prilično sigurno - nema metalnog litijuma, nema šta da eksplodira, samo joni prolaze kroz separator.
Sada kada je sve postalo manje-više jasno s principom rada, prijeđimo na najčešće mitove o Li-Ion baterijama:

Mit jedan. Li-Ion baterija u uređaju ne može se isprazniti do nula posto.
Zapravo, sve zvuči kako treba i u skladu je sa fizikom – pri pražnjenju na ~2,5 V Li-Ion baterija počinje da se brzo degradira, pa čak i jedno takvo pražnjenje može značajno (do 10%!) smanjiti njen kapacitet. Osim toga, kada se isprazni na takav napon, više ga neće biti moguće puniti standardnim punjačem - ako napon baterije padne ispod ~3 V, "pametni" kontroler će ga isključiti kao oštećenog, a ako postoji ako su sve takve ćelije, baterija se može odnijeti u smeće.
Ali postoji jedna vrlo važna ali na koju svi zaboravljaju: kod telefona, tableta i drugih mobilnih uređaja radni napon na bateriji je 3,5-4,2 V. Kada napon padne ispod 3,5 V, indikator pokazuje nula posto napunjenosti i uređaj se isključuje, ali do "kritičnih" 2,5 V je još uvijek jako daleko. To potvrđuje i činjenica da ako spojite LED diodu na tako "ispražnjenu" bateriju, onda može dugo gorjeti (možda se neko sjeća da su se nekada prodavali telefoni sa baterijskim lampama koje su se uključivale tipkom bez obzira na sistem.Tamo je lampica nastavila da gori nakon pražnjenja i isključivanja telefona). Odnosno, kao što vidite, tokom normalne upotrebe ne dolazi do pražnjenja do 2,5 V, što znači da je sasvim moguće isprazniti Akum na nula posto.
Mit dva. Li-Ion baterije eksplodiraju ako su oštećene.
Svi se sjećamo "eksplozivnog" Samsung Galaxy Note 7. Međutim, ovo je prije izuzetak od pravila - da, litijum je vrlo aktivan metal i nije ga teško raznijeti u zrak (i gori vrlo jako u vodi). Međutim, moderne baterije ne koriste litijum, već njegove ione, koji su mnogo manje aktivni. Dakle, da bi došlo do eksplozije, morate se dobro potruditi - ili fizički oštetiti bateriju za punjenje (urediti kratki spoj), ili je napuniti vrlo visokim naponom (tada će se oštetiti, ali će najvjerovatnije kontroler jednostavno izgorjeti i neće dozvoliti punjenje baterije). Stoga, ako iznenada imate oštećenu ili dimu bateriju u rukama - nemojte je bacati na sto i bježati iz sobe vičući "svi ćemo umrijeti" - samo je stavite u metalnu posudu i iznesite na balkon (da ne udiše hemiju) - baterija će tinjati neko vrijeme i onda se ugasiti. Glavna stvar je ne puniti ga vodom, joni su naravno manje aktivni od litijuma, ali ipak će se neka količina vodika također osloboditi kada reagira s vodom (a on voli eksplodirati).
Mit tri. Kada Li-Ion baterija dostigne 300 (500/700/1000/100500) ciklusa, postaje nesigurna i treba je hitno promijeniti.
Mit, srećom sve manje hoda po forumima i nema nikakvog fizičkog ili hemijskog objašnjenja. Da, tokom rada elektrode oksidiraju i korodiraju, što smanjuje kapacitet baterije, ali vam to ne prijeti ništa osim kraćeg vijeka trajanja baterije i nestabilnog ponašanja na 10-20% napunjenosti.
Mit četiri. Sa Li-Ion baterijama ne možete raditi na hladnoći.
