Litija polimēru baterijas

Pastāvīga tehnoloģiju attīstība labvēlīgi ietekmē daudzus cilvēku dzīves aspektus. Nepieciešamība pēc augstas veiktspējas barošanas avotiem ar labu drošības, izmaksu un veiktspējas attiecību ir radījusi litija-polimēra elementus.

Kas ir litija polimēru akumulators

Li polimēru akumulatori ir galvaniski barošanas avoti, kuru elektrolītā izmanto ar litiju piesātinātus polimēru materiālus.

Litija polimēru tehnoloģija ir kļuvusi par jaunu litija jonu enerģijas avotu attīstības posmu, kas ir samazinājis to ražošanas izmaksas un ļāvis izveidot miniatūras un elastīgas baterijas.

Pērkot un lietojot šādas baterijas, jums ir jāsaprot tiem uzliktais marķējums, kam ir šādas īpašības:

• akumulatora ietilpība ir norādīta mAh;
• cipars blakus angliskajam burtam S marķējumā norāda atsevišķo elementu (kārbu) skaitu akumulatorā, kuru katra nominālais spriegums ir 3,7 volti un maksimālais - 4,2 volti;
• cipars blakus burtam C norāda maksimālo pašreizējo izvadi vienībās C. Maksimālā izlādes strāva milimetros stundā ir vienāda ar akumulatora ietilpību, kas reizināta ar šo vērtību;
• cipars blakus burtam P norāda paralēli savienoto kārbu skaitu. Lietojot vienu bundžu, šī vērtība parasti netiek norādīta.

Tādējādi apzīmējums 2600 mAh 3S 20C apzīmē 2600 mAh Li-polimēru akumulatoru ar nominālo spriegumu 11,1 volti (maksimāli 12,6 volti) ar trīs bankām virknē savienotu un pieļaujamo izlādes strāvu 52 ampēros (2600x20 = 52000 mA).

Kā notiek litija polimēru bateriju ražošana

Li-polimēru enerģijas avotu ražošanā šī tehnoloģija tiek izmantota:

1. Suspensiju kontrolētā veidā uzklāj ar katoda un anoda aktīvajiem materiāliem (divi dažādi procesi) uz alumīnija vai vara folijas virsmas, kas darbojas kā strāvas savācējs.
2. Folija ar uzklāto materiālu tiek žāvēta, sagriezta vajadzīgā izmēra un formas elementos.
3. Tiek veikta polimēra elektrolīta atdalītāja sagatavošana, kuru pēc tam ievieto starp folijas slāņiem ar katoda un anoda aktīvajiem materiāliem.
4. Daudzslāņu akumulators tiek salikts, aizzīmogots un žāvēts.
5. Izmantojot polimēru atdalītāju, kam nepieciešami gēla elektrolīta ieslēgumi, tas tiek piepildīts ar pareizo elektrolīta šķidruma daudzumu.
6. Kontaktu paliktņu uzstādīšana, iesaiņošana aizsargplēvē un tās izvirzīto daļu apgriešana.
7. Ir uzstādīti ārējie akumulatora spailes.
8. Tiek veikts uzlādes / izlādes kontroles cikls un pārbaude.
9. Tiek veikta izkaušana, šķirošana pēc ietilpības un atbilstošo apzīmējumu uzzīmēšana.
10. Ja nepieciešams, vadi tiek pielodēti pie akumulatora spailēm.
11. Tiek veikta kvalitātes kontrole, akumulatora elementu iesaiņošana korpusā, kam tiek uzlikts nepieciešamais marķējums un iepakojums.

Darbības princips un ierīces litija polimēru akumulators

Li pol akumulatoru darbības principa pamatā ir pusvadītāju efekta izmantošana polimēru vielās ar elektrolītu jonu ieslēgumiem. Elektrolīta pievienošana polimēriem izraisa to jonu vadītspējas palielināšanos, saglabājot plastmasas izolācijas īpašības attiecībā uz elektroniem.

Elektromotora spēks attiecībā uz litija joniem rodas atgriezeniskas ķīmiskas reakcijas rezultātā starp oglekļa (parasti grafīta) anodu (plus) un kobalta, vanādija oksīda vai mangāna katodu (mīnus), kas ievietoti polimēra elektrolītā ar litija sāļiem.

