In moderne mobiele telefoons, camera's en andere apparaten worden meestal lithium-ionbatterijen gebruikt, ter vervanging van alkalische en nikkel-cadmiumbatterijen, waar ze in veel opzichten superieur aan zijn. Batterijen met een lithiumanode verschenen voor het eerst in de jaren 70 van de vorige eeuw en werden meteen erg populair vanwege hun hoge spanning en energie-intensiteit.

Geschiedenis van uiterlijk

De ontwikkelingen waren van korte duur, maar op praktisch niveau ontstonden er moeilijkheden die pas in de jaren negentig van de vorige eeuw werden opgelost. Vanwege de hoge activiteit van lithium vonden er chemische processen plaats in het element, wat tot brand leidde.

Begin jaren negentig vonden er een aantal ongelukken plaats: telefoongebruikers raakten tijdens het praten ernstige brandwonden als gevolg van spontane ontsteking van de elementen en vervolgens van de communicatieapparatuur zelf. In dit opzicht werden de batterijen volledig stopgezet en werden eerder uitgebrachte batterijen uit de verkoop gehaald.

Moderne lithium-ionbatterijen gebruiken geen puur metaal, alleen de geïoniseerde verbindingen, omdat ze stabieler zijn. Helaas moesten wetenschappers de capaciteiten van de batterij aanzienlijk verminderen, maar ze slaagden erin het belangrijkste te bereiken: mensen hadden geen last meer van brandwonden.

Kristallen cel diverse aansluitingen koolstof bleek geschikt te zijn voor de intercalatie van lithiumionen op de negatieve elektrode. Bij het opladen verplaatsen ze zich van de anode naar de kathode, en bij het ontladen omgekeerd.

Werkingsprincipe en variëteiten

In elke lithium-ionbatterij bestaat de basis van de negatieve elektrode uit koolstofhoudende stoffen, waarvan de structuur geordend of gedeeltelijk geordend kan worden. Afhankelijk van het materiaal varieert het proces van intercalatie van Li in C. De positieve elektrode is voornamelijk gemaakt van geplateerd nikkel of kobaltoxide.

Als we alle reacties samenvatten, kunnen ze worden weergegeven in de volgende vergelijkingen:

1. LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe - voor de kathode.
2. C + xLi+ + xe → CLix - voor de anode.

De vergelijkingen worden gepresenteerd voor het geval van ontlading tijdens het opladen waarin ze plaatsvinden achterkant. Wetenschappers doen onderzoek naar nieuwe materialen bestaande uit gemengde fosfaten en oxiden. Het is de bedoeling dat deze materialen voor de kathode worden gebruikt.

Er zijn twee soorten Li-Ion-batterijen:

1. cilindrisch;
2. prismatisch.

Het belangrijkste verschil is de locatie van de platen (in prismatisch - op elkaar). De grootte van de lithiumbatterij is hiervan afhankelijk. In de regel zijn prismatische exemplaren dichter en compacter.

Bovendien zit er een veiligheidssysteem in - een mechanisme dat, wanneer de temperatuur stijgt, de weerstand verhoogt, en wanneer de druk toeneemt, het anode-kathodecircuit wordt verbroken. Dankzij elektronisch bord het wordt onmogelijk om te sluiten, omdat het de processen in de batterij regelt.

Elektroden met tegengestelde polariteit worden gescheiden door een separator. De behuizing moet worden afgedicht; lekkage van elektrolyt of binnendringen van water en zuurstof zal zowel de batterij als het elektronische draagapparaat zelf vernietigen.

U diverse fabrikanten Een lithiumbatterij kan er heel anders uitzien; er is geen enkele vorm van het product. De verhouding van de actieve massa's van de anode tot de kathode moet ongeveer 1:1 zijn, anders is de vorming van lithiummetaal mogelijk, wat tot brand zal leiden.

Voor-en nadelen

De batterijen hebben uitstekende parameters die variëren afhankelijk van verschillende fabrikanten. De nominale spanning is 3,7−3,8 V met een maximum van 4,4 V. De energiedichtheid (een van de belangrijkste indicatoren) is 110−230 Wh/kg.

De interne weerstand varieert van 5 tot 15 mOhm/1Ah. De levensduur uitgedrukt in aantal cycli (ontladen/opladen) bedraagt ​​1000−5000 eenheden. De snelle oplaadtijd bedraagt ​​15−60 minuten. Een van de belangrijkste voordelen is het langzame zelfontladingsproces (slechts 10-20% per jaar, waarvan 3-6% in de eerste maand). Het bedrijfstemperatuurbereik is 0 C - +65 C; temperaturen onder nul, opladen is onmogelijk.

Het opladen gebeurt in verschillende fasen:

1. voor bepaald punt lekt maximale stroom aanval;
2. wanneer bedrijfsparameters worden bereikt, neemt de stroom geleidelijk af tot 3% van de maximale waarde.

