Sa modernong mga mobile phone, camera at iba pang mga device, ang mga lithium-ion na baterya ay kadalasang ginagamit, na pinapalitan ang alkaline at nickel-cadmium na mga baterya, na kung saan sila ay nakahihigit sa maraming aspeto. Ang mga baterya na may lithium anode ay unang lumitaw noong 70s ng nakaraang siglo at agad na naging napakapopular dahil sa kanilang mataas na boltahe at intensity ng enerhiya.

Kasaysayan ng hitsura

Ang mga pag-unlad ay maikli ang buhay, ngunit ang mga paghihirap ay lumitaw sa praktikal na antas na nalutas lamang noong 90s ng huling siglo. Dahil sa mataas na aktibidad ng lithium, naganap ang mga kemikal na proseso sa loob ng elemento, na humantong sa sunog.

Noong unang bahagi ng 90s, maraming aksidente ang naganap - ang mga gumagamit ng telepono, habang nakikipag-usap, ay nakatanggap ng matinding pagkasunog bilang resulta ng kusang pag-aapoy ng mga elemento, at pagkatapos ng mga aparatong pangkomunikasyon mismo. Kaugnay nito, ang mga baterya ay ganap na hindi na ipinagpatuloy at ang mga naunang inilabas ay ibinalik mula sa pagbebenta.

Ang mga modernong lithium-ion na baterya ay hindi gumagamit ng purong metal, tanging ang mga ionized compound nito, dahil mas matatag ang mga ito. Sa kasamaang palad, ang mga siyentipiko ay kailangang makabuluhang bawasan ang mga kakayahan ng baterya, ngunit nagawa nilang makamit ang pangunahing bagay - ang mga tao ay hindi na nagdusa mula sa pagkasunog.

Kristal na sala-sala iba't ibang koneksyon Ang carbon ay natagpuan na angkop para sa intercalation ng mga lithium ions sa negatibong elektrod. Kapag nagcha-charge, lumipat sila mula sa anode patungo sa katod, at kapag naglalabas, kabaliktaran.

Prinsipyo ng pagpapatakbo at mga uri

Sa bawat baterya ng lithium-ion, ang batayan ng negatibong elektrod ay mga sangkap na naglalaman ng carbon, ang istraktura kung saan maaaring mag-order o bahagyang mag-order. Depende sa materyal, ang proseso ng intercalation ng Li sa C ay nag-iiba. Ang positibong elektrod ay pangunahing gawa sa nikel o cobalt oxide.

Ang pagbubuod ng lahat ng mga reaksyon, maaari silang katawanin sa mga sumusunod na equation:

1. LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe - para sa katod.
2. C + xLi+ + xe → CLix - para sa anode.

Ang mga equation ay ipinakita para sa kaso ng discharge kapag nagcha-charge, dumaloy sila reverse side. Ang mga siyentipiko ay nagsasagawa ng pananaliksik sa mga bagong materyales na binubuo ng mga halo-halong phosphate at oxide. Ang mga materyales na ito ay binalak na gamitin para sa katod.

Mayroong dalawang uri ng mga Li-Ion na baterya:

1. cylindrical;
2. prismatiko.

Ang pangunahing pagkakaiba ay ang lokasyon ng mga plato (sa prismatic - sa ibabaw ng bawat isa). Ang laki ng baterya ng lithium ay nakasalalay dito. Bilang isang patakaran, ang mga prismatic ay mas siksik at mas compact.

Bilang karagdagan, mayroong isang sistema ng kaligtasan sa loob - isang mekanismo na, kapag tumaas ang temperatura, pinatataas ang paglaban, at kapag tumaas ang presyon, sinisira nito ang anode-cathode circuit. Salamat sa elektronikong board nagiging imposible itong isara, dahil kinokontrol nito ang mga proseso sa loob ng baterya.

Ang mga electrodes ng kabaligtaran na polarity ay pinaghihiwalay ng isang separator. Ang kaso ay dapat na selyado;

U iba't ibang mga tagagawa Ang isang baterya ng lithium ay maaaring magmukhang ganap na naiiba; Ang ratio ng mga aktibong masa ng anode sa katod ay dapat na humigit-kumulang 1: 1, kung hindi man ay posible ang pagbuo ng lithium metal, na hahantong sa sunog.

Mga kalamangan at kahinaan

Ang mga baterya ay may mahusay na mga parameter na nag-iiba depende sa iba't ibang mga tagagawa. Ang nominal na boltahe ay 3.7−3.8 V na may maximum na 4.4 V. Ang density ng enerhiya (isa sa mga pangunahing tagapagpahiwatig) ay 110−230 Wh/kg.

Ang panloob na resistensya ay mula 5 hanggang 15 mOhm/1Ah. Ang buhay ng serbisyo ayon sa bilang ng mga cycle (discharge/charge) ay 1000−5000 units. Ang oras ng mabilis na pag-charge ay 15−60 minuto. Ang isa sa mga pinaka makabuluhang bentahe ay ang mabagal na proseso ng self-discharge (10-20% lamang bawat taon, kung saan 3-6% sa unang buwan). Ang saklaw ng operating temperatura ay 0 C - +65 C sa mga temperatura sa ibaba ng zero, imposible ang pagsingil.

Ang pag-charge ay nangyayari sa maraming yugto:

1. sa tiyak na punto pagtagas pinakamataas na kasalukuyang singilin;
2. kapag naabot ang mga operating parameter, ang kasalukuyang ay unti-unting bumababa sa 3% ng pinakamataas na halaga.

Sa panahon ng pag-iimbak, ang panaka-nakang pag-recharge ay kinakailangan ng humigit-kumulang bawat 500 oras upang mabayaran ang self-discharge. Kapag nag-overcharging, ang lithium metal ay maaaring ideposito, na, nakikipag-ugnayan sa electrolyte, ay bumubuo ng oxygen. Pinatataas nito ang panganib ng depressurization dahil sa pagtaas ng panloob na presyon.

