Et sentralt element i mobiliteten til elektroniske enheter er det oppladbare batteriet (ACB). Økende krav om å sikre deres lengste autonomi stimulerer kontinuerlig forskning på dette området og fører til fremveksten av nye teknologiske løsninger.
De mye brukte nikkel-kadmium (Ni-Cd) og nikkel-metallhydrid (Ni-MH) batteriene har et alternativ - først litiumbatterier, og deretter mer avanserte litium-ion (Li-ion) batterier.
Innhold
Utseendehistorie
De første slike batterier dukket opp på 70-tallet. siste århundre. De fikk umiddelbart etterspørsel på grunn av mer avanserte egenskaper. Anoden til elementene var laget av metallisk litium, hvis egenskaper gjorde det mulig å øke den spesifikke energien. Slik ble litiumbatterier født.
De nye batteriene hadde en betydelig ulempe – økt risiko for eksplosjon og antennelse.Årsaken lå i dannelsen av en litiumfilm på elektrodeoverflaten, noe som førte til brudd på temperaturstabiliteten. I øyeblikket med maksimal belastning kan batteriet eksplodere.
Forfiningen av teknologien har ført til at rent litium i batterikomponenter er forlatt til fordel for å bruke positivt ladede ioner. Litium-ion-batteriet viste seg å være en god løsning.
Denne typen ionbatteri er preget av høyere sikkerhet, som oppnås på bekostning av en liten reduksjon i energitetthet, men konstant teknologisk fremgang har gjort det mulig å redusere tapet i denne indikatoren til et minimum.
Enhet
Introduksjonen av litium-ion-batterier i forbrukerelektronikkindustrien fikk et gjennombrudd etter utviklingen av et batteri med en karbonmateriale (grafitt) katode og en koboltoksid anode.
I prosessen med batteriutladning fjernes litiumioner fra katodematerialet og er inkludert i koboltoksidet til den motsatte elektroden; under lading fortsetter prosessen i motsatt retning. Dermed skaper litiumioner en elektrisk strøm som beveger seg fra en elektrode til en annen.
Li-Ion-batterier produseres i sylindriske og prismatiske versjoner. I en sylindrisk struktur rulles to bånd av flate elektroder, atskilt av et elektrolyttimpregnert materiale, opp og plasseres i en forseglet metallkasse. Katodematerialet avsettes på aluminiumsfolie, og anodematerialet avsettes på kobberfolie.
Et prismatisk batteridesign oppnås ved å stable rektangulære plater oppå hverandre. Denne formen på batteriet gjør det mulig å gjøre utformingen av den elektroniske enheten mer tett. Prismatiske batterier med rullede elektroder vridd til en spiral produseres også.
Drift og levetid
Lang, full og sikker drift av litiumionbatterier er mulig hvis driftsreglene overholdes, å neglisjere dem vil ikke bare forkorte produktets levetid, men kan føre til negative konsekvenser.
Utnyttelse
Nøkkelkravet for drift av Li-Ion-batterier gjelder temperatur - overoppheting bør ikke tillates. Høye temperaturer kan forårsake maksimal skade, og årsaken til overoppheting kan være både en ekstern kilde og stressende moduser for lading og utlading av batteriet.
For eksempel fører oppvarming til 45°C til en reduksjon i evnen til å holde batterilading med 2 ganger. Denne temperaturen nås lett når enheten utsettes for solen i lang tid eller når den kjører energikrevende applikasjoner.
Hvis produktet overopphetes, anbefales det å plassere det på et kjølig sted, det er bedre å slå det av og ta ut batteriet.
For best batteriytelse i sommervarmen bør du bruke energisparemodusen, som er tilgjengelig på de fleste mobile enheter.
Lave temperaturer har også en negativ effekt på ionbatterier, ved temperaturer under -4°C kan batteriet ikke lenger levere full effekt.
Men kulde er ikke like skadelig for Li-Ion-batterier som høye temperaturer, og gir som oftest ikke varig skade. Til tross for at etter oppvarming til romtemperatur, er batteriets arbeidsegenskaper fullstendig gjenopprettet, bør du ikke glemme reduksjonen i kapasitet i kulde.
En annen anbefaling for bruk av Li-Ion-batterier er å forhindre at de blir dypt utladet. Mange eldre generasjons batterier hadde en minneeffekt som krevde at de ble utladet til null og deretter fulladet.Li-Ion-batterier har ikke denne effekten, og isolerte tilfeller av fullstendig utladning fører ikke til negative konsekvenser, men konstant dyp utladning er skadelig. Det anbefales å koble til laderen når ladenivået er 30 %.
Livstid
Feil drift av Li-Ion-batterier kan redusere levetiden med 10-12 ganger. Denne perioden avhenger direkte av antall ladesykluser. Det antas at Li-Ion-batterier tåler fra 500 til 1000 sykluser, tatt i betraktning full utladning. En høyere prosentandel av gjenværende lading før neste lading øker batteriets levetid betydelig.
Siden varigheten av Li-Ion-batteriets levetid i stor grad bestemmes av driftsforholdene, er det umulig å gi en eksakt levetid for disse batteriene. I gjennomsnitt kan et batteri av denne typen forventes å vare 7-10 år dersom de påkrevde forskriftene følges.