Ovo je više preporuka nego zabrana. Mnogi proizvođači zabranjuju upotrebu telefona na negativnim temperaturama, a mnogi su doživjeli brzo pražnjenje i općenito isključivanje telefona na hladnoći. Objašnjenje za ovo je vrlo jednostavno: elektrolit je gel koji sadrži vodu, a šta se događa s vodom kada negativne temperature svi znaju (da, smrzava se ako išta), čime se poništava dio baterije. To dovodi do pada napona, a kontroler to počinje smatrati pražnjenjem. Ovo nije korisno za bateriju, ali nije ni pogubno (nakon zagrevanja, kapacitet će se vratiti), pa ako očajnički trebate da koristite telefon na hladnom (samo da ga koristite - izvadite ga iz toplog džepa, pogledajte vrijeme i sakrijte ga nazad), onda ga je bolje napuniti 100% i uključiti bilo koji proces koji opterećuje procesor - pa će hlađenje biti sporije.
Pet mit. Nabrekla Li-Ion baterija je opasna i treba je odmah baciti.
Ovo nije baš mit, već prije mjera opreza - natečena baterija može jednostavno puknuti. S kemijske točke gledišta, sve je jednostavno: tijekom procesa interkalacije elektrode i elektrolit se razgrađuju, uslijed čega se oslobađa plin (može se osloboditi i tijekom ponovnog punjenja, ali o tome u nastavku). Ali ističe se vrlo malo, a da bi baterija izgledala natečeno, mora proći nekoliko stotina (ako ne i hiljade) ciklusa punjenja (osim, naravno, ako nije neispravna). Nema problema da se riješite plina - samo probušite ventil (kod nekih baterija se sam otvara pod prekomjernim pritiskom) i odzračite ga (ne preporučujem udisanje), nakon čega možete pokriti rupu epoksidna smola. Naravno, to neće vratiti bateriju na prijašnji kapacitet, ali barem sada sigurno neće puknuti.
Šesti mit. Li-Ion baterije su štetne za prepunjavanje.
Ali to više nije mit, već surova stvarnost - pri punjenju postoji velika šansa da će baterija nabubriti, prsnuti i zapaliti - vjerujte, malo je zadovoljstva u prskanju kipućim elektrolitom. Stoga u svim baterijama postoje kontroleri koji jednostavno ne dozvoljavaju punjenje baterije iznad određenog napona. Ali ovdje morate biti izuzetno oprezni u odabiru baterije - kontroleri kineskih rukotvorina često mogu pokvariti, a mislim da vam vatromet s telefona u 3 sata ujutro neće zadovoljiti. Naravno, isti problem postoji i kod brendiranih baterija, ali prvo, to se tamo dešava mnogo rjeđe, a drugo, cijeli telefon će biti zamijenjen pod garancijom. Obično ovaj mit dovodi do sljedećeg:
Mit sedam. Kada dostignete 100%, potrebno je da isključite telefon sa punjenja.
Iz šestog mita, ovo se čini razumnim, ali u stvarnosti nema smisla ustati usred noći i isključiti uređaj iz punjenja: prvo, kvarovi kontrolera su izuzetno rijetki, a drugo, čak i kada je indikator na 100% Kada se postigne, baterija se puni do vrlo, vrlo maksimalno za neko vrijeme niske struje, što dodaje još 1-3% kapaciteta. Tako da to zaista ne bi trebalo biti toliko nategnuto.
Mit osam. Uređaj se može puniti samo originalnim punjačem.
Mit se odvija zbog lošeg kvaliteta kineskih punjača - sa normalan napon na 5 + - 5% volti, mogu proizvesti i 6 i 7 - kontroler će, naravno, izgladiti takav napon neko vrijeme, ali u budućnosti će to dovesti do izgaranja kontrolera u najboljem slučaju, u najgorem - do eksplozija i (ili) kvar matične ploče. Događa se suprotno - pod opterećenjem, kineski punjač proizvodi 3-4 volta: to će dovesti do činjenice da se baterija ne može potpuno napuniti.

