En nyckelfaktor för elektroniska enheters rörlighet är det uppladdningsbara batteriet (ACB). Ökande krav på att säkerställa deras längsta autonomi stimulerar kontinuerlig forskning inom detta område och leder till uppkomsten av nya tekniska lösningar.
De mycket använda nickel-kadmium (Ni-Cd) och nickel-metallhydrid (Ni-MH) batterierna har ett alternativ - först litiumbatterier, och sedan mer avancerade litiumjonbatterier (Li-ion).
Innehåll
Utseendehistoria
De första sådana batterierna dök upp på 70-talet. förra århundradet. De fick genast efterfrågan på grund av mer avancerade egenskaper. Elementens anod var gjord av metalliskt litium, vars egenskaper gjorde det möjligt att öka den specifika energin. Så här föddes litiumbatterier.
De nya batterierna hade en betydande nackdel – en ökad risk för explosion och antändning.Anledningen låg i bildandet av en litiumfilm på elektrodytan, vilket ledde till en kränkning av temperaturstabiliteten. Vid maximal belastning kan batteriet explodera.
Förfiningen av tekniken har lett till att ren litium överges i batterikomponenter till förmån för att använda dess positivt laddade joner. Litiumjonbatteriet visade sig vara en bra lösning.
Denna typ av jonbatteri kännetecknas av högre säkerhet, vilket erhålls på bekostnad av en liten minskning av energitätheten, men konstanta tekniska framsteg har gjort det möjligt att minska förlusten i denna indikator till ett minimum.
Enhet
Introduktionen av litiumjonbatterier i konsumentelektronikindustrin fick ett genombrott efter utvecklingen av ett batteri med en kolmaterial (grafit) katod och en koboltoxidanod.
I processen med batteriurladdning avlägsnas litiumjoner från katodmaterialet och ingår i koboltoxiden på den motsatta elektroden; vid laddning fortsätter processen i motsatt riktning. Sålunda skapar litiumjoner en elektrisk ström som rör sig från en elektrod till en annan.
Li-Ion-batterier tillverkas i cylindriska och prismatiska versioner. I en cylindrisk struktur rullas två band av platta elektroder, åtskilda av ett elektrolytimpregnerat material, upp och placeras i ett förseglat metallhölje. Katodmaterialet avsätts på aluminiumfolie och anodmaterialet avsätts på kopparfolie.
En prismatisk batteridesign erhålls genom att stapla rektangulära plattor ovanpå varandra. Denna form av batteriet gör det möjligt att göra layouten av den elektroniska enheten mer tät. Prismatiska batterier med rullade elektroder vridna till en spiral tillverkas också.
Drift och livslängd
Lång, fullständig och säker drift av litiumjonbatterier är möjlig om driftreglerna följs, att försumma dem kommer inte bara att förkorta produktens livslängd utan kan leda till negativa konsekvenser.
Utnyttjande
Nyckelkravet för driften av Li-Ion-batterier gäller temperatur - överhettning bör inte tillåtas. Höga temperaturer kan orsaka maximal skada, och orsaken till överhettning kan vara både en extern källa och stressiga lägen för laddning och urladdning av batteriet.
Till exempel leder uppvärmning upp till 45°C till en minskning av förmågan att hålla en batteriladdning med 2 gånger. Denna temperatur nås lätt när enheten utsätts för solen under en längre tid eller när du kör energikrävande applikationer.
Om produkten överhettas rekommenderas det att placera den på en sval plats, det är bättre att stänga av den och ta bort batteriet.
För bästa batteriprestanda i sommarvärmen bör du använda energisparläget, som är tillgängligt på de flesta mobila enheter.
Låga temperaturer har också en negativ effekt på jonbatterier, vid temperaturer under -4°C kan batteriet inte längre leverera full effekt.
Men kyla är inte lika skadligt för Li-Ion-batterier som höga temperaturer, och orsakar oftast inte permanent skada. Trots att batteriets arbetsegenskaper är helt återställda efter uppvärmning till rumstemperatur, bör du inte glömma minskningen av kapaciteten i kylan.
En annan rekommendation för användning av Li-Ion-batterier är att förhindra att de blir djupt urladdade. Många äldre generationens batterier hade en minneseffekt som krävde att de laddades ur till noll och sedan fulladdade.Li-Ion-batterier har inte denna effekt, och enstaka fall av fullständig urladdning leder inte till negativa konsekvenser, men konstant djupurladdning är skadligt. Det rekommenderas att ansluta laddaren när laddningsnivån är 30 %.
Livstid
Felaktig användning av Li-Ion-batterier kan minska deras livslängd med 10-12 gånger. Denna period beror direkt på antalet laddningscykler. Man tror att batterier av Li-Ion-typ tål från 500 till 1000 cykler, med hänsyn tagen till full urladdning. En högre andel återstående laddning innan nästa laddning ökar batteriets livslängd avsevärt.
Eftersom livslängden på Li-Ion-batterier till stor del bestäms av driftsförhållandena är det omöjligt att ge en exakt livslängd för dessa batterier. I genomsnitt kan ett batteri av denna typ förväntas hålla 7-10 år om de föreskrifter som krävs följs.