Tijdens opslag is periodiek opladen ongeveer elke 500 uur nodig om de zelfontlading te compenseren. Bij overladen kan lithiummetaal worden afgezet, dat in wisselwerking met de elektrolyt zuurstof vormt. Dit verhoogt het risico op drukverlaging als gevolg van verhoogde interne druk.

Regelmatig opladen verkort de levensduur van de batterij aanzienlijk. Bovendien heeft het invloed omgeving, temperatuur, stroom, enz.

Het element heeft nadelen, waaronder de volgende:

gebruiksvoorwaarden

Het is het beste om de batterij onder de volgende omstandigheden op te slaan: De lading moet minimaal 40% zijn en de temperatuur mag niet erg laag of hoog zijn. De beste optie is het bereik van 0C tot +10C. Normaal gesproken gaat ongeveer 4% van de capaciteit in 2 jaar verloren. Daarom wordt het afgeraden om batterijen voor meer dan 2 jaar te kopen. vroege data productie.

Wetenschappers hebben een manier bedacht om de houdbaarheid te verlengen. Aan de elektrolyt wordt een geschikt conserveermiddel toegevoegd. Voor dergelijke batterijen moet echter “training” worden uitgevoerd in de vorm van 2-3 volledige ontlaad-/oplaadcycli, zodat ze vervolgens in een mum van tijd kunnen werken. normale modus. Anders kan er een “geheugeneffect” optreden en de daaropvolgende zwelling van de hele structuur. Bij correct gebruik en naleving van alle opslagnormen kan de batterij dienen voor een lange tijd, terwijl de capaciteit op een hoog niveau zal blijven.

Laad- en ontlaadprocessen van elk batterijen optreden als een chemische reactie. Echter, de lithiumlading ionen batterijen- dit is een uitzondering op de regel. Wetenschappelijk onderzoek tonen de energie van dergelijke batterijen als de chaotische beweging van ionen. De uitspraken van experts verdienen aandacht. Als de wetenschap lithium-ionbatterijen correct wil opladen, moeten deze apparaten eeuwig meegaan.

Wetenschappers zien bewijs van verlies aan nuttige batterijcapaciteit, bevestigd door de praktijk, in ionen die worden geblokkeerd door zogenaamde vallen.

Daarom, zoals bij anderen het geval is vergelijkbare systemen Lithium-ionapparaten zijn bij praktisch gebruik niet immuun voor defecten.

Opladers voor Li-ion-ontwerpen vertonen enkele overeenkomsten met apparaten die zijn ontworpen voor loodzuursystemen.

Maar de belangrijkste verschillen tussen dergelijke laders zijn te zien in de toevoer van verhoogde spanningen naar de cellen. Bovendien zijn er nauwere stroomtoleranties, plus de eliminatie van intermitterend of druppelladen wanneer de batterij volledig is opgeladen.

Een relatief krachtig energieapparaat dat kan worden gebruikt als energieopslagapparaat voor constructies alternatieve bronnen energie

Als er enige flexibiliteit is op het gebied van het aansluiten/ontkoppelen van de spanning, wijzen fabrikanten van lithium-ionsystemen deze aanpak categorisch af.

Li-ion-batterijen en de bedieningsregels voor deze apparaten laten de mogelijkheid van onbeperkt overladen niet toe.

Daarom bestaat er geen zogenaamde “wonder”-oplader voor lithium-ionbatterijen die hun levensduur langdurig kunnen verlengen.

Het is onmogelijk om via pulsladen of andere bekende trucs extra Li-ion-capaciteit te verkrijgen. Lithium-ion-energie is een soort ‘schoon’ systeem dat een strikt beperkte hoeveelheid energie accepteert.

Kobalt-gemengde batterijen opladen

Klassieke ontwerpen lithium-ion batterijen uitgerust met kathodes waarvan de structuur bestaat uit materialen:

• kobalt,
• nikkel,
• mangaan,
• aluminium.

Ze worden doorgaans allemaal opgeladen met een spanning van maximaal 4,20 V/I. De toegestane afwijking bedraagt ​​maximaal +/- 50 mV/I. Maar dat is er ook individuele soorten Op nikkel gebaseerde lithium-ionbatterijen, die laadspanningen tot 4,10 V/I mogelijk maken.

Met kobalt gemengde lithium-ionbatterijen zijn uitgerust met interne beveiligingscircuits, maar dit voorkomt zelden dat de batterij explodeert wanneer deze wordt overladen.

Ook zijn er ontwikkelingen van lithium-ion accu’s, waarbij het percentage lithium is verhoogd. Voor hen kan de laadspanning 4,30V/I en hoger bereiken.

Welnu, het verhogen van de spanning vergroot de capaciteit, maar als de spanning de specificatie overschrijdt, kan dit leiden tot vernietiging van de batterijstructuur.

Daarom zijn lithium-ionbatterijen voor het grootste deel uitgerust met beveiligingscircuits, die tot doel hebben de gevestigde norm te handhaven.

