Аккумуляторы li ion: преимущества, правила использования АКБ и сфера применения литиево-ионных устройств

Особое применение в различных областях, особенно в мобильной электронной технике (сотовые телефоны, ноутбуки, планшеты и прочие гаджеты), нашли аккумуляторы li ion.

По сравнению с аналогами наподобие li pol или Ni-Cd, литий-ионные батарейки имеют больше преимуществ за счёт своих качественных характеристик и продолжительного срока эксплуатации.

Однако чтобы аккумулятор прослужил дольше, следует разобраться в принципах его работы и правилах использования.

Устройство аккумулятора

Практически любой современный li lon аккумулятор имеет особую конструкцию, которая отличается абсолютной непроницаемостью и герметичностью. Причём подобное требование к производству батареек продиктовано недопустимостью вытекания электролита, который находится внутри, ведь именно он обеспечивает стабильную работу устройства.

Помимо этого, в литий-ионных батарейках в роли отрицательного электрода выступает алюминий, в то время как в качестве положительного электрода работает медь. При этом аноды и катоды могут быть изготовлены практически в любой форме, хотя на практике чаще всего они встречаются в форме цилиндра или продолговатого прямоугольника, обёрнутого в фольгу. Аккумулятор имеет простое устройство:

Конструкция таких аккумуляторов может изготавливаться в двух основных вариантах: цилиндрическом и призматическом. В цилиндрическом исполнении сепараторный пакет и электроды устройства сворачиваются в рулон, а затем помещаются в специальный корпус, который может делаться из стали или алюминия. Корпус соединяется с отрицательным электродом, а через изолятор выводится положительный полюс батарейки прямо на крышку устройства. Что касается призматического варианта аккумулятора, то он производится путём складывания друг на друга плоских прямоугольных пластинок.
На медной фольге находится анодный материал, а на алюминиевой — катодный материал. Они разделяются при помощи пористого сепаратора, пропитанного электролитом.
Электроды, помещённые в аккумуляторный пакет, устанавливаются в прочный и герметичный корпус, в то время как катоды и аноды плотно присоединяются к специальным клеммам, предназначенным для снятия тока и обеспечения надёжного контакта с частями электроцепи (токосъёмник).
Сразу же под крышкой аппарата размещаются дополнительные устройства. Например, одно — для регулирования увеличения сопротивления, а второе — для разрыва электросвязи между катодом и клеммой. Помимо этого, в аккумулятор может быть встроен специальный предохранитель, который позволяет сбрасывать сильное давление в случае нарушения условий эксплуатации прибора.
Чтобы увеличить уровень безопасности в процессе использования устройства, батарейка li ion может быть оснащена внешней электронной системой защиты. Благодаря этому элементу исключается вероятность перегрева устройства, замыкания или чрезмерной перезарядки батарейки.

Чаще всего АКБ производятся в призматическом исполнении, поскольку такие устройства больше всего подходят для современных гаджетов наподобие мобильных телефонов, планшетов или ноутбуков.

Основные виды

Существует две разновидности аккумуляторов. Они отличаются между собой системой безопасности в процессе эксплуатации:

Защищённые батарейки отличаются тем, что они имеют встроенную плату — контроллер заряда устройства, который оснащён важными функциями: предохраняет от замыкания, не даёт устройству превысить допустимые нормы силы тока в процессе зарядки, и защищает его от глубокого заряда (перезарядки).
Что касается незащищённых литий-ионных батареек, то они менее безопасные и менее практичные, чем защищённые. С такими аккумуляторами всегда нужно бережно обращаться и вести себя крайне осторожно, чтобы избежать его взрывания или поломки. Малейший перепад напряжения или неправильная эксплуатация может быстро вывести батарейку из строя.

Узнать о том, имеет ли аккумулятор защиту, можно просто: достаточно прочитать надписи на корпусе батарейки. Если там написано слово «Protection», значит, приобретаемый аккумулятор имеет встроенную защиту.