Kao što se može vidjeti iz čitave gomile zabluda, nemaju svi ispod sebe naučno objašnjenje, a još manje degradirati performanse baterije. Ali to ne znači da nakon čitanja mog članka morate trčati bezglavo i kupiti jeftine kineske baterije za par dolara - ipak, za trajnost, bolje je uzeti ili originalne ili kvalitetne kopije originalnih.

Litijum-jonske (Li-ion) baterije, koje se koriste u većini modernih tableta, pametnih telefona i laptopa, zahtevaju drugačije procedure održavanja i rada u poređenju sa nikl-kadmijum (Ni-Cd) i nikl-metal hidridnim (Ni-MH) baterijama koje se koriste u ranijim uređajima.

Zapravo, pravilnu njegu jer litijum-jonska baterija može produžiti životni vek za 15 puta u poređenju sa pogrešno korišćenim kućištima. U ovom članku dat ćemo savjete kako maksimizirati životni ciklus skupe litijum-jonske baterije u svim vašim prenosivim uređajima.

Nedavno je Fred Langa, novinar internet portala Windows Secrets, morao zamijeniti oštećeni pametni telefon - i to je bila njegova greška.

Glavni simptom nije slutio na dobro - kućište telefona se deformisalo, jer se tijelo samog uređaja počelo savijati.

Nakon analize i detaljnog pregleda, ispostavilo se da je baterija pametnog telefona natekla.

U početku, Fred nije primijetio nikakve promjene: baterija je izgledala manje-više normalno kada se gleda licem na lice (slika 1). Međutim, kada je baterija postavljena na ravnu površinu, postalo je očigledno da njene gornje i donje strane više nisu ravne i paralelne jedna s drugom. Na jednoj strani baterije se stvorila velika izbočina (slika 2). Ova izbočina je uzrokovala savijanje i deformaciju telefona.

Izbočenje baterije ukazuje na ozbiljan problem: nakupljanje toksičnih gasova pod visokim pritiskom unutar baterije.

Kućište baterije je odlično odradilo svoj posao, ali otrovni gasovi su učinili da baterija izgleda kao sićušna bomba u ekspres loncu koja samo čeka da eksplodira.

U Fredovom slučaju oštećeni su i telefon i baterija – vrijeme je za kupovinu novog pametnog telefona.

Najžalosnije je što se ovaj problem mogao lako spriječiti. U završnom dijelu članka bit će navedene Fredove greške.

Kako bi izbjegao ponavljanje grešaka iz prošlosti s novim pametnim telefonom i drugim litijum-jonskim uređajima kao što su tableti, laptopi, Fred je počeo ozbiljno da istražuje pravilan rad i održavanje litijum-jonskih baterija.

Fred nije bio zainteresiran za produženje vijeka trajanja baterije - ove tehnike su dobro poznate. Većina uređaja nudi ručne ili automatske načine i metode za uštedu energije za podešavanje svjetline ekrana, usporavanje performansi procesora i smanjenje broja pokrenutih aplikacija.

Fred se više fokusirao na produženje vijeka trajanja baterije – načine održavanja baterije u dobrom radnom stanju i maksimiziranja vijeka trajanja baterije.

Ovaj članak uključuje kratke zaključke teze zasnovane na Fredovom istraživanju. Slijedite ovih pet predloženih savjeta i tada će vaše litijum-jonske baterije raditi potpuno, dugo i sigurno u svim vašim prijenosnim uređajima.

Savjet 1: Pazite na temperaturu i nemojte pregrijati bateriju

Iznenađujuće, toplota je jedan od glavnih neprijatelja litijum-jonskih baterija. Faktori zloupotrebe kao što su brzina i dužina ciklusa punjenja i pražnjenja mogu uzrokovati pregrijavanje baterije.

Važna je i spoljašnja fizička sredina. Jednostavno ostavljanje litijum-jonske baterije na suncu ili u zatvorenom automobilu može značajno smanjiti sposobnost baterije da prihvati i zadrži punjenje.

Idealno temperaturni uslovi za litijum-jonske baterije je sobna temperatura od 20 stepeni Celzijusa. Ako se uređaj zagrije na 30C, njegova sposobnost da nosi punjenje se smanjuje za 20 posto. Ako se uređaj koristi na 45C, što je lako postići na suncu, ili kada se uređaj intenzivno koristi sa aplikacijama koje zahtijevaju velike resurse, kapacitet baterije se smanjuje za otprilike polovicu.

Stoga, ako se vaš uređaj ili baterija osjetno zagreju dok su u upotrebi, pokušajte premjestiti u hladnije područje. Ako to nije moguće, pokušajte da smanjite količinu energije koju vaš uređaj troši tako što ćete onemogućiti nepotrebne aplikacije, usluge i funkcije, smanjiti svjetlinu ekrana ili aktivirati način rada za uštedu energije na uređaju.

Ako to i dalje ne pomogne, potpuno isključite uređaj dok se temperatura ne vrati na normalu. Za još brže hlađenje izvadite bateriju (naravno, ako dizajn uređaja to dozvoljava) - na taj način će se uređaj brže hladiti zbog fizičkog odvajanja od izvora napajanja.