Volledige of gedeeltelijke betaling

De praktijk leert echter: de krachtigste lithium-ionbatterijen kunnen meer aan hoog niveau spanning, op voorwaarde dat deze gedurende een korte periode wordt geleverd.

Met deze optie bedraagt ​​de laadefficiëntie ongeveer 99% en blijft de cel gedurende de gehele oplaadtijd koel. Het is waar dat sommige lithium-ionbatterijen nog steeds 4 tot 5 graden Celsius opwarmen als ze volledig zijn opgeladen.

Dit kan te wijten zijn aan bescherming of aan een hoge interne weerstand. Bij dergelijke accu's moet het opladen worden gestopt als de temperatuur bij een gematigde laadsnelheid boven de 10ºC komt.

Lithium-ionbatterijen erin oplader aan het opladen. De indicator geeft aan dat de batterijen volledig zijn opgeladen. Verder proces dreigt de batterijen te beschadigen

Het volledig opladen van met kobalt gemengde systemen vindt plaats bij een drempelspanning. In dit geval daalt de stroom met maximaal 3-5% van de nominale waarde.

De batterij zal een volledige lading vertonen, zelfs wanneer deze een bepaald capaciteitsniveau bereikt dat lange tijd onveranderd blijft. De reden hiervoor kan een verhoogde zelfontlading van de batterij zijn.

Toenemende laadstroom en laadverzadiging

Opgemerkt moet worden dat het verhogen van de laadstroom het bereiken van een volledige laadtoestand niet versnelt. Lithium bereikt sneller de piekspanning, maar het opladen totdat de capaciteit volledig verzadigd is duurt langer. Het opladen van de batterij met een hoge stroomsterkte verhoogt de batterijcapaciteit echter snel tot ongeveer 70%.

Lithium-ionbatterijen ondersteunen geen verplichte batterijen volledig opgeladen, zoals het geval is bij zuur-loodapparaten. Bovendien is deze oplaadmogelijkheid onwenselijk voor Li-ion. Sterker nog, het is beter om de accu niet volledig op te laden, omdat hoge spanning de accu ‘belast’.

Keuze van drempel meer lage spanning of volledige verwijdering van de verzadigingslading helpt de levensduur van de lithium-ionbatterij te verlengen. Het is waar dat deze aanpak gepaard gaat met een afname van de energievrijgavetijd van de batterij.

Het is de moeite waard om hier op te merken: huishoudelijke opladers werken doorgaans door maximale kracht en ondersteunen geen aanpassingen laadstroom(spanning).

Fabrikanten van lithium-ionbatterijladers voor consumenten schatten een lange levensduur van minder dan belangrijke factor dan de kosten van ingewikkelde circuitoplossingen.

Li-ion-batterijladers

Sommige goedkope huishoudelijke opladers werken vaak met een vereenvoudigde methode. Laad een lithium-ionbatterij in één uur of minder op, zonder dat er sprake is van verzadigingslading.

De gereedindicator op dergelijke apparaten gaat branden wanneer de batterij in de eerste fase de spanningsdrempel bereikt. De laadstatus bedraagt ​​ongeveer 85%, wat vaak tot tevredenheid van veel gebruikers leidt.

Deze in eigen land geproduceerde oplader wordt aangeboden om mee te werken verschillende batterijen, ook met lithium-ionbatterijen. Het apparaat heeft een spannings- en stroomregelsysteem, wat al goed is

Professionele laders (duur) onderscheiden zich doordat ze de laadspanningsdrempel lager instellen, waardoor de levensduur van de lithium-ionbatterij wordt verlengd.

De tabel laat zien ontwerpcapaciteit bij het opladen met dergelijke apparaten bij verschillende spanningsdrempels, met en zonder verzadigingslading:

Laadspanning, V/per cel	Capaciteit bij hoogspanningsafschakeling, %	Oplaadtijd, min	Capaciteit bij volledige verzadiging,%
3.80	60	120	65
3.90	70	135	75
4.00	75	150	80
4.10	80	165	90
4.20	85	180	100

Zodra de lithium-ionbatterij begint op te laden, neemt de spanning snel toe. Dit gedrag is vergelijkbaar met het heffen van een last met een elastiekje als er sprake is van een vertragingseffect.

Capaciteit wordt uiteindelijk gewonnen als de accu volledig is opgeladen. Deze laadkarakteristiek is typisch voor alle accu's.

Hoe hoger de laadstroom, hoe helderder het elastiekeffect. Lage temperatuur of de aanwezigheid van een cel met hoge interne weerstand versterkt het effect alleen maar.

De structuur van een lithium-ionbatterij in zijn eenvoudigste vorm: 1- negatieve rail gemaakt van koper; 2 — positieve band gemaakt van aluminium; 3 - kobaltoxide-anode; 4-grafietkathode; 5 - elektrolyt

Het beoordelen van de laadtoestand door de spanning van een opgeladen batterij af te lezen is onpraktisch. Het meten van de nullastspanning nadat de accu enkele uren heeft stilgestaan, is de beste evaluatie-indicator.