Pastāv trīs veidu polimēru elektrolīti:

1. Pilnīgi sausi polimēru elektrolīti, kas ir plastmasas ar litija sāļu pievienošanu, istabas temperatūrā rada mazu strāvu, nepietiekami lielākajai daļai mūsdienu ierīču un ir dārgāki nekā parastās litija jonu baterijas.
2. Želejveida polimēru elektrolīti, kas ir sausi polimēru elektrolīti, kas ievietoti starp plastifikatoriem-šķīdinātājiem, ir ar pieņemamu kapacitāti, strāvas stiprumu un izmaksām, un tos visbiežāk izmanto praksē.
3. Litija sāļu neūdens šķīdumi, absorbcijas veidā sadalīti mikroporainā polimēra matricā.

Masveidā pārdotās Li Po baterijas faktiski ir hibrīdi, kas apvieno ne tikai tīru sausa polimēra elektrolītus, bet arī nelielu daudzumu gela elektrolīta, kas satur arī litija jonu avotus.

Gēla elektrolīta ieslēgumu pievienošana cietā polimēra elektrolītā palielina tā jonu vadītspēju un elektriskās īpašības, jo īpaši, darba strāva palielinās līdz vērtībai, kas nepieciešama lielākajai daļai mūsdienu mazu izmēru ierīču.

Litija polimēru akumulators: plusi un mīnusi

Li-polimēru barošanas avotiem ir šādas priekšrocības:

• augsts enerģijas blīvums attiecībā pret to masu, 4-5 reizes lielāks nekā niķeļa-kadmija akumulatoriem, un 3-4 reizes lielāks nekā niķeļa-metālu hidrīdu enerģijas avotiem;
• zema pašizlādes strāva un augsta strāvas efektivitāte;
• spēja radīt elastīgus un ļoti plānus izstrādājumus;
• atmiņas efekta trūkums;
• uzturot spriegumu pieļaujamās robežās darba izlādes laikā;
• plašs pieļaujamo temperatūru diapazons darbības laikā (no -20 līdz +40 grādiem).

Litija polimēru akumulatoriem ir daži trūkumi:

• ugunsbīstamība pārmērīgas uzlādes / pārkaršanas gadījumā. Šīs baterijas prasa izmantot aizsargājošu elektroniku, kas uzrauga uzlādes strāvu un temperatūru, kā arī īpašu uzlādes algoritmu;
• novecošanās efekts, kas noved pie ietilpības samazināšanās ilgstošas ​​uzglabāšanas un darbības laikā (tiek uzskatīts, ka akumulators katru gadu zaudē līdz 20% no ietilpības);
• kļūme dziļas izlādes laikā (zem 3 voltiem);
• bailes no pārkaršanas virs 60 grādiem un pārmērīgas uzlādes virs 4,2 voltiem (ar spriegumu virs 4,5 voltiem, ir iespējama eksplozija);
• plānas apvalka (parasti folijas formā) izmantošana dažās no šīm baterijām samazina Li Pol elementu izmaksas, bet tajā pašā laikā samazina to izturību.

Kur tiek izmantotas Li Pol baterijas?

Sakarā ar nelielu svaru un lielu jaudu, šāda veida barošanas avoti tiek plaši izmantoti, lai nodrošinātu strāvu mazām un lielām ierīcēm, tai skaitā:

• mobilie tālruņi un viedtālruņi;
• radiovadāmie modeļi, kvadrocopteri, mikroplaknes;
• elektroinstruments;
• digitālā tehnoloģija, ultrabooks;
• elektriskās automašīnas.

Li Pol akumulatoru lietošanas vadlīnijas

Lai nodrošinātu nepieciešamo drošības līmeni un pagarinātu veselīgu bateriju kalpošanas laiku, jums jāievēro šādi noteikumi:

1. bojājumu un akumulatoru pietūkuma gadījumā tos nevar izmantot, bet tie ir jāiznīcina;
2. baterijas jāuzlādē ar kvalitatīvu lādētāju uzraudzībā, izvairoties no akumulatora pārkaršanas. Ja uzlādes laikā ir dedzinoša smaka, vēdera uzpūšanās, aizdegšanās, jums tas nekavējoties jāpārtrauc un akumulators ir jāatvieno no lādētāja;
3. labāk ir uzlādēt uz nedegošas virsmas, piemēram, keramikas flīžu vai porcelāna plāksnes, pēc barošanas avota pilnīgas uzlādes labāk ļaut tam atdzist un tikai pēc tam sākt to lietot;
4. nav pieļaujama izlāde zem 3 voltiem, pārkaršana vai pārdzesēšana, kas samazina jaudu un kopējo uzlādes-izlādes ciklu skaitu;
5. tiek sasniegts ilgākais LiPo šūnu mūžs, saglabājot to lādiņa līmeni 45%;
6. Labāko lādēšanas režīmu LiPo akumulatoriem nodrošina Sony lādētāji aptuveni trīs stundas. Tas notiek trīs posmos:
   • Pirmkārt, apmēram stundu uzlādi veic līdz 70% ar līdzstrāvu 0,5-1 no akumulatora izejas strāvas līdz 4,2 voltu spriegumam;
   • Uzlādēšana ar laiku no 1 stundas līdz 90% ar spriegumu, kas nepārsniedz 4,2 voltus, ar pakāpeniski samazinošu strāvu (līdz aptuveni 0,2 no izejas strāvas);
   • Trešajā posmā uzlāde tiek veikta stundas laikā līdz 100% ar nelielu nepārtraukti samazinās strāvu.