Сферы применения

В настоящее время существует несколько основных типов li аккумуляторов, которые отличаются между собой сферой применения и техническими показателями. К ним относятся:

Титановые литиевые АКБ. Отличаются быстрой подзарядкой, продолжительным сроком эксплуатации, высокими показателями надёжности и производительности, а также большим температурным диапазоном. Такие батареи считаются самыми безопасными и надёжными. Единственные недостатки — это высокая цена и небольшая энергоёмкость. Сфера использования литий-титановых батарей: электронно-силовые агрегаты авто, ИПБ, освещение на солнечных элементах.
Кобальтовая li ion батарея на сегодняшний день является самым распространённым вариантом, так как используется во многих мобильных гаджетах и электронных приборах, например, видеокамеры, телефоны и т. д. Такие аккумуляторы имеют высокие показатели энергоёмкости. К недостаткам можно отнести небольшой период службы, низкую термическую стабильность и ограниченные возможности.
Марганцевый вариант батареи представляет собой катод, состоящий из литий-марганцевой кристаллической шпинели с трёхмерной структурой. Благодаря присутствию в аккумуляторе шпинели, обеспечивается очень низкий уровень сопротивления. Однако этот тип АКБ имеет более умеренную энергоёмкость, чем кобальт. Чаще всего такие устройства используют в медицинской технике, электрических инструментах или в силовых агрегатах.
Оксидные литиево-ионные аккумуляторы, в катоде которых содержится сразу несколько элементов: никель, кобальт, марганец, имеют много положительных сторон. Например, такие устройства отличаются высокой энергоёмкостью и продолжительным периодом службы. Однако у таких батарей очень слабые показатели стабильности. Область использования: телекоммуникации, электромобили, в качестве источника бесперебойного питания или аварийного освещения и т. д.
Железо-фосфатные li ion батарейки обладают большим периодом эксплуатации, устойчивостью при неправильном использовании, высокой безопасностью и превосходной термической стабильностью. Единственный существенный недостаток состоит в том, что в таких АКБ очень низкая энергоёмкость. Сфера использования: портативные и стационарные приборы, требующие постоянных высоких нагрузок.
Оксидные АКБ, в составе которых есть такие компоненты, как никель, кобальт, алюминий, обладают стабильно высокими показателями энергоёмкости и плотности энергии, а также продолжительными сроками эксплуатации. Из недостатков: низкая степень безопасности и высокая цена. Чаще всего такие АКБ используются в промышленности и медицине, в электрических силовых устройствах и т. д.

Разнообразные подвиды аккумуляторов, независимо от электрохимического состава, объединяет всегда одно: крепкий и полностью герметичный корпус устройства.

Стандартные параметры

Все разновидности литиево-ионных АКБ имеют типичные характеристики, независящие от их состава и сферы использования. Они состоят в следующем:

Общее время подзарядки устройства составляет от 2 до 4 часов.
Количество циклов: разрядка/зарядка при достижении 20 процентов ёмкости батарейки колеблется от 500 до 1000.
Напряжение минимальное варьируется от 2,2 до 2,5 В.
Напряжение максимальное составляет от 4,25 до 4,35 В.
При обычной комнатной температуре самостоятельный заряд устройства составляет около 7% в год.
Температурный режим, в диапазоне которого батарея может исправно функционировать, колеблется в пределах от 20 до + 60 градусов.

Лучше всего заранее ознакомиться с техническими параметрами АКБ. Это поможет избежать ошибок в процессе использования литиево-ионной батареи и увеличит срок её эксплуатации.