Net als bij andere accu's heeft de temperatuur op dezelfde manier invloed op het stationaire toerental actief materiaal lithium ion batterij. , laptops en andere apparaten wordt geschat door het tellen van coulombs.

Lithium-ionbatterij: verzadigingsdrempel

Li-ion batterij niet in staat overtollige lading te absorberen. Daarom moet, wanneer de batterij volledig verzadigd is, de laadstroom onmiddellijk worden verwijderd.

Een constante stroomlading kan leiden tot metallisatie van lithiumelementen, wat in strijd is met het principe van het garanderen van de veilige werking van dergelijke batterijen.

Om de vorming van defecten te minimaliseren, moet u de lithium-ionbatterij zo snel mogelijk loskoppelen wanneer deze de pieklading bereikt.

Deze batterij neemt niet langer precies zoveel lading op als zou moeten. Vanwege onjuist opladen het heeft zijn belangrijkste eigenschappen van energieopslag verloren

Zodra het opladen stopt, begint de spanning van de lithium-ionbatterij te dalen. Het effect van het verminderen van fysieke stress verschijnt.

Even spanning ijdele beweging wordt verdeeld tussen ongelijkmatig geladen cellen met een spanning van 3,70 V en 3,90 V.

Hier trekt het proces ook de aandacht wanneer een lithium-ionbatterij, die een volledig verzadigde lading heeft gekregen, de naburige batterij begint op te laden (als er een in het circuit is opgenomen), die geen verzadigingslading heeft ontvangen.

Wanneer lithium-ionbatterijen voortdurend op de lader moeten worden gehouden om ervoor te zorgen dat ze gereed zijn, moet u vertrouwen op laders die over een kobeschikken.

De flitslader wordt ingeschakeld wanneer de nullastspanning daalt tot 4,05 V/I en wordt uitgeschakeld wanneer de spanning 4,20 V/I bereikt.

Opladers die zijn ontworpen voor gebruik in stand-by of stand-by laten vaak toe dat de accuspanning daalt tot 4,00 V/I en laden Li-Ion-accu's alleen op tot 4,05 V/I in plaats van het volledige niveau van 4,20 V/I te bereiken.

Deze techniek vermindert de fysieke spanning, die inherent verbonden is met technische spanning, en helpt de levensduur van de batterij te verlengen.

Kobaltvrije batterijen opladen

Traditionele batterijen hebben een nominale celspanning van 3,60 volt. Voor apparaten die geen kobalt bevatten, is de beoordeling echter anders.

Lithiumfosfaatbatterijen hebben dus een nominale waarde van 3,20 volt ( laadspanning 3,65 V). En nieuwe lithiumtitanaatbatterijen (gemaakt in Rusland) hebben een nominale celspanning van 2,40 V (laderspanning 2,85).

Lithiumfosfaatbatterijen zijn energieopslagapparaten die geen kobalt in hun structuur bevatten. Dit feit verandert enigszins de oplaadomstandigheden voor dergelijke batterijen.

Traditionele laders zijn niet geschikt voor dergelijke batterijen, omdat ze de batterij overbelasten met explosiegevaar. Omgekeerd zal een laadsysteem voor kobaltvrije batterijen niet voldoende lading leveren aan een traditionele 3,60V lithium-ionbatterij.

Overmatige lading van de lithium-ionbatterij

De lithium-ionbatterij werkt veilig binnen de gespecificeerde bedrijfsspanningen. De prestaties van de batterij worden echter onstabiel als deze boven de bedrijfslimieten wordt opgeladen.

Het langdurig opladen van een lithium-ionbatterij met een spanning van meer dan 4,30 V, ontworpen voor een bedrijfsvermogen van 4,20 V, is beladen met lithiummetallisering van de anode.

Het kathodemateriaal verkrijgt op zijn beurt de eigenschappen van een oxidatiemiddel, verliest zijn stabiliteit en geeft kooldioxide vrij.

De druk van de batterijcel neemt toe en als het opladen doorgaat, gaat het apparaat verder interne bescherming zal werken bij een druk van 1000 kPa tot 3180 kPa.

Als de drukstijging hierna doorzet, opent het beschermmembraan bij een drukniveau van 3.450 kPa. In deze toestand staat de lithium-ionbatterijcel op het punt te exploderen en uiteindelijk gebeurt dat ook.

Structuur: 1 - bovenklep; 2 - bovenste isolator; 3 - stalen blik; 4 - onderste isolator; 5 — anodelipje; 6 - kathode; 7 - scheider; 8 - anode; 9 — kathodelipje; 10 - ontluchting; 11 - PTC; 12 — pakking

Het activeren van de bescherming in een lithium-ionbatterij gaat gepaard met een stijging van de temperatuur van de interne inhoud. Een volledig opgeladen batterij heeft een hogere interne temperatuur dan een gedeeltelijk opgeladen batterij.