Usput, uprkos činjenici da visoke temperature- Ovo glavni problem kod litijum-jonskih baterija rad na niskim temperaturama nije velika briga. Niske temperature ne uzrokuju dugotrajno oštećenje baterije, iako hladna baterija neće moći isporučiti svu snagu koju potencijalno može isporučiti na optimalnoj temperaturi. Pad snage postaje veoma primetan na temperaturama ispod 4C. Većina potrošačkih litijum-jonskih baterija u suštini postaje beskorisna na temperaturama blizu ili ispod tačke smrzavanja.

Ako uređaj s litijum-jonskim napajanjem iz bilo kojeg razloga postane pretjerano hladan, nemojte ga pokušavati koristiti. Ostavite ga isključenog i odnesite na toplo mjesto (džep ili grijanu prostoriju) dok se uređaj ne vrati na normalnu temperaturu. Također, kao i kod pregrijavanja, fizički izvadite bateriju i odvojeno grijanje će ubrzati proces zagrijavanja. Nakon što se baterija zagrije na normalnu temperaturu, njena elektrolitička svojstva će se vratiti.

Savjet 2: Isključite punjač da biste uštedjeli bateriju

Ponovno učitavanje - tj. Predugo spajanje baterije na izvor napajanja visokog napona također može smanjiti sposobnost baterije da zadrži punjenje, skratiti joj životni vijek ili je potpuno ubiti.

Većina potrošačkih litijum-jonskih baterija dizajnirana je da rade na 3,6 V po ćeliji, ali rade na većih 4,2 V tokom punjenja. Ako je i punjač dugo vrijeme prenapona, unutrašnja baterija može biti oštećena.

U teškim slučajevima, prekomjerno punjenje može dovesti do onoga što inženjeri nazivaju "katastrofalnim" posljedicama. Čak iu umjerenim slučajevima, višak topline stvoren punjenjem će stvoriti negativan toplinski učinak opisan u prvom savjetu.

Visokokvalitetni punjači mogu raditi u skladu s modernim krugovima litijum-jonskih baterija, smanjujući opasnost od prekomjernog punjenja smanjenjem struje punjenja proporcionalno napunjenosti baterije.

Ova svojstva se značajno razlikuju ovisno o vrsti tehnologije koja se koristi u bateriji. Na primjer, kada koristite nikl-kadmijum (Ni-Cd) i nikl-metal hidrid (Ni-MH) baterije, pokušajte da ih ostavite priključene na punjač što je duže moguće. To je zato što stariji tipovi baterija imaju visoki nivo samopražnjenje, tj. počinju gubiti značajnu količinu pohranjene energije odmah nakon isključivanja iz punjača, čak i ako je sam prijenosni uređaj isključen.

Zapravo, nikl-kadmijum baterija može izgubiti do 10 posto napunjenosti u prva 24 sata nakon punjenja. Nakon ovog vremenskog perioda, kriva samopražnjenja počinje da se izravnava, ali nikl kadmijum baterija nastavlja gubiti 10-20 posto mjesečno.

Situacija sa nikl-metal hidridnim baterijama je još gora. Njihova stopa samopražnjenja je 30 posto brža od njihovih nikl-kadmijumskih kolega.

Međutim, litijum-jonske baterije su veoma nizak nivo samopražnjenje. Dobro funkcionalna baterija će izgubiti samo 5 posto napunjenosti u prva 24 sata nakon punjenja, a još 2 posto u prvih mjesec dana nakon toga.

Dakle, nema potrebe ostavljati uređaj s litijum-jonskom baterijom priključenom na punjač do posljednjeg trenutka. Za najbolje rezultate i trajanje baterije, isključite punjač kada se prikaže potpuno punjenje.

Nove litijum-jonske baterije ne moraju biti potpuno napunjene prije prve upotrebe (nikl-kadmijski i nikl-metal-hidridni uređaji preporučuju 8 do 24 sata punjenja). Litijum-jonske baterije su maksimalnog kapaciteta kada pokažu 100 posto napunjenosti. Nema potrebe za produženim punjenjem.

Ne utiču svi ciklusi pražnjenja na zdravlje baterije na isti način. Duga i intenzivna upotreba stvara više topline, ozbiljno opterećujući bateriju, dok kraći i češći ciklusi pražnjenja, naprotiv, produžavaju vijek trajanja baterije.

Možda mislite da prekomjerno mali ciklusi punjenja/pražnjenja mogu ozbiljno smanjiti vijek trajanja napajanja. To je bilo prirodno samo za zastarjele tehnologije, ali se ne odnosi na moderne litijum-jonske baterije.

