Литиеви полимерни батерии

Постоянното развитие на технологиите влияе благоприятно на много аспекти от живота на хората. Необходимостта от наличието на високоефективни източници на енергия с добър баланс на безопасност, разходи и експлоатационни характеристики доведе до създаването на литиево-полимерни елементи.

Какво е литиева полимерна батерия

Li полимерните батерии са галванични захранващи устройства, които използват литиеви наситени полимерни материали като електролит.

Литиево-полимерната технология се превърна в нов етап в развитието на литиево-йонните източници на енергия, което намали разходите за тяхното производство и позволи създаването на миниатюрни и гъвкави батерии.

Когато купувате и използвате такива батерии, трябва да разберете маркировките, нанесени върху тях, които имат следните характеристики:

• Капацитетът на батерията е посочен в mAh;
• числото до английската буква S в маркировката показва броя на отделните клетки (кутии) в батерията, всяка от които има номинално напрежение 3,7 волта и максимум 4,2 волта;
• числото до буквата С показва максималния токов изход в единици С. Максималният ток на разреждане в милиамери на час е равен на капацитета на батерията, умножен по тази стойност;
• числото до буквата Р указва паралелно броя на кутиите, свързани паралелно. Когато използвате една консерва, тази стойност обикновено не е посочена.

Така обозначението 2600 mAh 3S 20C обозначава Li-полимерна батерия от 2600 mAh с номинално напрежение 11,1 волта (максимум 12,6 волта), с три банки, свързани последователно и допустим разряден ток от 52 ампера (2600x20 = 52000 mA).

Как е производството на литиеви полимерни батерии

При производството на Li-полимерни захранвания се използва тази технология:

1. Суспензията се прилага контролирано с активните материали на катода и анода (два различни процеса) върху повърхността на алуминиево или медно фолио, което действа като токов колектор.
2. Фолиото с нанесения материал се изсушава, нарязва се на елементи с необходимия размер и форма.
3. Извършва се подготовката на полимерен електролитен сепаратор, който след това се поставя между слоевете фолио с активните материали на катода и анода.
4. Многослойната батерия се сглобява, запечатва и суши.
5. Когато използвате полимерен сепаратор, който изисква включвания на гел електролит, той се напълва с нужното количество електролитна течност.
6. Инсталирането на контактни подложки, опаковане в защитна обвивка и подрязване на изпъкналите й части.
7. Монтирани са външни клеми за акумулатора.
8. Извършва се цикъл за контрол на заряд / разряд и тестване.
9. Извършва се изрязване, сортиране по капацитет и изготвяне на съответните обозначения.
10. Ако е необходимо, проводниците се запояват към клемите на акумулатора.
11. Извършва се контрол на качеството, опаковането на акумулаторните клетки в корпуса, върху което се нанася необходимата маркировка и опаковка.

Принципът на работа и устройството литиево-полимерна батерия

Принципът на работа на Li pol батерии се основава на използването на полупроводников ефект в полимерни вещества с включени електролитни йони. Добавянето на електролит към полимерите причинява повишаване на тяхната йонна проводимост при запазване на изолационните свойства на пластмасата по отношение на електроните.

Електромоторната сила по отношение на литиевите йони възниква в резултат на обратима химическа реакция между анода (плюс) въглерод (обикновено графит) и катода (минус) на кобалт, ванадиев оксид или манган, поставен в полимерен електролит с литиеви соли.

Има три вида полимерни електролити:

1. Напълно сухите полимерни електролити, които са пластмасови с добавяне на литиеви соли, дават нисък ток при стайна температура, недостатъчен за повечето съвременни устройства и са по-скъпи от обикновените литиево-йонни батерии.
2. Гелоподобните полимерни електролити, които са сухи полимерни електролити, взаимосвързани с пластификатори-разтворители, имат приемливи показатели за капацитет, сила на тока и цена и най-често се използват в практиката.
3. Неводни разтвори на литиеви соли, разпределени в микропореста полимерна матрица чрез абсорбция.

Масово продаваните Li Po батерии всъщност са хибриди, които комбинират не само чист сух полимерен електролит, но и малко количество гел електролит, който също съдържа литиево-йонни източници.

Добавянето на включвания на гел електролит в твърд полимерен електролит увеличава неговата йонна проводимост и електрически характеристики, по-специално работният ток се увеличава до стойността, необходима за повечето съвременни устройства с малък размер.

Литиева полимерна батерия: плюсове и минуси

Li-полимерните захранващи устройства имат следните предимства:

• висока плътност на енергията спрямо тяхната маса, 4-5 пъти по-висока от тази на никел-кадмиевите батерии и 3-4 пъти по-висока от тази на никело-метални хидридни източници на енергия;
• нисък ток на саморазреждане и висока ефективност на тока;
• способността за създаване на гъвкави и много тънки продукти;
• липса на ефект на паметта;
• поддържане на напрежение в приемливи граници по време на работен разряд;
• широк диапазон от допустими температури по време на работа (от -20 до +40 градуса).