Daarom lijken lithium-ionbatterijen veiliger wanneer ze op een laag niveau worden opgeladen. Dat is de reden waarom de autoriteiten van sommige landen het gebruik van Li-ion-batterijen vereisen in vliegtuigen die niet meer dan 30% van hun volledige capaciteit met energie verzadigd zijn.

Drempel interne temperatuur batterij op volledig geladen is:

• 130-150°C (voor lithium-kobalt);
• 170-180°C (voor nikkel-mangaan-kobalt);
• 230-250°C (voor lithiummangaan).

Opgemerkt moet worden: lithiumfosfaatbatterijen hebben een betere temperatuurstabiliteit dan lithium-mangaanbatterijen. Lithium-ionbatterijen zijn niet de enige die een gevaar vormen bij overbelasting van de energie.

Lood-nikkelbatterijen zijn bijvoorbeeld ook gevoelig voor smelten en daaropvolgende brand als energieverzadiging wordt uitgevoerd in strijd met het paspoortregime.

Daarom is het gebruik van laders die perfect op de accu zijn afgestemd van het allergrootste belang voor alle lithium-ion accu’s.

Enkele conclusies uit de analyse

Het opladen van lithium-ionbatterijen heeft een vereenvoudigde procedure vergeleken met nikkelsystemen. Het laadcircuit is eenvoudig, met spannings- en stroomlimieten.

Dit circuit is veel eenvoudiger dan een circuit dat complexe spanningssignaturen analyseert die veranderen naarmate de batterij wordt gebruikt.

Het energieverzadigingsproces van lithium-ionbatterijen maakt onderbrekingen mogelijk; deze batterijen hoeven niet volledig verzadigd te zijn, zoals bij loodzuurbatterijen het geval is.

Controllercircuit voor lithium-ionbatterijen met laag vermogen. Een eenvoudige oplossing en een minimum aan details. Maar het circuit biedt geen cyclusomstandigheden waaronder langetermijn Diensten

De eigenschappen van lithium-ionbatterijen beloven voordelen bij de werking van hernieuwbare energiebronnen ( zonnepanelen en windturbines). In de regel levert een windgenerator zelden een volledige acculading.

Voor lithium-ion vereenvoudigt het ontbreken van stabiele oplaadvereisten het ontwerp van de laadregelaar. Een lithium-ionbatterij heeft geen controller nodig om spanning en stroom gelijk te maken, zoals vereist is bij loodzuurbatterijen.

Alle huishoudelijke en de meeste industriële lithium-ionladers laden de batterij volledig op. Echter bestaande apparaten Het opladen van lithium-ionbatterijen biedt over het algemeen geen spanningsregeling aan het einde van de cyclus.

Lithium-ionbatterijen zijn niet zo kieskeurig als hun nikkel-metaalhydride-tegenhangers, maar ze vereisen nog steeds enige zorg. Vasthouden aan vijf eenvoudige regels , je kunt niet alleen verlengen levenscyclus lithium-ionbatterijen, maar verlengen ook de gebruiksduur van mobiele apparaten zonder op te laden.

Sta geen volledige ontlading toe. Lithium-ionbatterijen kennen niet het zogenaamde geheugeneffect, waardoor ze kunnen en bovendien moeten worden opgeladen zonder te wachten tot ze tot nul zijn ontladen. Veel fabrikanten berekenen de levensduur van een lithium-ionbatterij aan de hand van het aantal volledige ontladingscycli (tot 0%). Voor kwaliteitsbatterijen dit 400-600 cycli. Laad uw telefoon vaker op om de levensduur van uw lithium-ionbatterij te verlengen. Optimaal, zodra de batterijlading onder de 10-20 procent zakt, kunt u de telefoon opladen. Hierdoor zal het aantal ontladingscycli toenemen 1000-1100 .
Deskundigen beschrijven dit proces met een indicator als Depth Of Discharge. Als uw telefoon tot 20% is ontladen, is de ontladingsdiepte 80%. De onderstaande tabel toont de afhankelijkheid van het aantal ontladingscycli van een lithium-ionbatterij en de ontladingsdiepte:

Eén keer per 3 maanden ontslag. Langdurig volledig opladen is net zo schadelijk voor lithium-ionbatterijen als voortdurend ontladen tot nul.
Wegens extreem onstabiel proces opladen (we laden de telefoon vaak op als dat nodig is, en waar mogelijk, via USB, via een stopcontact, vanaf externe batterij etc.) adviseren experts om de batterij elke 3 maanden volledig te ontladen en vervolgens tot 100% op te laden en deze gedurende 8-12 uur opgeladen te houden. Dit helpt bij het resetten van de zogenaamde hoge en lage batterijvlaggen. Hier kunt u meer over lezen.