Ang madalas na pag-recharge ay lubhang nakakabawas sa buhay ng baterya. Bilang karagdagan, nakakaimpluwensya ito kapaligiran, temperatura, kasalukuyang, atbp.

Ang elemento ay may mga disadvantages, bukod sa kung saan ay ang mga sumusunod:

mga tuntunin ng Paggamit

Pinakamabuting iimbak ang baterya sa ilalim ng mga sumusunod na kondisyon: Ang singil ay dapat na hindi bababa sa 40%, at ang temperatura ay hindi dapat masyadong mababa o mataas. Ang pinakamahusay na pagpipilian ay ang saklaw mula 0C hanggang +10C. Karaniwan, humigit-kumulang 4% ng kapasidad ang nawawala sa loob ng 2 taon, kaya naman hindi inirerekomenda na bumili ng mga baterya nang higit sa maagang mga petsa pagmamanupaktura.

Ang mga siyentipiko ay nag-imbento ng isang paraan upang madagdagan ang buhay ng istante. Ang isang naaangkop na pang-imbak ay idinagdag sa electrolyte. Gayunpaman, para sa mga naturang baterya, ang "pagsasanay" ay dapat isagawa sa anyo ng 2-3 buong pag-discharge/pag-charge cycle, upang sila ay gumana nang normal na mode. Kung hindi, ang isang "epekto ng memorya" ay maaaring mangyari at kasunod na pamamaga ng buong istraktura. Sa tamang paggamit at pagsunod sa lahat ng pamantayan ng imbakan, ang baterya ay maaaring magsilbi sa mahabang panahon, habang ang kapasidad nito ay mananatili sa mataas na antas.

Mga proseso ng pagsingil at pagdiskarga ng anuman mga baterya mangyari bilang isang kemikal na reaksyon. Gayunpaman, ang lithium charge mga baterya ng ion- ito ay isang pagbubukod sa panuntunan. Siyentipikong pananaliksik ipakita ang enerhiya ng naturang mga baterya bilang ang magulong paggalaw ng mga ions. Ang mga pahayag ng mga pundits ay nararapat na bigyang pansin. Kung ang agham ay mag-charge nang tama ng mga baterya ng lithium-ion, ang mga device na ito ay dapat tumagal magpakailanman.

Nakikita ng mga siyentipiko ang katibayan ng pagkawala ng kapaki-pakinabang na kapasidad ng baterya, na kinumpirma ng pagsasanay, sa mga ion na hinarangan ng tinatawag na mga bitag.

Samakatuwid, tulad ng kaso sa iba mga katulad na sistema, ang mga aparatong lithium-ion ay hindi immune sa mga depekto sa panahon ng kanilang praktikal na paggamit.

Ang mga charger para sa mga disenyo ng Li-ion ay may ilang pagkakatulad sa mga device na idinisenyo para sa mga lead-acid system.

Ngunit ang mga pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga naturang charger ay nakikita sa supply ng mas mataas na boltahe sa mga cell. Bilang karagdagan, mayroong mas mahigpit na mga pagpapaubaya sa kasalukuyang, kasama ang pag-aalis ng pasulput-sulpot o lumulutang na pagsingil kapag ang baterya ay ganap na na-charge.

Isang medyo malakas na power device na maaaring gamitin bilang isang energy storage device para sa mga istruktura mga alternatibong mapagkukunan enerhiya

Kung mayroong ilang kakayahang umangkop sa mga tuntunin ng pagkonekta/pagdiskonekta ng boltahe, ang mga tagagawa ng mga sistema ng lithium-ion ay tiyak na tinatanggihan ang pamamaraang ito.

Ang mga bateryang Li-ion at ang mga panuntunan sa pagpapatakbo para sa mga device na ito ay hindi nagpapahintulot sa posibilidad ng walang limitasyong overcharging.

Samakatuwid, walang tinatawag na "himala" na charger para sa mga baterya ng lithium-ion na maaaring pahabain ang kanilang buhay ng serbisyo sa mahabang panahon.

Imposibleng makakuha ng karagdagang kapasidad ng Li-ion sa pamamagitan ng pulse charging o iba pang kilalang mga trick. Ang Lithium-ion energy ay isang uri ng "malinis" na sistema na tumatanggap ng mahigpit na limitadong dami ng enerhiya.

Nagcha-charge ng mga kobalt-blended na baterya

Mga klasikong disenyo mga baterya ng lithium ion nilagyan ng mga cathode na ang istraktura ay binubuo ng mga materyales:

• kobalt,
• nikel,
• mangganeso,
• aluminyo.

Ang lahat ng mga ito ay karaniwang sisingilin sa boltahe na hanggang 4.20V/I. Ang pinahihintulutang paglihis ay hindi hihigit sa +/- 50 mV/I. Pero meron din indibidwal na species nickel-based lithium-ion na mga baterya, na nagbibigay-daan sa pag-charge ng mga boltahe hanggang 4.10V/I.

Ang mga bateryang lithium-ion na pinaghalo ng Cobalt ay nilagyan ng mga panloob na proteksiyon na circuit, ngunit bihira nitong pinipigilan ang baterya na sumabog kapag nag-overcharge.

Mayroon ding mga pag-unlad ng mga baterya ng lithium-ion, kung saan nadagdagan ang porsyento ng lithium. Para sa kanila, ang boltahe ng pagsingil ay maaaring umabot sa 4.30V/I at mas mataas.

Kaya, ang pagtaas ng boltahe ay nagpapataas ng kapasidad, ngunit kung ang boltahe ay lumampas sa detalye, maaari itong humantong sa pagkasira ng istraktura ng baterya.

Samakatuwid, para sa karamihan, ang mga baterya ng lithium-ion ay nilagyan ng mga proteksiyon na circuit, ang layunin nito ay upang mapanatili ang itinatag na pamantayan.