Specifikacije baterije mogu biti pogrešne jer Mnogi proizvođači smatraju da je ciklus punjenja vrijeme potrebno da se postigne 100 posto napunjenosti. Na primjer, dva punjenja od 50 do 100 posto su ekvivalentna jednom punom ciklusu punjenja. Slično, tri ciklusa od 33 posto ili 5 ciklusa od 20 posto također su ekvivalentna jednom punom ciklusu.

Ukratko, veliki broj malih ciklusa punjenja-pražnjenja ne smanjuje ukupni volumen ciklusa. puna napunjenost litijumska baterija.

Opet, vrućina i veliki stres zbog velikih pražnjenja skraćuju vijek trajanja baterije. Stoga pokušajte da broj dubokih pražnjenja svedete na minimum. Ne dozvolite da nivo baterije padne na vrijednosti blizu nule (kada se uređaj sam isključi). Umjesto toga, donjih 15-20 posto trajanja baterije tretirajte kao rezervu za hitne slučajeve - samo za hitne slučajeve. Steknite naviku da zamijenite bateriju ako je moguće ili povežete uređaj s vanjskim izvorom napajanja prije nego što se baterija potpuno isprazni.

Kao što znate, brzo pražnjenje i brzo punjenje su praćeni oslobađanjem viška topline i negativno utječu na vijek trajanja baterije.

Ako ste uređaj intenzivno koristili pri velikim opterećenjima, pustite da se baterije ohlade do sobnoj temperaturi prije spajanja na punjač. Baterija se neće moći potpuno napuniti ako je topla.

Dok punite uređaj, pratite temperaturu baterije - ne bi se trebala previše pregrijati. Vruća baterija tokom punjenja obično ukazuje da previše struje brzo teče.

Prekomjerno punjenje je najvjerovatnije kod jeftinih generičkih punjača koji koriste strujna kola brzo punjenje ili sa bežičnim (induktivnim) punjačima.

Jeftin punjač može biti jednostavan transformator sa žicama spojenim na njega. Takva "tiha punjenja" jednostavno distribuiraju struju i praktički ne primaju povratne informacije od uređaja koji se puni. Pregrijavanje i prenapon su vrlo česti prilikom korištenja ovih punjača, koji polako uništavaju bateriju.

„Brza“ punjenja su dizajnirana da obezbede jednominutno punjenje, a ne jednosatno punjenje. Postoje različiti pristupi tehnologiji brzog punjenja, a nisu svi kompatibilni s litijum-jonskim baterijama. Ako punjač i baterija nisu dizajnirani da rade zajedno, brzo punjenje može uzrokovati prenapon i pregrijavanje. Općenito govoreći, najbolje je ne koristiti punjač jedne marke za punjenje prijenosnog uređaja druge marke.

Bežični (induktivni) punjači koriste posebnu površinu za punjenje za punjenje baterije. Na prvi pogled, ovo je vrlo zgodno, ali činjenica je da takva punjenja stvaraju višak topline čak i pri normalnom radu (Neke peći koriste fenomen indukcije za zagrijavanje lonaca i tava).

Litijumske baterije ne trpe samo toplotu, već i troše energiju prilikom bežičnog punjenja. Po svojoj prirodi, efikasnost induktivnog punjača je uvijek niža od one kod konvencionalnog punjača. Ovdje je svako slobodan da napravi svoj vlastiti izbor, ali za Freda su povećana toplina i niža efikasnost dovoljni faktori da odustane od takvih uređaja.

U svakom slučaju, najsigurniji pristup je korištenje isporučenog punjača koji preporučuje proizvođač. Ovo je jedini zajamčeni način održavanja temperature i napona u normalnim granicama.

Ako OEM punjač nije dostupan, koristite uređaj sa niskom izlaznom strujom kako biste smanjili mogućnost oštećenja baterije zbog velike snage koja se brzo isporučuje.

Jedan izvor napajanja niske struje je USB port na tipičnom računaru. Standardni USB 2.0 port obezbeđuje 500mA (0.5A) po portu, dok USB 3.0 obezbeđuje 900mA (0.9A) po portu. Poređenja radi, neki namjenski punjači mogu isporučiti 3000-4000mA (3-4A). Niska amperaža USB portova općenito garantuje sigurno punjenje uz normalno temperaturni režim za većinu modernih litijum-jonskih baterija.