Gedeeltelijk opgeladen opbergen. De optimale conditie voor langdurige opslag van een lithium-ionbatterij is een lading tussen 30 en 50 procent bij 15°C. Als u de batterij volledig opgeladen laat, zal de capaciteit ervan na verloop van tijd aanzienlijk afnemen. Maar de batterij, die al heel lang stof op een plank heeft liggen verzamelen en tot nul is ontladen, leeft hoogstwaarschijnlijk niet meer - het is tijd om hem voor recycling te sturen.
Onderstaande tabel laat zien hoeveel capaciteit er nog over is in een lithium-ion accu, afhankelijk van de opslagtemperatuur en het laadniveau bij opslag gedurende 1 jaar.

Gebruik de originele oplader. Weinig mensen weten dat de oplader in de meeste gevallen rechtstreeks in mobiele apparaten en extern is ingebouwd netwerkadapter Het verlaagt alleen de spanning en corrigeert de stroom van het elektrische netwerk van het huishouden, dat wil zeggen dat het geen directe invloed heeft op de batterij. Sommige gadgets, b.v. digitale fototoestellen, hebben geen ingebouwde oplader en daarom worden hun lithium-ionbatterijen in een externe “oplader” geplaatst. Dit is waar het gebruik van een externe oplader van twijfelachtige kwaliteit in plaats van de originele de prestaties van de batterij negatief kan beïnvloeden.

Vermijd oververhitting. goed en ergste vijand lithium-ionbatterijen zijn dat wel warmte– ze kunnen helemaal niet tegen oververhitting. Daarom niet toestaan mobiele toestellen direct zonnestralen en laat ze niet in de buurt van warmtebronnen zoals elektrische verwarmingstoestellen liggen. Maximaal toegestane temperaturen, waarin het mogelijk is om lithium-ionbatterijen te gebruiken: van –40°C tot +50°C

Je kunt ook kijken

Tegenwoordig worden lithium-ionbatterijen het vaakst op verschillende gebieden gebruikt. Ze worden vooral veel gebruikt in mobiele elektronica (PDA's, mobiele telefoons, laptops en nog veel meer), elektrische voertuigen, enzovoort. Dit komt door hun voordelen ten opzichte van de voorheen veelgebruikte nikkel-cadmium (Ni-Cd) en nikkel-metaalhydride (Ni-MH) batterijen. En als deze laatste dicht bij hun theoretische limiet zijn gekomen, staat de lithium-ionbatterijtechnologie aan het begin van zijn reis.

Apparaat

In lithium-ionbatterijen fungeert aluminium als de negatieve elektrode (kathode) en koper als de positieve elektrode (anode). Elektroden kunnen in verschillende vormen worden gemaakt, maar in de regel zijn ze folie in de vorm van een langwerpig pakket of een cilinder.

• Het anodemateriaal op de koperfolie en het kathodemateriaal op de aluminiumfolie worden gescheiden door een poreuze separator, die is geïmpregneerd met een elektrolyt.
• Het elektrodepakket is geïnstalleerd in een afgesloten behuizing en de anodes en kathodes zijn aangesloten op stroomcollectorterminals
• Mogelijk zit er onder het batterijklepje speciale apparaten. Eén apparaat reageert door de weerstand tegen een positieve temperatuurcoëfficiënt te vergroten. Het tweede apparaat verbreekt de elektrische verbinding tussen de positieve pool en de kathode wanneer de gasdruk in de batterij boven de toegestane limiet stijgt. In sommige gevallen is de behuizing uitgerust met een veiligheidsklep die de interne druk verlicht bij overtreding van de bedrijfsomstandigheden of noodsituaties.
• Om de bedrijfsveiligheid te vergroten, maakt een aantal batterijen ook gebruik van externe batterijen elektronische bescherming. Het voorkomt de mogelijkheid van overmatige verwarming, kortsluiting en het opladen van de batterij.
• Structureel worden batterijen geproduceerd in prismatische en cilindrische versies. Een opgerold pakket van separator en elektroden in cilindrische batterijen wordt in een aluminium of stalen behuizing geplaatst, waaraan het wordt verbonden negatieve elektrode. De positieve pool van de batterij wordt via de isolator naar het deksel geleid. Prismatische batterijen ontstaan ​​door rechthoekige platen op elkaar te stapelen.

Dit soort lithium-ionbatterijen maken een strakkere verpakking mogelijk, maar het is moeilijker om drukkrachten op de elektroden te handhaven dan cilindrische batterijen. Een aantal prismatische batterijen maakt gebruik van een rolsamenstel van een pakket elektroden dat in een elliptische spiraal is gedraaid.

De meeste batterijen worden in prismatische versies geproduceerd, omdat hun hoofddoel is om de werking van laptops en mobiele telefoons te garanderen. Het ontwerp van Li-ion-batterijen is volledig gesloten. Deze vereiste gedicteerd door de ontoelaatbaarheid van lekkage van vloeibare elektrolyt. Als er waterdamp of zuurstof binnendringt, vindt er een reactie plaats met de elektrolyt- en elektrodematerialen, wat leidt tot volledig falen van de batterij.