Buong o bahagyang pagsingil

Gayunpaman, ipinapakita ng pagsasanay: ang pinakamalakas na baterya ng lithium-ion ay maaaring tumagal nang higit pa mataas na antas boltahe sa kondisyon na ito ay ibinibigay para sa isang maikling panahon.

Sa opsyong ito, humigit-kumulang 99% ang kahusayan sa pag-charge, at nananatiling cool ang cell sa buong oras ng pag-charge. Totoo, ang ilang lithium-ion na baterya ay umiinit pa rin ng 4-5C kapag ganap na na-charge.

Ito ay maaaring dahil sa proteksyon o dahil sa mataas na panloob na resistensya. Para sa mga naturang baterya, dapat ihinto ang pag-charge kapag tumaas ang temperatura sa itaas 10ºC sa katamtamang rate ng pagsingil.

Ang mga baterya ng Lithium-ion ay nasa charger sa bayad. Ang indicator ay nagpapakita na ang mga baterya ay ganap na naka-charge. Karagdagang proseso nagbabanta na masira ang mga baterya

Ang buong pagsingil ng mga cobalt-blended system ay nangyayari sa isang threshold na boltahe. Sa kasong ito, ang kasalukuyang bumababa ng hanggang 3-5% ng nominal na halaga.

Ang baterya ay magpapakita ng isang buong singil kahit na ito ay umabot sa isang tiyak na antas ng kapasidad na nananatiling hindi nagbabago sa loob ng mahabang panahon. Ang dahilan para dito ay maaaring tumaas ang self-discharge ng baterya.

Pagtaas ng kasalukuyang singil at saturation ng singil

Dapat tandaan na ang pagtaas ng kasalukuyang singil ay hindi nagpapabilis sa pagkamit ng isang estado ng buong singil. Mas mabilis na maaabot ng Lithium ang peak boltahe, ngunit mas matagal ang pagcha-charge hanggang sa ganap na puspos ang kapasidad. Gayunpaman, ang pagcha-charge ng baterya sa mataas na kasalukuyang mabilis na nagpapataas ng kapasidad ng baterya sa humigit-kumulang 70%.

Ang mga bateryang Lithium-ion ay hindi sumusuporta sa mandatory ganap na naka-charge, gaya ng kaso sa mga lead-acid appliances. Bukod dito, hindi kanais-nais ang opsyon sa pag-charge na ito para sa Li-ion. Sa katunayan, ito ay mas mahusay na hindi ganap na singilin ang baterya, dahil ang mataas na boltahe ay "stress" sa baterya.

Pagpili ng threshold higit pa mababang boltahe o ang kumpletong pag-alis ng saturation charge ay nakakatulong sa pagpapahaba ng buhay ng lithium-ion na baterya. Totoo, ang diskarte na ito ay sinamahan ng pagbawas sa oras ng paglabas ng enerhiya ng baterya.

Ito ay nagkakahalaga na tandaan dito: ang mga charger ng sambahayan ay karaniwang tumatakbo pinakamataas na kapangyarihan at hindi sumusuporta sa mga pagsasaayos kasalukuyang nagcha-charge(tensiyon).

Tinatantya ng mga tagagawa ng consumer lithium-ion battery charger ang mahabang buhay ng serbisyo na mas mababa sa mahalagang salik kaysa sa mga gastos sa pagpapakumplikado ng mga solusyon sa circuit.

Mga charger ng baterya ng Li-ion

Ang ilang murang mga charger ng sambahayan ay kadalasang gumagana gamit ang isang pinasimpleng paraan. Mag-charge ng lithium-ion na baterya sa loob ng isang oras o mas kaunti, nang hindi napupunta sa saturation charge.

Ang handa na tagapagpahiwatig sa mga naturang device ay umiilaw kapag ang baterya ay umabot sa boltahe threshold sa unang yugto. Ang estado ng pagsingil ay humigit-kumulang 85%, na kadalasang nakakatugon sa maraming mga gumagamit.

Ang charger na ito na gawa sa loob ng bansa ay inaalok upang magamit iba't ibang mga baterya, kasama ang mga lithium-ion na baterya. Ang aparato ay may boltahe at kasalukuyang sistema ng regulasyon, na mabuti na

Ang mga propesyonal na charger (mahal) ay nakikilala sa pamamagitan ng katotohanan na itinakda nila ang threshold ng boltahe sa pagsingil na mas mababa, sa gayon ay nagpapalawak ng buhay ng baterya ng lithium-ion.

Ipinapakita ng talahanayan kapasidad ng disenyo kapag nagcha-charge gamit ang mga naturang device sa iba't ibang boltahe threshold, na may at walang saturation charge:

I-charge ang boltahe, V/bawat cell	Kapasidad sa mataas na boltahe na cut-off, %	Oras ng pag-charge, min	Kapasidad sa buong saturation, %
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

Sa sandaling magsimulang mag-charge ang baterya ng lithium-ion, mayroong mabilis na pagtaas sa boltahe. Ang pag-uugali na ito ay maihahambing sa pag-angat ng load gamit ang rubber band kapag may lag effect.

Sa kalaunan ay magkakaroon ng kapasidad kapag ang baterya ay ganap na na-charge. Ang katangian ng pagsingil na ito ay tipikal para sa lahat ng mga baterya.

Kung mas mataas ang kasalukuyang singilin, mas maliwanag ang epekto ng rubber band. Mababang temperatura o ang pagkakaroon ng isang cell na may mataas na panloob na resistensya ay nagpapaganda lamang ng epekto.

Ang istraktura ng isang lithium-ion na baterya sa pinakasimpleng anyo nito: 1- negatibong busbar na gawa sa tanso; 2 — positibong gulong na gawa sa aluminyo; 3 - cobalt oxide anode; 4- grapayt katod; 5 - electrolyte

Ang pagtatasa sa estado ng pagsingil sa pamamagitan ng pagbabasa ng boltahe ng isang naka-charge na baterya ay hindi praktikal. Ang pagsukat sa boltahe ng bukas na circuit (idle) pagkatapos na umupo ang baterya ng ilang oras ay ang pinakamahusay na tagapagpahiwatig ng pagsusuri.