Laddningsprocess
Vid laddning, undvik för lång anslutning av batteriet till laddaren. Normal drift av ett litiumjonbatteri sker vid en spänning som inte överstiger 3,6 V. Laddare levererar 4,2 V till batteriingången under laddning. Om laddningstiden överskrids kan oönskade elektrokemiska reaktioner börja i batteriet, vilket leder till överhettning med alla därav följande konsekvenser.
Utvecklarna tog hänsyn till en sådan funktion - säkerheten för laddningen av moderna Li-Ion-batterier styrs av en speciell inbyggd enhet som stoppar laddningsprocessen när spänningen stiger över den tillåtna nivån.
För litiumbatterier är tvåstegsladdningsmetoden korrekt.I det första steget måste batteriet laddas, vilket ger en konstant laddningsström, det andra steget måste utföras med en konstant spänning och en gradvis minskning av laddningsströmmen. En sådan algoritm är implementerad i hårdvara i de flesta hushållsladdare.
Förvaring och avfallshantering
Ett litiumjonbatteri kan lagras länge, självurladdning är 10-20% per år. Men samtidigt sker en gradvis minskning av produktens egenskaper (nedbrytning).
Det rekommenderas att förvara sådana batterier på en plats skyddad från fukt, vid en temperatur på +5 ... + 25 ° С. Starka vibrationer, stötar och närhet till öppen låga är oacceptabelt.
Processen för återvinning av litiumjonceller måste utföras på specialiserade företag som har lämplig licens. Cirka 80 % av materialen från återvunna batterier kan återanvändas vid tillverkning av nya batterier.
Säkerhet
Ett litiumjonbatteri, även av en miniatyrstorlek, är fyllt med risk för explosiv självantändning. Denna egenskap hos denna typ av batteri kräver överensstämmelse med säkerhetsåtgärder i alla skeden, från utveckling till produktion och lagring.
För att förbättra säkerheten för Li-Ion-batterier under tillverkningen placeras ett litet elektroniskt kort i deras hölje - ett övervaknings- och kontrollsystem som är utformat för att eliminera överbelastning och överhettning. En elektronisk mekanism ökar kretsens motstånd när temperaturen stiger över en förutbestämd gräns. Vissa batterimodeller har en inbyggd mekanisk brytare som bryter kretsen när trycket inuti batteriet stiger.
Dessutom är en säkerhetsventil ofta installerad i batterilådor för att avlasta trycket i nödfall.
För- och nackdelar med litiumbatterier
Fördelarna med denna typ av batteri är:
- hög energitäthet;
- ingen minneseffekt;
- lång livslängd;
- låg självurladdningshastighet;
- inget behov av underhåll;
- säkerställer konstanta driftsparametrar över ett relativt brett temperaturområde.
Den har ett litiumbatteri och nackdelar, dessa är:
- risk för spontan förbränning;
- högre kostnad än sina föregångare;
- behovet av en inbyggd styrenhet;
- oönskade djupurladdningar.
Teknologier för tillverkning av Li-Ion-batterier förbättras ständigt, många brister blir gradvis ett minne blott.
Applikationsområde
Den höga energitätheten hos litiumjonbatterier bestämmer deras huvudsakliga användningsområde - mobila elektroniska enheter: bärbara datorer, surfplattor, smartphones, videokameror, kameror, navigationssystem, olika inbyggda sensorer och ett antal andra produkter.
Förekomsten av en cylindrisk formfaktor för dessa batterier gör att de kan användas i ficklampor, fasta telefoner och andra enheter som tidigare förbrukade ström från engångsbatterier.
Litiumjonprincipen för att bygga ett batteri har flera varianter, typerna skiljer sig åt i vilken typ av material som används (litium-kobolt, litium-mangan, litium-nickel-mangan-kobolt-oxid, etc.). Var och en av dem har sin egen räckvidd.
Förutom mobil elektronik används en grupp litiumjonbatterier inom följande områden:
- handhållna elverktyg;
- bärbar medicinsk utrustning;
- avbrottsfri strömförsörjning;
- säkerhetssystem;
- nödbelysningsmoduler;
- solcellsdrivna stationer;
- elfordon och elcyklar.
Med tanke på den ständiga förbättringen av litiumjonteknik och framgången med att skapa högkapacitetsbatterier med små storlekar, är det möjligt att förutsäga expansionen av applikationer för sådana batterier.
Märkning
Parametrarna för litiumjonbatterier är tryckta på produktens kropp, medan den använda kodningen kan skilja sig avsevärt för olika storlekar. En enda batterimärkningsstandard för alla tillverkare har ännu inte utvecklats, men det är fortfarande möjligt att ta reda på de viktigaste parametrarna på egen hand.
Bokstäverna i markeringslinjen anger typen av cell och de använda materialen: den första bokstaven I betyder litiumjonteknologi, nästa bokstav (C, M, F eller N) anger den kemiska sammansättningen, den tredje bokstaven R betyder att cell är uppladdningsbar (uppladdningsbar).
Siffrorna i storleksnamnet anger batteriets storlek i millimeter: de två första siffrorna är diametern och de andra två är längden. Till exempel anger 18650 en diameter på 18 mm och en längd på 65 mm, 0 indikerar en cylindrisk formfaktor.
De sista bokstäverna och siffrorna i serien är behållarmärkningarna som är specifika för varje tillverkare. Det finns inte heller några enhetliga standarder för att ange tillverkningsdatum.