Operatie principe

• Lithium-ionbatterijen hebben twee elektroden in de vorm van een anode en een kathode, met daartussen een elektrolyt. Bij de anode bij het aansluiten van de accu gesloten circuit er ontstaat een chemische reactie die leidt tot de vorming van vrije elektronen.
• Deze elektronen hebben de neiging de kathode te bereiken, waar hun concentratie lager is. Echter, van rechte pad De elektrolyt, die zich tussen de elektroden bevindt, houdt ze van de anode tot de kathode vast. Stoffelijk overschot de enige manier- via het circuit waar de batterij gesloten is. In dit geval voorzien elektronen, die langs het gespecificeerde circuit bewegen, het apparaat van energie.
• De positief geladen lithiumionen, die door de op hol geslagen elektronen zijn achtergebleven, worden tegelijkertijd door de elektrolyt naar de kathode geleid om aan de vraag naar elektronen aan de kathodezijde te voldoen.
• Nadat alle elektronen naar de kathode zijn verplaatst, vindt de "dood" van de batterij plaats. Maar de lithium-ionbatterij is oplaadbaar, wat betekent dat het proces kan worden omgekeerd.

Met behulp van een oplader kunt u energie in het circuit introduceren, waardoor de reactie op gang komt tegengestelde richting. Het resultaat zal een ophoping van elektronen op de anode zijn. Zodra de batterij is opgeladen, blijft dit grotendeels zo totdat deze wordt geactiveerd. Na verloop van tijd zal de batterij echter een deel van zijn lading verliezen, zelfs in de standby-modus.

• Batterijcapaciteit verwijst naar het aantal lithiumionen dat zich kan inbedden in de kraters en kleine poriën van de anode of kathode. Na verloop van tijd, na talloze oplaadbeurten, gaan de kathode en anode achteruit. Als gevolg hiervan neemt het aantal ionen dat ze kunnen huisvesten af. In dit geval kan de batterij niet langer dezelfde hoeveelheid lading vasthouden. Uiteindelijk verliest het zijn functies volledig.

Lithium-ionbatterijen zijn zo ontworpen dat het opladen ervan voortdurend moet worden gecontroleerd. Voor dit doel is een speciale vergoeding, het wordt een laadregelaar genoemd. De chip op het bord regelt het laadproces van de batterij.

Het standaard opladen van de batterij ziet er als volgt uit:

• Aan het begin van het laadproces levert de controller een stroom van 10% van de nominale stroom. IN dit moment de spanning stijgt naar 2,8 V.
• Vervolgens neemt de laadstroom toe tot de nominale stroom. Gedurende deze periode is de spanning op gelijkstroom stijgt naar 4,2 V.
• Aan het einde van het laadproces daalt de stroom naar constante spanning 4,2 V totdat de batterij 100% is opgeladen.

Afhankelijk van de toepassing kan de fasering variëren verschillende controleurs, wat leidt tot verschillende snelheden opladen en daarmee de totale kosten van de batterij. Lithium-ionbatterijen kunnen zonder bescherming zijn, dat wil zeggen dat de controller zich in de oplader bevindt, of met ingebouwde bescherming, dat wil zeggen dat de controller zich in de batterij bevindt. Er kunnen apparaten zijn waarbij de beveiligingsplaat rechtstreeks in de batterij is ingebouwd.

Rassen en toepassingen

Er zijn twee vormfactoren van lithium-ionbatterijen:

1. Cilindrische lithium-ionbatterijen.
2. Lithium-ionbatterijen voor tablets.

De verschillende subtypes van het elektrochemische lithium-ionsysteem worden genoemd naar het type werkzame stof dat wordt gebruikt. Wat al deze lithium-ionbatterijen gemeen hebben, is dat het allemaal gesloten, onderhoudsvrije batterijen zijn.

Er zijn 6 meest voorkomende typen lithium-ionbatterijen:

1. Lithium-kobaltbatterij . Het is een populaire oplossing voor digitale fototoestellen, laptops en mobieltjes vanwege de hoge specifieke energie-intensiteit. De batterij bestaat uit een kobaltoxidekathode en een grafietanode. Nadelen van lithiumkobaltbatterijen: beperkte mogelijkheden belastingen, lage thermische stabiliteit en relatief korte termijn Diensten.

Gebruiksgebieden ; mobiele elektronica.

1. Lithium-mangaanbatterij . De kristallijne lithiummangaan-spinelkathode heeft een driedimensionale raamwerkstructuur. Spinel biedt een lage weerstand, maar heeft een meer gematigde energiedichtheid dan kobalt.

Toepassingsgebieden; elektrische eenheden, medische apparatuur, elektrisch gereedschap.

1. Lithium-nikkel-mangaan-kobaltoxide-batterij . De batterijkathode combineert kobalt, mangaan en nikkel. Nikkel staat bekend om zijn hoge specifieke energie-intensiteit, maar lage stabiliteit. Mangaan levert laag interne weerstand leidt echter tot een lage specifieke energie-intensiteit. Door de combinatie van metalen kun je hun nadelen compenseren en hun sterke punten gebruiken.