Savjet 5: Ako je moguće, koristite rezervnu bateriju

Ako vam uređaj omogućava brzu zamjenu baterije, posjedovanje rezervne baterije je odlična polisa osiguranja. Ovo ne samo da udvostručuje vijek trajanja baterije, već i eliminira potrebu za potpunim pražnjenjem baterije ili korištenjem brzog punjenja. Kada baterija dostigne oznaku od 15-20 posto, jednostavno zamijenite istrošenu bateriju rezervnom i odmah ćete dobiti potpuno punjenje bez ikakvih problema sa pregrijavanjem.

Rezervna baterija ima i druge prednosti. Na primjer, ako se nađete u situaciji da je ugrađena baterija pregrijana (na primjer, zbog intenzivne upotrebe uređaja ili visoke temperature okoline), možete promijeniti vruću bateriju da se brže ohladi dok još uvijek koristite uređaj.

Posjedovanje dvije baterije eliminira potrebu za brzim punjenjem - možete bezbedno koristiti uređaj kada se baterija polako puni iz sigurnog izvora napajanja.

Fredove fatalne greške

Fred je sugerirao da je možda oštetio bateriju pametnog telefona tokom putovanja. Koristio je GPS funkciju uređaja za navigaciju po vedrom sunčanom danu. Pametni telefon je dugo bio na suncu u držaču blizu kontrolne ploče automobila, svjetlina pametnog telefona je bila uključena na maksimum kako bi se mapa razlikovala među svijetlim sunčeve zrake.

Osim toga, sve standardne pozadinske aplikacije - e-pošta, instant messenger, itd. su lansirani. Uređaj je koristio 4G modul za preuzimanje muzičkih numera i Bluetooth bežični modul za prijenos zvuka na glavnu audio jedinicu automobila. Definitivno je telefon bio pod stresom.

Da bi se telefon mogao napajati, spojen je na 12V adapter, kupljen po kriteriju niske cijene i prisutnosti ispravnog konektora.

Kombinacija direktne sunčeve svjetlosti, velikog opterećenja procesora, maksimalne svjetline ekrana i sumnjivog kvaliteta adaptera dovela je do pretjeranog pregrijavanja pametnog telefona. Fred se sa užasom prisjeća koliko je uređaj bio vruć kada je izvučen iz držača. Ovo ozbiljno pregrijavanje bilo je katalizator smrti baterije.

Činilo se da se problem pogoršao noću, kada je Fred ostavio uređaj uključen cijelu noć koristeći punjač treće strane, bez kontrole kada je baterija potpuno napunjena.

Sa svojim novim pametnim telefonom, Fred će koristiti samo integrirani punjač i rezervnu bateriju. Fred se nada dugom i sigurnom vijeku trajanja i baterije i telefona, što namjerava postići ovim savjetima.

Pronašli ste grešku u kucanju? Odaberite i pritisnite Ctrl + Enter

U ovom trenutku, litijum-jonske baterije i Li-pol (litijum polimer) baterije su široko rasprostranjene.

Razlika između njih je u elektrolitu. U prvoj verziji, helijum se koristi kao to, u drugoj, polimer zasićen otopinom koja sadrži litijum. Danas, zbog popularnosti automobila s električnim motorima, akutno je pitanje pronalaženja idealne vrste litijum-jonske baterije koja je optimalna za takvo vozilo.

Sastoji se, kao i druge baterije, od anode (porozni ugljik) i katode (litijum), separatora koji ih razdvaja i provodnika elektrolita. Proces pražnjenja je praćen prijelazom "anodnih" iona na katodu kroz separator i elektrolit. Njihov smjer je obrnut tokom punjenja (slika ispod).

Ioni kruže u procesu pražnjenja i punjenja ćelije između suprotno nabijenih elektroda.

Jonske baterije imaju katodu napravljenu od različitih metala, što je njihova glavna razlika. Proizvođači koriste za elektrode različitih materijala poboljšati performanse baterije.

Ali, dešava se da poboljšanje nekih karakteristika dovodi do oštrog pogoršanja drugih. Na primjer, optimiziranjem kapaciteta potrebnog za povećanje vremena putovanja, možete povećati snagu, sigurnost, smanjiti negativan utjecaj na okruženje. Istovremeno, možete smanjiti struju opterećenja, povećati cijenu ili veličinu baterije.