Правила эксплуатации

Для того чтобы li lon аккумулятор прослужил дольше и не подвергался ремонту или полной замене, необходимо учитывать основные правила эксплуатации устройства. Они заключаются в следующем:

Всегда нужно помнить о том, что любой аккумулятор литиевый li ion является очень чувствительным к высоким температурам. Проще говоря, батареи очень плохо переносят сильный перегрев. Поэтому всегда нужно стараться не допускать, чтобы устройство с батарейкой li ion лежало вблизи открытого огня или на него попадали солнечные лучи. Иначе прибор очень быстро выйдет из строя, а батарейка вздуется или взорвётся.
Поскольку литиево-ионные АКБ не имеют эффекта памяти, не стоит дожидаться полной разрядки батарейки. Заряжать устройства следует ещё до того, как уровень зарядки спадёт до нуля. В идеале заряжать прибор лучше всего в то момент, когда уровень зарядки АКБ показывает от 10 до 20 процентов, не позднее.
Важное правило: чем чаще будет заряжаться li ion, тем дольше прослужит батарейка. Хотя регулярная подзарядка не является панацеей от всех неполадок.
Для правильного ухода за АКБ требуется хотя бы один раз в три месяца производить полную разрядку батареи. Такой подход объясняется очень просто: полный уровень заряда негативно сказывается на состоянии батареи, как и постоянный разряд до полного нуля.
Не следует сразу же подзаряжать аккумулятор, если он долгое время провёл при отрицательных температурах. Перед тем как поставить устройство на подзарядку, ему нужно дать прогреться до комнатной температуры хотя бы на протяжении нескольких часов.
Всегда следует использовать зарядное устройство, которое предлагает производитель — это поможет избежать использования некачественной продукции. Более того, зачастую технические параметры АКБ не совпадают с параметрами зарядного устройства от стороннего производителя.
Если не планируется долгое время использовать ионную батарею, то хранить её нужно частично заряженной, а не разряженной до нуля. Самым подходящим вариантом является хранение АКБ с уровнем заряда около 50 процентов, но чтобы он не был менее 30 процентов. Оптимальной температурой хранения устройства является 15 градусов.
Чтобы уберечь ионный аккумулятор от повреждений и порчи, лучше всего постараться отказаться от использования в качестве зарядного устройства «лягушки». Если постоянно использовать для подзарядки некачественную «лягушку», это может привести к воспламенению устройства в процессе зарядки.
Производить зарядку устройства лучше всего на открытом воздухе. То есть, не следует заряжать гаджеты, если они находятся в чехлах, сперва устройство нужно вынуть, а только после этого ставить на подзарядку. Обусловлено это тем, что аккумулятор может перегреться и быстрей выйти из строя. В исключительных ситуациях сильный перегрев батарейки в процессе зарядки приводит к её взрыву.

Если всегда соблюдать алгоритм подзарядки литий-ионного АКБ, то устройство бесперебойно прослужит долгие годы.

Главные преимущества

Автономное питание, которым может обеспечить ионный АКБ, чаще всего используется для современных гаджетов. На сегодняшний день li ion аккумуляторы широко применяются в различных сферах, благородя ряду преимуществ, которые состоят в следующем:

По сравнению с другими типами аккумуляторов обладают относительной экологической безопасностью.
Имеют высокую степень энергетической плотности.
Один аккумуляторный элемент обладает достаточным уровнем напряжения.
Аккумуляторы могут использоваться в довольно широком температурном режиме, что обеспечивает устройству неизменные качественные характеристики.
При правильном использовании АКБ имеет продолжительные эксплуатационные сроки.
Ионный АКБ имеет большое количество циклов для зарядки/разрядки.
Простая эксплуатация достигается благодаря тому, что батареи не имеют эффекта памяти.
Невысокая стоимость по сравнению с другими типами АКБ.
Аккумуляторы имеют простую конструкцию по сравнению с другими АКБ. Это достигается за счёт наличия единичного элемента.
Небольшой самозаряд — от 2 до 7 процентов.

Что касается недостатков, то их гораздо меньше, чем достоинств. Это касается быстрого старения устройства, небольшого тока разряда и вероятности самовозгорания при несоблюдении правил эксплуатации аккумулятора.