Toepassingsgebieden; voor particulier en industrieel gebruik (beveiligingssystemen, zonne-energiecentrales, noodverlichting, telecommunicatie, elektrische voertuigen, elektrische fietsen enzovoort).

1. Lithium-ijzerfosfaatbatterij . De belangrijkste voordelen: lange levensduur, hoge performantie huidige sterkte, weerstand tegen misbruik, verhoogde veiligheid en goede thermische stabiliteit. Deze batterij heeft echter een kleine capaciteit.

Toepassingsgebieden: stationaire en draagbare gespecialiseerde apparaten waar uithoudingsvermogen en hoge belastingsstromen vereist zijn.

1. Lithium-nikkel-kobalt-aluminiumoxide-batterij . De belangrijkste voordelen: hoge energiedichtheid en energie-intensiteit, duurzaamheid. De veiligheidsprestaties en de hoge kosten beperken echter het gebruik ervan.

Toepassingsgebieden; elektrische aandrijflijnen, industriële en medische apparatuur.

1. Lithiumtitanaatbatterij . De belangrijkste voordelen: snel opladen, lange levensduur, breed temperatuurbereik, uitstekende prestaties en veiligheid. Dit is de veiligste lithium-ionbatterij die beschikbaar is.

Het heeft echter hoge kosten en een lage specifieke energie-intensiteit. Momenteel zijn er ontwikkelingen gaande om de productiekosten te verlagen en de specifieke energie-intensiteit te verhogen.

Toepassingsgebieden; straat, elektrische aandrijfeenheden van auto's (Honda Fit-EV, Mitsubishi i-MiEV), UPS.

Typische eigenschappen

Over het algemeen hebben lithium-ionbatterijen de volgende typische kenmerken:

• De minimale spanning is niet lager dan 2,2-2,5V.
• De maximale spanning is niet hoger dan 4,25-4,35V.
• Oplaadtijd: 2-4 uur.
• Zelfontlading bij kamertemperatuur- ongeveer 7% per jaar.
• Bedrijfstemperatuurbereik van −20 °C tot +60 °C.
• Het aantal laad-/ontlaadcycli totdat een capaciteitsverlies van 20% wordt bereikt, bedraagt ​​500-1000.

Voor-en nadelen

De voordelen zijn onder meer:

• Hoge energiedichtheid vergeleken met alkalibatterijen die nikkel gebruiken.
• De spanning van één batterijcel is behoorlijk hoog.
• Er is geen sprake van een “geheugeneffect”, wat zorgt voor een eenvoudige bediening.
• Een aanzienlijk aantal laad-ontlaadcycli.
• Lange levensduur.
• Groot temperatuurbereik voor consistente prestaties.
• Relatieve milieuveiligheid.

Een van de nadelen zijn:

• Matige ontlaadstroom.
• Relatief snelle veroudering.
• Relatief hoge kosten.
• Onmogelijkheid om te werken zonder ingebouwde controller.
• Waarschijnlijkheid van zelfontbranding hoge belastingen en wanneer de ontlading te diep is.
• Het ontwerp vereist aanzienlijke verbeteringen, omdat het niet geperfectioneerd is.

De eerste experimenten om galvanische lithiumcellen te maken dateren van 1012. Een echt werkend model werd in 1940 gemaakt, de eerste productie-exemplaren (niet-oplaadbaar!) verschenen in de jaren '70, en de triomfantelijke opmars van dit type batterij begon begin jaren '90, toen het Japanse bedrijf Sony hun commerciële productie.

Momenteel wordt aangenomen dat dit een van de meest veelbelovende gebieden is voor het creëren van autonomie elektrische bronnen energie ondanks hun vrij hoge (op het huidige niveau) kosten.

Het belangrijkste voordeel van dit type batterij is de hoge energiedichtheid (ongeveer 100 W/uur per 1 kg gewicht) en de mogelijkheid om een ​​grote laad-/ontlaadcyclus uit te voeren.

De nieuw gemaakte batterijen worden ook gekenmerkt door zo'n uitstekende indicator als lage snelheid zelfontlading (slechts van 3 tot 5% in de eerste maand, met een daaropvolgende afname van deze indicator). Dit maakt het mogelijk

En dat is nog niet alles - vergeleken met het wijdverbreide Ni-Cd, nieuw schema met dezelfde afmetingen biedt het drie keer betere prestaties met vrijwel geen negatief geheugeneffect.

Negatieve kenmerken

lithium-ion batterijen.

Allereerst de hoge kosten, de noodzaak om de batterij opgeladen te houden en het zogenaamde “verouderingseffect”, dat zich zelfs manifesteert als de galvanische cel niet in gebruik is geweest. De laatste onaangename eigenschap manifesteert zich in een constante afname van de capaciteit, wat na twee jaar kan leiden tot volledig falen van het product.