Upoznajte glavne parametre različite vrste litijumske baterije (litijum-mangan, litijum-kobalt, litijum-fosfat i nikl-mangan-kobalt) mogu biti u tabeli:

Pravila za korisnike električnog prevoza

Kapacitet takvih baterija se praktički ne smanjuje tokom dugotrajnog skladištenja. Li-ion baterije se isprazne za samo 23% ako se čuvaju na temperaturi od 60 stepeni 15 godina. Zbog ovih svojstava se široko koriste u tehnologijama električnog transporta.

Litijum-jonske baterije su pogodne za električna vozila, koja imaju kompletan kontrolni sistem ugrađen u kućište.

Iz tog razloga korisnici tokom rada zaboravljaju na osnovna pravila koja mogu produžiti njihov vijek trajanja:

baterija se mora u potpunosti napuniti odmah nakon kupovine u trgovini, budući da su elektrode u procesu proizvodnje napunjene do 50%. Stoga će se raspoloživi kapacitet smanjiti, tj. vrijeme rada ako nema početne naknade;
ne smije se dozvoliti da se baterija potpuno isprazni kako bi se sačuvao njen resurs;
potrebno je napuniti bateriju nakon svakog polaska, čak i ako je napunjenost još preostala;
Nemojte zagrijavati baterije jer visoke temperature doprinose procesu starenja. Da biste maksimalno iskoristili resurs, potrebno je izvršiti operaciju na optimalna temperatura, što je 20-25 stepeni. Zbog toga se baterija ne može čuvati u blizini izvora toplote;
po hladnom vremenu preporučuje se umotavanje baterije u plastičnu vrećicu sa vakuum bravom za čuvanje na 3-4 stepena, tj. u negrijanoj prostoriji. Napunjenost treba da bude najmanje 50% pune;
nakon što je baterija radila na niskim temperaturama, ne može se puniti bez držanja neko vrijeme na sobnoj temperaturi, tj. potrebno je zagrijati;
Bateriju je potrebno puniti punjačem koji se isporučuje uz komplet.

PU ovih baterija ima nekoliko podvrsta - litijum - LiFePO4 (gvožđe - fosfat), koristeći gvozdeno-fosfatnu katodu. Njihove karakteristike nam omogućavaju da govorimo o baterijama kao vrhuncu tehnologije koja se koristi za proizvodnju baterija.

Njihove glavne prednosti su:

broj ciklusa punjenja-pražnjenja, koji dostiže 5000 do trenutka kada se kapacitet smanji za 20%;
dug radni vek;
nedostaje "memorijski efekat";
širok temperaturni opseg sa nepromenjenim performansama (300-700 stepeni Celzijusa);
hemijsku stabilnost i termičku stabilnost, što povećava sigurnost.

Najrasprostranjenije baterije

Među mnogima, najčešće su 18650 litijum jonske baterije pet kompanija: LG, Sony, Panasonic, Samsung, Sanyo, čije se fabrike nalaze u Japanu, Kini, Maleziji i Južnoj Koreji. Planirano je da se u laptopima koriste litij-ionske 18650 baterije. Međutim, zbog uspješnog formata, koriste se u radio-upravljanim modelima, električnim vozilima, lanternama itd.

Kao i svaki kvalitetan proizvod, takve baterije imaju mnogo krivotvorina, stoga, kako biste produžili vijek trajanja uređaja, trebate kupiti samo baterije poznatih marki.

Zaštićene i nezaštićene litijum-jonske baterije

Za litijumske baterije je takođe važno da li su zaštićene ili ne. Radni opseg prvog je 4,2-2,5V (koristi se u uređajima dizajniranim za rad s litijum-jonskim izvorima): LED svjetla, kućni aparati male snage itd.

U električnim alatima, biciklima sa elektromotorima, laptopima, video i foto opremi koriste se nezaštićene baterije kojima upravlja kontroler.

Šta trebate znati o litijum-jonskim baterijama?

Prije svega, ograničenja koja se moraju poštovati tokom rada:

napon punjenja (maksimalni) ne može biti veći od 4,35V;
njegova minimalna vrijednost ne može biti niža od 2,3 V;
struja pražnjenja ne bi trebala prelaziti više od dvostruke vrijednosti kapacitivnosti. Ako je vrijednost potonjeg 2200 mAh, maksimalna struja je 4400 mA.