Литиевите полимерни батерии имат някои недостатъци:

• опасност от пожар в случай на презареждане / прегряване. Тези батерии изискват използването на защитна електроника, която следи тока и температурата на зареждане, както и специален алгоритъм за зареждане;
• ефектът на стареене, водещ до намаляване на капацитета при дългосрочно съхранение и работа (смята се, че батерията губи до 20% от капацитета за всяка година);
• отказ по време на дълбок разряд (под 3 волта);
• страх от прегряване над 60 градуса и презареждане над 4,2 волта (при напрежение над 4,5 волта е възможна експлозия);
• използването на тънка обвивка (обикновено под формата на фолио) в някои от тези батерии намалява цената на клетките Li Pol, но в същото време намалява тяхната здравина.

Къде се използват Li Pol батерии?

Този тип източник на енергия поради своето леко тегло и голяма мощност се използва широко за осигуряване на захранване на малки и големи размери устройства, включително:

• мобилни телефони и смартфони;
• радиоуправляеми модели, квадрокоптери, микропланове;
• електроинструмент;
• дигитални технологии, ултрабуци;
• електрически автомобили.

Насоки за използване на батерията Li Pol

За да осигурите необходимото ниво на безопасност и да удължите живота на работещите батерии, трябва да спазвате следните правила:

1. при наличие на повреди, подуване на батериите, те не могат да се използват, но трябва да бъдат изхвърлени;
2. батериите трябва да се зареждат с качествено зарядно устройство под наблюдение, като предотвратяват прегряването на батерията. Ако по време на зареждане има мирис на парене, подуване, запалване, трябва незабавно да го спрете и да изключите батерията от зарядното устройство;
3. по-добре е да зареждате върху негорима повърхност, например върху керамична плочка или порцеланова плоча, след пълното зареждане на източника на захранване е по-добре да го оставите да изстине и едва след това да започнете да го използвате;
4. не трябва да се допуска разреждане под 3 волта, прегряване или преохлаждане, които намаляват капацитета и общия брой цикли на зареждане и заряд;
5. най-дългият живот на LiPo клетките се постига при поддържане на нивото им на заряд на 45%;
6. Най-добрият режим на зареждане за LiPo батерии се осигурява от зарядни устройства на Sony за приблизително три часа. Провежда се на три етапа:
   • Първо, за около един час зареждането се извършва до 70% с постоянен ток 0,5-1 от текущия изход на батерията до напрежение 4,2 волта;
   • Презареждане с продължителност от 1 час до 90% с напрежение не повече от 4,2 волта с постепенно намаляващ ток (до около 0,2 от токов изход);
   • На третия етап зареждането се извършва за един час до 100% с малък постоянно намаляващ ток.

Евтините зарядни свършват заряда на първия етап, при достигане на напрежение 4,2 v, така че батерията да не получи пълния си капацитет.

• Избягвайте шок за акумулатора, късо съединение или разреждане с много високи токове, презареждане над 4.2 волта на компонент на батерията на клетката - всичко това причинява пожар;
• ако се използват композитни батерии от няколко Li Pol клетки, по-добре е да ги зареждате отделно или да използвате специален изравняващ заряд с балансиране за всяка клетка. Принципът на работа на такова устройство е да спре зареждането на отделни елементи, когато те достигнат напрежение от около 4,17 волта;
• Преди да пуснете в експлоатация нови батерии, е по-добре да ги калибрирате чрез двойно пълно зареждане и разреждане.

В някои Li Pol батерии, разряд по-малък от 2,5 волта може да доведе до метализация на литий, което води до създаване на проводими мостове вътре в акумулатора и късо съединение. При зареждане на такава батерия се получава неконтролирано нагряване, което може да доведе до експлозия на такъв източник на енергия. Затова батериите, в които напрежението е спаднало под критично ниво от 3 волта, е по-добре да не се използват и ако напрежението падне до 2,5 волта и по-долу, те трябва да бъдат изхвърлени.

Как да съхранявате литиеви полимерни батерии

Желателно е да съхранявате заредените LiPo батерии в защитни калъфи при стайна температура, докато зареждате на ниво от 3,6-3,8 волта.

Преди да съхранявате LiPo клетки, се препоръчва те да бъдат заредени до 40-50%, изключени от устройствата, които захранват и периодично, поне веднъж на шест месеца, да проверяват нивото на зареждане.

Изхвърляне на литиеви полимерни батерии

Изхвърлянето на захранващи устройства на LiPo е от особено значение поради високата им опасност от пожар. Те са по-малко токсични от никел-кадмиевите батерии, но все пак съдържат вредни за околната среда вещества.

За пълно и безопасно изхвърляне на Li-полимерни батерии трябва да се спазват следните изисквания:

• Изхвърлените батерии се изхвърлят в пластмасови контейнери с водно-физиологичен разтвор (около половин чаша сол на 1 литър вода) за около 2 седмици (до спиране на производството на газ) в нежилищна сграда. След това те могат да бъдат изхвърлени с обикновен боклук;
• Преди изхвърлянето им, батериите трябва да бъдат разредени до поне един волт (това може да стане с електрическа крушка като товар);
• ако кутията на батерията е повредена, не е необходимо да се разтоварва, но трябва да се изхвърли във водно-солен разтвор;
• ако разрядът се произвежда от ток, по-голям от допустимия, свързан със стойността на максималния токов изход C, батерията трябва да бъде в кофа с пясък или на друго място с противопожарна защита;
• Не се допуска механично унищожаване на батерии, непреработени във физиологичен разтвор, което може да доведе до пожар. Особено опасни в това отношение са батериите с кобалтов катод.