Tulad ng iba pang mga baterya, ang temperatura ay nakakaapekto sa idle speed sa parehong paraan na nakakaapekto ito aktibong materyal baterya ng lithium-ion. , mga laptop at iba pang device ay tinatantya sa pamamagitan ng pagbibilang ng mga coulomb.

Lithium-ion na baterya: saturation threshold

Li-ion na baterya hindi maka-absorb ng labis na singil. Samakatuwid, kapag ang baterya ay ganap na puspos, ang kasalukuyang singilin ay dapat na alisin kaagad.

Ang patuloy na kasalukuyang singil ay maaaring humantong sa metallization ng mga elemento ng lithium, na lumalabag sa prinsipyo ng pagtiyak ng ligtas na operasyon ng naturang mga baterya.

Upang mabawasan ang pagbuo ng mga depekto, dapat mong idiskonekta ang baterya ng lithium-ion sa lalong madaling panahon kapag umabot na ito sa pinakamataas na singil.

Ang bateryang ito ay hindi na kukuha ng eksaktong singil gaya ng nararapat. Para sa dahilan maling pag-charge nawala ang mga pangunahing katangian ng pag-iimbak ng enerhiya

Sa sandaling huminto ang singil, ang boltahe ng baterya ng lithium-ion ay nagsisimulang bumaba. Lumilitaw ang epekto ng pagbabawas ng pisikal na stress.

Tensiyon saglit idle bilis ay ipapamahagi sa pagitan ng hindi pantay na sisingilin na mga cell na may boltahe na 3.70 V at 3.90 V.

Dito, ang proseso ay nakakaakit din ng pansin kapag ang isang lithium-ion na baterya, na nakatanggap ng ganap na saturated charge, ay nagsimulang singilin ang kalapit na isa (kung ang isa ay kasama sa circuit), na hindi nakatanggap ng saturation charge.

Kapag ang mga baterya ng lithium-ion ay kailangang palaging nakalagay sa charger upang matiyak ang kanilang kahandaan, dapat kang umasa sa mga charger na may panandaliang paggana ng bayad sa kompensasyon.

Ang flash charger ay bubukas kapag ang open circuit na boltahe ay bumaba sa 4.05 V/I at nag-o-off kapag ang boltahe ay umabot sa 4.20 V/I.

Ang mga charger na idinisenyo para sa hot-ready o standby na operasyon ay kadalasang nagbibigay-daan sa mga boltahe ng baterya na kasingbaba ng 4.00V/I at sisingilin lamang ang mga Li-Ion na baterya sa 4.05V/I sa halip na maabot ang buong antas ng 4.20V/I.

Binabawasan ng diskarteng ito ang pisikal na boltahe, na likas na nauugnay sa teknikal na boltahe, at nakakatulong na pahabain ang buhay ng baterya.

Nagcha-charge ng mga bateryang walang kobalt

Ang mga tradisyonal na baterya ay may nominal na boltahe ng cell na 3.60 volts. Gayunpaman, para sa mga device na walang cobalt, iba ang rating.

Kaya, ang mga baterya ng lithium phosphate ay may nominal na halaga na 3.20 volts ( nagcha-charge ng boltahe 3.65V). At ang mga bagong lithium titanate na baterya (ginawa sa Russia) ay may nominal na boltahe ng cell na 2.40V (boltahe ng charger 2.85).

Ang mga bateryang Lithium phosphate ay mga kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya na hindi naglalaman ng kobalt sa kanilang istraktura. Ang katotohanang ito ay medyo nagbabago sa mga kondisyon ng pagsingil para sa mga naturang baterya.

Ang mga tradisyunal na charger ay hindi angkop para sa mga naturang baterya, dahil sobra ang karga nito sa baterya na may panganib ng pagsabog. Sa kabaligtaran, ang isang sistema ng pag-charge para sa mga bateryang walang kobalt ay hindi magbibigay ng sapat na singil sa isang tradisyonal na 3.60V lithium-ion na baterya.

Lumampas sa singil ng lithium-ion na baterya

Ligtas na gumagana ang baterya ng lithium-ion sa loob ng mga tinukoy na boltahe sa pagpapatakbo. Gayunpaman, ang pagganap ng baterya ay nagiging hindi matatag kung ito ay sisingilin nang lampas sa mga limitasyon sa pagpapatakbo.

Ang pangmatagalang pag-charge ng isang lithium-ion na baterya na may boltahe na higit sa 4.30V, na idinisenyo para sa isang operating rating na 4.20V, ay puno ng lithium metalization ng anode.

Ang materyal ng katod, sa turn, ay nakakakuha ng mga katangian ng isang oxidizing agent, nawawala ang katatagan nito, at naglalabas ng carbon dioxide.

Tumataas ang presyon ng cell ng baterya at kung magpapatuloy ang pagcha-charge, ang device panloob na proteksyon ay gagana sa mga presyon mula 1000 kPa hanggang 3180 kPa.

Kung magpapatuloy ang pagtaas ng presyon pagkatapos nito, magbubukas ang proteksiyon na lamad sa antas ng presyon na 3.450 kPa. Sa ganitong estado, ang cell ng baterya ng lithium-ion ay nasa bingit ng pagsabog at sa kalaunan ay ganoon din ang ginagawa.

Istraktura: 1 - tuktok na takip; 2 - itaas na insulator; 3 - lata ng bakal; 4 - mas mababang insulator; 5 - tab ng anode; 6 - katod; 7 - separator; 8 - anode; 9 - tab ng katod; 10 - vent; 11 - PTC; 12 - sapin

Ang pag-trigger ng proteksyon sa loob ng lithium-ion na baterya ay nauugnay sa pagtaas ng temperatura ng mga panloob na nilalaman. Ang isang ganap na naka-charge na baterya ay may mas mataas na panloob na temperatura kaysa sa isang bahagyang na-charge na baterya.