Ladeprosess
Unngå for lang tilkobling av batteriet til laderen under lading. Normal drift av et litium-ion-batteri skjer ved en spenning som ikke overstiger 3,6 V. Ladere leverer 4,2 V til batteriinngangen under lading Hvis ladetiden overskrides, kan det starte uønskede elektrokjemiske reaksjoner i batteriet, som vil føre til overoppheting med alle påfølgende konsekvenser.
Utviklerne tok hensyn til en slik funksjon - sikkerheten til ladningen av moderne Li-Ion-batterier styres av en spesiell innebygd enhet som stopper ladeprosessen når spenningen stiger over det tillatte nivået.
For litiumbatterier er to-trinns lademetode riktig.I det første trinnet må batteriet lades, og gi en konstant ladestrøm, det andre trinnet må utføres med konstant spenning og en gradvis reduksjon i ladestrømmen. En slik algoritme er implementert i maskinvare i de fleste husholdningsladere.
Lagring og avhending
Et litium-ion-batteri kan lagres lenge, selvutlading er 10-20% per år. Men samtidig oppstår en gradvis nedgang i produktets egenskaper (nedbrytning).
Det anbefales å lagre slike batterier på et sted beskyttet mot fuktighet, ved en temperatur på +5 ... + 25 ° С. Sterke vibrasjoner, støt og nærhet til åpen flamme er uakseptabelt.
Prosessen med resirkulering av litium-ion-celler må utføres ved spesialiserte virksomheter som har riktig lisens. Omtrent 80 % av materialene fra resirkulerte batterier kan gjenbrukes i produksjonen av nye batterier.
Sikkerhet
Et litium-ion-batteri, selv av en miniatyrstørrelse, er full av risiko for eksplosiv selvantennelse. Denne funksjonen til denne typen batteri krever overholdelse av sikkerhetstiltak på alle stadier, fra utvikling til produksjon og lagring.
For å forbedre sikkerheten til Li-Ion-batterier under produksjon, er et lite elektronisk brett plassert i kofferten deres - et overvåkings- og kontrollsystem som er designet for å eliminere overbelastning og overoppheting. En elektronisk mekanisme øker motstanden til kretsen når temperaturen stiger over en forhåndsbestemt grense. Noen batterimodeller har en innebygd mekanisk bryter som bryter kretsen når trykket inne i batteriet øker.
Dessuten er det ofte installert en sikkerhetsventil i batterikasser for å avlaste trykket i nødstilfeller.
Fordeler og ulemper med litiumbatterier
Fordelene med denne typen batteri er:
- høy energitetthet;
- ingen minneeffekt;
- lang levetid;
- lav selvutladningshastighet;
- ikke behov for vedlikehold;
- sikre konstante driftsparametre over et relativt bredt temperaturområde.
Den har et litiumbatteri og ulemper, disse er:
- risiko for spontan forbrenning;
- høyere kostnader enn sine forgjengere;
- behovet for en innebygd kontroller;
- uønsket dyp utflod.
Teknologier for produksjon av Li-Ion-batterier blir stadig forbedret, mange mangler er gradvis i ferd med å bli en saga blott.
Bruksområde
Den høye energitettheten til litiumion-batterier bestemmer deres hovedanvendelsesområde - mobile elektroniske enheter: bærbare datamaskiner, nettbrett, smarttelefoner, videokameraer, kameraer, navigasjonssystemer, ulike innebygde sensorer og en rekke andre produkter.
Eksistensen av en sylindrisk formfaktor til disse batteriene gjør at de kan brukes i lommelykter, fasttelefoner og andre enheter som tidligere forbrukte strøm fra engangsbatterier.
Litium-ion-prinsippet for å bygge et batteri har flere varianter, typene er forskjellige i typen materialer som brukes (litium-kobolt, litium-mangan, litium-nikkel-mangan-kobolt-oksid, etc.). Hver av dem har sitt eget omfang.
I tillegg til mobil elektronikk, brukes en gruppe litium-ion-batterier på følgende områder:
- håndholdt elektrisk verktøy;
- bærbart medisinsk utstyr;
- avbruddsfri strømforsyning;
- sikkerhetssystemer;
- nødbelysning moduler;
- solcelledrevne stasjoner;
- elbiler og elsykler.
Tatt i betraktning den konstante forbedringen av litiumionteknologi og suksessen med å lage høykapasitetsbatterier med små størrelser, er det mulig å forutsi utvidelsen av applikasjoner for slike batterier.
Merking
Parametrene til litium-ion-batterier er trykt på produktets kropp, mens kodingen som brukes kan variere betydelig for forskjellige størrelser. En enkelt batterimerkingsstandard for alle produsenter er ennå ikke utviklet, men det er fortsatt mulig å finne ut av de viktigste parametrene på egen hånd.
Bokstavene i markeringslinjen indikerer celletypen og materialene som brukes: den første bokstaven I betyr litiumionteknologi, den neste bokstaven (C, M, F eller N) angir den kjemiske sammensetningen, den tredje bokstaven R betyr at celle er oppladbar (oppladbar).
Tallene i størrelsesnavnet indikerer størrelsen på batteriet i millimeter: de to første tallene er diameteren, og de to andre er lengden. For eksempel indikerer 18650 en diameter på 18 mm og en lengde på 65 mm, 0 indikerer en sylindrisk formfaktor.
De siste bokstavene og tallene i serien er beholdermerkingene som er spesifikke for hver produsent. Det er heller ingen enhetlige standarder for å angi produksjonsdato.