Lēti lādētāji pirmajā posmā beidz uzlādi, sasniedzot 4,2 v spriegumu, tāpēc akumulators nesaņem pilnu jaudu.

• Izvairieties no akumulatora trieciena, īssavienojumiem vai ļoti lielu strāvu izlādēšanās, ja akumulatora elementa uzlāde pārsniedz 4,2 voltus - visi šie cēloņi var izraisīt ugunsgrēku;
• ja tiek izmantotas vairāku Li Pol elementu kompozītmateriāla baterijas, labāk tās uzlādēt atsevišķi vai izmantot katru akumulatoru ar speciālu izlīdzinošu lādiņu ar balansēšanu. Šādas ierīces darbības princips ir apturēt atsevišķu elementu uzlādi, kad tie sasniedz aptuveni 4,17 voltu spriegumu;
• Pirms jaunu bateriju nodošanas ekspluatācijā labāk ir tās kalibrēt, veicot divreiz pilnu uzlādi un izlādi.

Dažās Li Pol baterijās izlāde, kas mazāka par 2,5 voltiem, var izraisīt litija metalizāciju, kas akumulatora iekšpusē rada īpatnējus tiltus un īssavienojumu. Uzlādējot šādu akumulatoru, notiek nekontrolēta sildīšana, kas var izraisīt šāda enerģijas avota eksploziju. Tāpēc baterijas, kurās spriegums ir nokrities zem kritiskā līmeņa par 3 voltiem, labāk nelietot, un, ja spriegums nokrītas līdz 2,5 voltiem un zemāk, tie jāiznīcina.

Kā uzglabāt litija polimēru baterijas

Uzlādētas LiPo baterijas ir vēlams uzglabāt aizsargājošos gadījumos istabas temperatūrā, kamēr tās tiek uzlādētas 3,6-3,8 voltu līmenī.

Pirms LiPo šūnu glabāšanas ieteicams tās uzlādēt līdz 40-50%, atvienot no tām darbinātajām ierīcēm un periodiski, vismaz reizi sešos mēnešos, pārbaudīt uzlādes līmeni.

Litija polimēru bateriju iznīcināšana

LiPo barošanas avotu iznīcināšana ir īpaši svarīga, ņemot vērā to lielo ugunsbīstamību. Tie ir mazāk toksiski nekā niķeļa un kadmija akumulatori, taču joprojām satur videi kaitīgas vielas.

Lai pilnībā un droši atbrīvotos no Li-polimēru akumulatoriem, jāievēro šādas prasības:

• Izlādējušās baterijas tiek apglabātas plastmasas traukos ar ūdens-sāls šķīdumu (apmēram puse glāzes sāls uz 1 litru ūdens) apmēram 2 nedēļas (līdz apstājas gāzes ražošana) nedzīvojamā ēkā. Pēc tam tos var izmest ar parastajiem atkritumiem;
• Pirms iznīcināšanas baterijas jāiztukšo vismaz vienā voltā (to var izdarīt ar spuldzi kā slodzi);
• ja akumulatora korpuss ir bojāts, tas nav jāizlādē, bet tas ir jāizmet ūdens-sāls šķīdumā;
• ja izlādi rada vairāk nekā pieļaujamā strāva, kas savienota ar maksimālās izejas C vērtību, tad akumulatoram vajadzētu būt smilšu spainī vai citā vietā ar aizsardzību pret uguni;
• Nav atļauts fizikāli iznīcināt fizioloģiskajā šķīdumā neapstrādātas baterijas, kas var izraisīt ugunsgrēku. Īpaši bīstamas šajā sakarā ir baterijas ar kobalta katodu.