Samakatuwid, lumilitaw na mas ligtas ang mga baterya ng lithium-ion kapag naka-charge sa mababang antas. Iyon ang dahilan kung bakit ang mga awtoridad ng ilang mga bansa ay nangangailangan ng paggamit ng mga Li-ion na baterya sa mga sasakyang panghimpapawid na puspos ng enerhiya na hindi hihigit sa 30% ng kanilang buong kapasidad.

Ang limitasyon ng panloob na temperatura ng baterya sa fully load na ay:

• 130-150°C (para sa lithium-cobalt);
• 170-180°C (para sa nickel-manganese-cobalt);
• 230-250°C (para sa lithium manganese).

Dapat tandaan: ang mga baterya ng lithium phosphate ay may mas mahusay na katatagan ng temperatura kaysa sa mga baterya ng lithium manganese. Ang mga bateryang Lithium-ion ay hindi lamang ang mga nagdudulot ng panganib sa mga kondisyon ng sobrang karga ng enerhiya.

Halimbawa, ang mga lead-nickel na baterya ay madaling matunaw na may kasunod na apoy kung ang saturation ng enerhiya ay isinasagawa sa paglabag sa rehimen ng pasaporte.

Samakatuwid, ang paggamit ng mga charger na perpektong tugma sa baterya ay pinakamahalaga para sa lahat ng mga baterya ng lithium-ion.

Ilang konklusyon mula sa pagsusuri

Ang pag-charge ng mga baterya ng lithium-ion ay may pinasimpleng pamamaraan kumpara sa mga nickel system. Ang charging circuit ay diretso, na may mga limitasyon sa boltahe at kasalukuyang.

Ang circuit na ito ay mas simple kaysa sa isang circuit na nagsusuri ng mga kumplikadong pirma ng boltahe na nagbabago habang ginagamit ang baterya.

Ang proseso ng saturation ng enerhiya ng mga baterya ng lithium-ion ay nagbibigay-daan para sa mga pagkaantala;

Controller circuit para sa mababang-power na mga baterya ng lithium-ion. Isang simpleng solusyon at isang minimum na detalye. Ngunit ang circuit ay hindi nagbibigay ng mga kondisyon ng pag-ikot kung saan pangmatagalan mga serbisyo

Ang mga katangian ng mga baterya ng lithium-ion ay nangangako ng mga benepisyo sa pagpapatakbo ng mga nababagong mapagkukunan ng enerhiya ( mga solar panel at mga wind turbine). Bilang isang patakaran, ang isang wind generator ay bihirang nagbibigay ng isang buong singil ng baterya.

Para sa lithium-ion, ang kakulangan ng steady-state na mga kinakailangan sa pagsingil ay pinapasimple ang disenyo ng charge controller. Ang isang lithium-ion na baterya ay hindi nangangailangan ng isang controller upang ipantay ang boltahe at kasalukuyang, gaya ng kinakailangan ng mga lead-acid na baterya.

Lahat ng sambahayan at karamihan sa mga pang-industriya na lithium-ion charger ay ganap na nagcha-charge ng baterya. Gayunpaman umiiral na mga aparato Ang pag-charge ng mga baterya ng lithium-ion sa pangkalahatan ay hindi nagbibigay ng regulasyon ng boltahe sa dulo ng cycle.

Ang mga bateryang Lithium-ion ay hindi kasing pino ng kanilang mga katapat na nickel-metal hydride, ngunit nangangailangan pa rin sila ng ilang pangangalaga. Nakadikit sa lima simpleng tuntunin , hindi mo lang ma-extend ikot ng buhay mga baterya ng lithium-ion, ngunit pinapataas din ang oras ng pagpapatakbo ng mga mobile device nang walang recharging.

Huwag payagan ang kumpletong paglabas. Ang mga baterya ng Lithium-ion ay walang tinatawag na memory effect, kaya maaari at, bukod dito, kailangang singilin nang hindi naghihintay na ma-discharge ang mga ito sa zero. Kinakalkula ng maraming mga tagagawa ang buhay ng isang baterya ng lithium-ion sa pamamagitan ng bilang ng mga full discharge cycle (hanggang 0%). Para sa mga de-kalidad na baterya ito ay 400-600 cycle. Upang mapahaba ang buhay ng iyong lithium-ion na baterya, i-charge ang iyong telepono nang mas madalas. Sa pinakamainam, sa sandaling bumaba ang singil ng baterya sa ibaba 10-20 porsiyento, maaari mong ilagay sa pag-charge ang telepono. Dadagdagan nito ang bilang ng mga ikot ng paglabas sa 1000-1100 .
Inilalarawan ng mga eksperto ang prosesong ito na may tulad na tagapagpahiwatig bilang Depth Of Discharge. Kung ang iyong telepono ay na-discharge sa 20%, ang Lalim ng Paglabas ay 80%. Ipinapakita ng talahanayan sa ibaba ang pag-asa ng bilang ng mga ikot ng paglabas ng baterya ng lithium-ion sa Lalim ng Paglabas:

Paglabas isang beses bawat 3 buwan. Ang ganap na pag-charge sa loob ng mahabang panahon ay nakakapinsala sa mga baterya ng lithium-ion gaya ng patuloy na pag-discharge sa zero.
Dahil sa sukdulan hindi matatag na proseso charge (madalas naming i-charge ang telepono kung kinakailangan, at hangga't maaari, mula sa USB, mula sa isang saksakan, mula sa panlabas na baterya atbp.) Inirerekomenda ng mga eksperto na ganap na i-discharge ang baterya isang beses bawat 3 buwan at pagkatapos ay i-charge ito sa 100% at panatilihin itong naka-charge sa loob ng 8-12 oras. Nakakatulong ito sa pag-reset ng tinatawag na high and low battery flags. Maaari mong basahin ang higit pa tungkol dito.