Funkcije koje obavlja kontroler

Zašto vam je potreban kontroler punjenja litijum jonske baterije? Obavlja nekoliko funkcija:

dovodi struju koja kompenzira samopražnjenje. Njegova vrijednost je manja od maksimalne struje punjenja, ali veća od struje samopražnjenja;
implementira efikasan algoritam ciklusa punjenja/pražnjenja za određenu bateriju;
kompenzira razliku u tokovima energije pri punjenju i pružanju energije potrošaču. Na primjer, prilikom punjenja i napajanja laptopa;
mjeri temperaturu tokom pregrijavanja ili hipotermije, sprječavajući oštećenje baterije.

Kontrolor punjenja litijum jonske baterije napravljen je ili u obliku mikrokola ugrađenog u bateriju ili kao poseban uređaj.

Za punjenje baterija bolje je koristiti standardni punjač za 18650 litijum jonske baterije koji se isporučuju u kompletu. Punjač za 18650 litijumske baterije obično ima indikaciju nivoa napunjenosti. Češće je to LED koja pokazuje kada je punjenje u toku i njegov kraj.

Na naprednijim uređajima možete pratiti preostalo vrijeme do kraja punjenja, trenutni napon na displeju. Za 18650 bateriju kapaciteta 2200mA, vrijeme punjenja je 2 sata.

Ali, važno je znati kojom strujom puniti Li ion bateriju 18650. Trebalo bi da bude polovina nominalnog kapaciteta, odnosno ako je 2000 mAh onda je optimalna struja 1A. Punjenje baterije velikom strujom brzo dolazi do njezine degradacije. Kada koristite malu struju, to će potrajati više.

Video: Kako napuniti litijum-jonski punjač baterija vlastitim rukama

Shema uređaja za punjenje baterija

izgleda ovako:

Kolo se odlikuje pouzdanošću i ponovljivošću, a ulazni dijelovi su jeftini i lako dostupni. Da bi se produžio vijek trajanja baterije, potrebno je kompetentno punjenje litij-ionskih baterija: do kraja punjenja napon bi se trebao smanjiti.

Nakon njegovog završetka, tj. kada struja dostigne nulu, punjenje litijum-jonske baterije treba prestati. Gornji krug zadovoljava ove zahtjeve: ispražnjena baterija spojena na punjač (VD3 svijetli) koristi struju od 300 mA.

Proces koji je u toku prikazan je gorućim LED VD1 Struja koja se postepeno smanjuje na 30 mA ukazuje da se baterija puni. Završetak procesa signalizira upaljena LED VD2.

Krug koristi LM358N operativno pojačalo (možete ga zamijeniti analognim KR1040UD1 ili KR574UD2, koji ima drugačiji raspored pinova), kao i VT1 S8550 tranzistor 9 žutih, crvenih i zelenih LED dioda (1,5V).

Može li se baterija oživjeti?

Nakon nekoliko godina aktivne upotrebe, baterije katastrofalno gube kapacitet, stvarajući probleme pri korištenju vašeg omiljenog uređaja. Da li je moguće i kako vratiti litij-ion bateriju dok korisnik traži zamjenu?

Povratak litijum jonske baterije je privremeno moguć na nekoliko načina.

Ako je baterija nabrekla, tj. prestao da drži punjenje, što znači da su se gasovi nakupili unutra.

Zatim postupite na sljedeći način:

kućište baterije pažljivo se odvoji od senzora;
odvajanje elektronskog senzora;
pronađite čep s upravljačkom elektronikom ispod njega i pažljivo ga probušite iglom;
zatim pronađu težak ravan predmet, veće površine od površine baterije, koji će se koristiti kao presa (ne koristiti škripac i slične uređaje);
stavite bateriju u horizontalnu ravan i pritisnite pritisnutom, imajući na umu da se baterija može oštetiti primjenom prekomjerne sile. Ako to nije dovoljno, rezultat se možda neće postići. Ovo je najvažniji trenutak;
ostaje nakapati epoksid na rupu i zalemiti senzor.

Postoje i drugi načini o kojima možete pročitati na internetu.

Punjač možete izabrati na sajtu http://18650.in.ua/chargers/.

Video: Li-ion baterije, savjeti za korištenje litijum-jonskih baterija