I-store ang bahagyang na-charge. Ang pinakamainam na kundisyon para sa pangmatagalang pag-iimbak ng isang lithium-ion na baterya ay nasa pagitan ng 30 at 50 porsiyentong singil sa 15°C. Kung iiwan mong ganap na naka-charge ang baterya, ang kapasidad nito ay bababa nang malaki sa paglipas ng panahon. Ngunit ang baterya, na matagal nang nangongolekta ng alikabok sa isang istante, na na-discharge sa zero, ay malamang na hindi na buhay - oras na upang ipadala ito para sa pag-recycle.
Ipinapakita ng talahanayan sa ibaba kung gaano karaming kapasidad ang natitira sa isang baterya ng lithium-ion depende sa temperatura ng imbakan at antas ng singil kapag nakaimbak ng 1 taon.

Gamitin ang orihinal na charger. Ilang tao ang nakakaalam na ang charger sa karamihan ng mga kaso ay direktang binuo sa loob ng mga mobile device, at ang panlabas adaptor ng network Ibinababa lamang nito ang boltahe at itinutuwid ang kasalukuyang ng electrical network ng sambahayan, iyon ay, hindi ito direktang nakakaapekto sa baterya. Ilang gadget, hal. mga digital camera, ay walang built-in na charger, at samakatuwid ang kanilang mga lithium-ion na baterya ay ipinasok sa isang panlabas na "charger". Dito maaaring negatibong makaapekto sa performance ng baterya ang paggamit ng external na charger na kaduda-dudang kalidad sa halip na ang orihinal.

Iwasan ang sobrang init. Well pinakamasamang kaaway Ang mga baterya ng lithium-ion ay mataas na temperatura– hindi nila kayang tiisin ang sobrang init. Samakatuwid, huwag payagan mga mobile device direkta sinag ng araw, at huwag iwanan ang mga ito malapit sa mga pinagmumulan ng init gaya ng mga electric heater. Pinakamataas pinahihintulutang temperatura, kung saan posibleng gumamit ng mga baterya ng lithium-ion: mula -40°C hanggang +50°C

Gayundin, maaari kang tumingin

Ngayon, ang mga baterya ng lithium-ion ay kadalasang ginagamit sa iba't ibang larangan. Ang mga ito ay malawakang ginagamit sa mga mobile electronics (PDA, mobile phone, laptop at marami pang iba), mga de-kuryenteng sasakyan at iba pa. Ito ay dahil sa kanilang mga pakinabang sa dati nang malawakang ginamit na nickel-cadmium (Ni-Cd) at nickel-metal hydride (Ni-MH) na mga baterya. At kung ang huli ay malapit na sa kanilang teoretikal na limitasyon, kung gayon ang teknolohiya ng baterya ng lithium-ion ay nasa simula ng paglalakbay nito.

Device

Sa mga baterya ng lithium-ion, ang aluminyo ay nagsisilbing negatibong elektrod (cathode), at ang tanso ay nagsisilbing positibong elektrod (anode). Ang mga electrodes ay maaaring gawin sa iba't ibang mga hugis, gayunpaman, bilang isang panuntunan, sila ay foil sa hugis ng isang pahaba na pakete o isang silindro.

• Ang anode material sa copper foil at ang cathode material sa aluminum foil ay pinaghihiwalay ng porous separator, na pinapagbinhi ng electrolyte.
• Ang pakete ng elektrod ay naka-install sa isang selyadong pabahay, at ang mga anod at cathodes ay konektado sa kasalukuyang mga terminal ng kolektor
• Sa ilalim ng takip ng baterya ay maaaring mayroong mga espesyal na aparato. Tumutugon ang isang device sa pamamagitan ng pagtaas ng resistensya sa isang positibong koepisyent ng temperatura. Sinisira ng pangalawang device ang koneksyong elektrikal sa pagitan ng positibong terminal at ng cathode kapag tumaas ang presyon ng gas sa baterya nang higit sa pinapayagang limitasyon. Sa ilang mga kaso, ang pabahay ay nilagyan ng isang balbula sa kaligtasan na nagpapagaan ng panloob na presyon sa kaganapan ng mga paglabag sa mga kondisyon ng operating o mga sitwasyong pang-emergency.
• Upang madagdagan ang kaligtasan sa pagpapatakbo, ang ilang mga baterya ay gumagamit din ng panlabas elektronikong proteksyon. Pinipigilan nito ang posibilidad ng labis na pag-init, maikling circuit at muling pagkarga ng baterya.
• Sa istruktura, ang mga baterya ay ginawa sa prismatic at cylindrical na mga bersyon. Ang isang pinagsama-samang pakete ng separator at mga electrodes sa mga cylindrical na baterya ay inilalagay sa isang aluminum o steel case, kung saan ito ay konektado negatibong elektrod. Ang positibong poste ng baterya ay inilalabas sa pamamagitan ng insulator patungo sa takip. Ang mga prismatic na baterya ay nilikha sa pamamagitan ng pagsasalansan ng mga hugis-parihaba na plato sa ibabaw ng bawat isa.

Ang mga uri ng lithium-ion na baterya ay nagbibigay-daan para sa mas mahigpit na packaging, ngunit mas mahirap silang mapanatili ang compressive forces sa mga electrodes kaysa sa mga cylindrical na baterya. Ang isang bilang ng mga prismatic na baterya ay gumagamit ng isang roll assembly ng isang pakete ng mga electrodes na pinaikot sa isang elliptical spiral.

Karamihan sa mga baterya ay ginawa sa mga prismatic na bersyon, dahil ang kanilang pangunahing layunin ay upang matiyak ang pagpapatakbo ng mga laptop at mobile phone. Ang disenyo ng mga bateryang Li-ion ay ganap na selyado. Ang pangangailangang ito idinidikta ng hindi pagtanggap ng pagtagas ng likidong electrolyte. Kung ang singaw ng tubig o oxygen ay nakapasok sa loob, ang isang reaksyon ay nangyayari sa mga electrolyte at electrode na materyales, na humahantong sa kumpletong pagkabigo ng baterya.

Prinsipyo ng pagpapatakbo

• Ang mga baterya ng Lithium-ion ay may dalawang electrodes sa anyo ng isang anode at isang cathode, na may electrolyte sa pagitan ng mga ito. Sa anode kapag ikinonekta ang baterya sa saradong circuit isang kemikal na reaksyon ang nabuo na humahantong sa pagbuo ng mga libreng electron.
• Ang mga electron na ito ay may posibilidad na makarating sa katod, kung saan mas mababa ang kanilang konsentrasyon. Gayunpaman, mula sa tuwid na daan Ang electrolyte, na matatagpuan sa pagitan ng mga electrodes, ay humahawak sa kanila mula sa anode hanggang sa katod. Nananatili ang tanging paraan- sa pamamagitan ng circuit kung saan sarado ang baterya. Sa kasong ito, ang mga electron, na gumagalaw kasama ang tinukoy na circuit, ay nagbibigay ng enerhiya sa aparato.
• Ang mga positibong sisingilin na lithium ions, na naiwan ng mga runaway na electron, ay sabay na idinidirekta sa pamamagitan ng electrolyte patungo sa katod upang matugunan ang pangangailangan para sa mga electron sa gilid ng katod.
• Matapos ang lahat ng mga electron ay lumipat sa katod, ang "kamatayan" ng baterya ay nangyayari. Ngunit ang baterya ng lithium-ion ay rechargeable, ibig sabihin ay maaaring i-reverse ang proseso.

Gamit ang isang charger, maaari mong ipasok ang enerhiya sa circuit, at sa gayon ay magsisimula ang reaksyon na magaganap sa baligtad na direksyon. Ang resulta ay isang akumulasyon ng mga electron sa anode. Kapag na-recharge na ang baterya, mananatili itong ganoon sa karamihan hanggang sa ma-activate ito. Gayunpaman, sa paglipas ng panahon, mawawalan ng singil ang baterya kahit na nasa standby mode.

• Ang kapasidad ng baterya ay tumutukoy sa bilang ng mga lithium ions na maaaring mag-embed ng kanilang mga sarili sa mga crater at maliliit na pores ng anode o cathode. Sa paglipas ng panahon, pagkatapos ng maraming recharge, ang katod at anode ay bumababa. Bilang resulta, ang bilang ng mga ion na maaari nilang tanggapin ay bumababa. Sa kasong ito, hindi na mahawakan ng baterya ang parehong dami ng singil. Sa kalaunan, ganap na nawawala ang mga pag-andar nito.

Ang mga bateryang Lithium-ion ay idinisenyo sa paraang dapat na patuloy na subaybayan ang kanilang pag-charge. Para sa layuning ito, a espesyal na bayad, tinatawag itong charge controller. Kinokontrol ng chip sa board ang proseso ng pag-charge ng baterya.

Ganito ang hitsura ng karaniwang pag-charge ng baterya:

• Sa simula ng proseso ng pagsingil, ang controller ay nagbibigay ng kasalukuyang 10% ng kasalukuyang na-rate. SA sa ngayon ang boltahe ay tumataas sa 2.8 V.
• Pagkatapos ang kasalukuyang singil ay tataas sa nominal. Sa panahong ito, ang boltahe sa DC tumataas sa 4.2 V.
• Sa pagtatapos ng proseso ng pagsingil, bumaba ang kasalukuyang sa pare-pareho ang boltahe 4.2 V hanggang sa 100% ma-charge ang baterya.

Maaaring mag-iba ang phasing depende sa aplikasyon iba't ibang mga controllers na humahantong sa iba't ibang bilis pag-charge at, nang naaayon, ang kabuuang halaga ng baterya. Ang mga baterya ng Lithium-ion ay maaaring walang proteksyon, iyon ay, ang controller ay matatagpuan sa charger, o may built-in na proteksyon, iyon ay, ang controller ay matatagpuan sa loob ng baterya. Maaaring may mga device kung saan direktang nakalagay ang protection board sa baterya.

Mga uri at aplikasyon

Mayroong dalawang form factor ng lithium-ion na mga baterya:

1. Mga cylindrical lithium-ion na baterya.
2. Mga baterya ng lithium-ion ng tablet.

Ang iba't ibang mga subtype ng electrochemical lithium-ion system ay pinangalanan ayon sa uri ng aktibong sangkap na ginamit. Ang pagkakapareho ng lahat ng mga bateryang lithium-ion na ito ay ang lahat ng mga ito ay selyadong, walang maintenance na mga baterya.

Mayroong 6 na pinakakaraniwang uri ng mga baterya ng lithium-ion:

1. Lithium cobalt na baterya . Ito ay isang popular na solusyon para sa mga digital camera, mga laptop at mga mobile phone dahil sa mataas na tiyak na intensity ng enerhiya. Ang baterya ay binubuo ng isang cobalt oxide cathode at isang graphite anode. Mga disadvantages ng mga baterya ng lithium cobalt: limitadong pagkakataon load, mababang thermal stability at medyo panandalian serbisyo.

Mga aplikasyon ; mobile electronics.

1. Lithium manganese na baterya . Ang mala-kristal na lithium manganese spinel cathode ay nagtatampok ng three-dimensional na istraktura ng balangkas. Nagbibigay ang Spinel ng mababang resistensya, ngunit may mas katamtamang density ng enerhiya kaysa sa cobalt.

Mga lugar ng aplikasyon; electric power unit, medikal na kagamitan, power tool.

1. Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide Battery . Pinagsasama ng cathode ng baterya ang cobalt, manganese at nickel. Ang Nickel ay sikat sa mataas na tiyak na intensity ng enerhiya, ngunit mababang katatagan. Ang Manganese ay nagbibigay ng mababa panloob na pagtutol, gayunpaman, ay humahantong sa mababang tiyak na intensity ng enerhiya. Ang kumbinasyon ng mga metal ay nagbibigay-daan sa iyo upang mabayaran ang kanilang mga disadvantages at gamitin ang kanilang mga lakas.

Mga lugar ng aplikasyon; para sa pribado at pang-industriya na paggamit (security system, solar power plants, emergency lighting, telecommunications, electric vehicles, electric bicycles at iba pa).

1. Lithium iron phosphate na baterya . Ang pangunahing bentahe nito: mahabang buhay ng serbisyo, mataas na pagganap kasalukuyang lakas, paglaban sa maling paggamit, pinataas na seguridad at magandang thermal stability. Gayunpaman, ang baterya na ito ay may maliit na kapasidad.

Mga lugar ng aplikasyon: nakatigil at portable na mga espesyal na aparato kung saan kinakailangan ang tibay at mataas na agos ng pagkarga.

1. Baterya ng Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide . Ang pangunahing bentahe nito: mataas na density ng enerhiya at intensity ng enerhiya, tibay. Gayunpaman, nililimitahan nito ang rekord ng kaligtasan at mataas na gastos sa paggamit nito.

Mga lugar ng aplikasyon; electric powertrains, pang-industriya at medikal na kagamitan.

1. Lithium titanate na baterya . Ang pangunahing bentahe nito: mabilis na pag-charge, mahabang buhay ng serbisyo, malawak na hanay ng temperatura, mahusay na pagganap at kaligtasan. Ito ang pinakaligtas na magagamit na baterya ng lithium-ion.

Gayunpaman, mayroon itong mataas na gastos at mababang tiyak na intensity ng enerhiya. Sa kasalukuyan, ang mga pagpapaunlad ay isinasagawa upang bawasan ang gastos ng produksyon at dagdagan ang tiyak na intensity ng enerhiya.

Mga lugar ng aplikasyon; kalye, mga electric power unit ng mga sasakyan (Honda Fit-EV, Mitsubishi i-MiEV), UPS.

Mga tipikal na katangian

Sa pangkalahatan, ang mga baterya ng lithium-ion ay may mga sumusunod na tipikal na katangian:

• Ang minimum na boltahe ay hindi mas mababa sa 2.2-2.5V.
• Ang maximum na boltahe ay hindi mas mataas sa 4.25-4.35V.
• Oras ng pag-charge: 2-4 na oras.
• Self-discharge sa temperatura ng silid- mga 7% bawat taon.
• Saklaw ng temperatura ng pagpapatakbo mula −20 °C hanggang +60 °C.
• Ang bilang ng mga cycle ng charge/discharge hanggang sa makamit ang pagkawala ng 20% ​​ng kapasidad ay 500-1000.

Mga kalamangan at kahinaan

Kasama sa mga pakinabang ang:

• Mataas na density ng enerhiya kumpara sa mga alkaline na baterya na gumagamit ng nickel.
• Ang boltahe ng isang cell ng baterya ay medyo mataas.
• Walang "epekto sa memorya", na nagsisiguro ng simpleng operasyon.
• Isang makabuluhang bilang ng mga cycle ng charge-discharge.
• Mahabang buhay ng serbisyo.
• Malawak na hanay ng temperatura para sa pare-parehong pagganap.
• Relatibong kaligtasan sa kapaligiran.

Kabilang sa mga disadvantages ay:

• Katamtamang kasalukuyang paglabas.
• Medyo mabilis na pagtanda.
• Medyo mataas na gastos.
• Imposibleng magtrabaho nang walang built-in na controller.
• Ang posibilidad ng kusang pagkasunog mataas na load at kapag masyadong malalim ang discharge.
• Ang disenyo ay nangangailangan ng makabuluhang pagpapabuti, dahil hindi ito perpekto.

Ang mga unang eksperimento upang lumikha ng mga lithium galvanic cell ay naitala noong 1012. Ang isang tunay na gumaganang modelo ay nilikha noong 1940, ang unang mga kopya ng produksyon (hindi rechargeable!) ay lumitaw noong 70s, at ang matagumpay na martsa ng ganitong uri ng baterya ay nagsimula noong unang bahagi ng 90s, nang ang kumpanyang Hapon na Sony ay nagawang makabisado ang kanilang komersyal. produksyon.

Sa kasalukuyan, pinaniniwalaan na ito ay isa sa mga pinaka-promising na lugar para sa paglikha ng autonomous pinagmumulan ng kuryente enerhiya sa kabila ng kanilang medyo mataas (sa kasalukuyang antas) na gastos.

Ang pangunahing bentahe ng ganitong uri ng baterya ay ang mataas na density ng enerhiya nito (mga 100 W/hour kada 1 kg ng timbang) at ang kakayahang magsagawa ng malaking cycle ng charge/discharge.

Ang mga bagong nilikha na baterya ay nailalarawan sa pamamagitan ng mahusay na mga tagapagpahiwatig bilang mababang bilis self-discharge (mula 3 hanggang 5% lamang sa unang buwan, na may kasunod na pagbaba sa indicator na ito). Ito ay nagbibigay-daan para sa

At hindi lang iyon - kumpara sa laganap na Ni-Cd, bagong scheme na may parehong mga sukat, nagbibigay ito ng tatlong beses na mas mataas na pagganap na halos walang negatibong epekto sa memorya.

Mga negatibong katangian

mga baterya ng lithium ion.

Una sa lahat, ang mataas na gastos, ang pangangailangan na panatilihin ang baterya sa isang sisingilin na estado at ang tinatawag na "aging effect", na nagpapakita ng sarili kahit na ang galvanic cell ay hindi pa ginagamit. Ang huling hindi kasiya-siyang ari-arian ay nagpapakita ng sarili sa isang patuloy na pagbaba sa kapasidad, na pagkatapos ng dalawang taon ay maaaring humantong sa kumpletong pagkabigo ng produkto.