Литиевые аккумуляторы используются почти во всех сферах деятельности человека. Их преимущества - высокая емкость, стабильное разрядное напряжение, возможность многократной перезарядки, быстрая зарядка, отсутствие эффекта памяти и высокое напряжение ячейки.
Современный вариант литий-ионного аккумулятора запатентовал в 1991 г. японец Акира Ёсино. Первый литий-ионный аккумулятор по его патенту был выпущен на заводе корпорации Sony. В 2019г. Акира Ёсино (вместе с Дж.Гуденафом и М. С. Уинттингемом) получил Нобелевскую премию "За создание литий-ионных батарей".
Характеристики литий-ионных аккумуляторов
напряжение: 3.6-3.7В (макс. 4.1-4.3В; мин. 2.5В)
удельная энергоёмкость: 110…270 Вт·ч/кг;
внутреннее сопротивление: 4…15 мОм*Ач;
число циклов заряд-разряд: 500-1000;
диапазон рабочих температур: от −20 °C до +60 °C.
Литий-ионный аккумулятор. Схема работы
Литий-ионный аккумулятор состоит из катода и анода, разделённых пористым сепаратором, пропитанным электролитом. Пакет электродов помещается в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъёмникам. Корпус иногда оснащают предохранительным клапаном, сбрасывающим давление при его повышении или перегреве аккумулятора. Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу используемого катодного материала. Наиболее распространенным катодным материалом является графит, в который внедряется литий с образованием соединений включения, например LiC6.
Состав анодного материала может различаться. Применение кобальтатов лития LiCoO2 (или твердых растворов LiCoO2-LiNiO2) позволяет аккумуляторам работать при более низких температурах, и повышает число циклов разряд/заряд. Это наиболее качественные аккумуляторы. Более дешевый манганит лития LiMn2O4 со структурой шпинели встречается чаше всего (60% рынка). Литий-железо-фосфат LiFePO4 используется в мощных аккумуляторах ввиду низкой стоимости
Электрохимические схемы литий-ионных аккумуляторов:
литий-кобальтовые LiCoO2 + 6C → Li1-xCoO2 + LiC6
литий-марганцевые LiMn2O4 + 6C → Li1-xMn2O4 + LiC6
литий-ферро-фосфатные LiFePO4 + 6C → Li1-xFePO4 + LiC6
Часто в корпус аккумулятора встраивают контроллер защиты (или PCM-плата (англ. Protection Circuit Module)), который отключает аккумулятор, предотвращая превышение напряжения заряда, чрезмерный разряд и превышение температуры, приводящие его к преждевременной деградации или разрушению. Также этот контроллер может ограничивать ток потребления. Тем не менее, надо учитывать, что не все аккумуляторы снабжаются защитой. В целях снижения стоимости производители могут не устанавливать её.
Недостатки
Широко применяемые литий-ионные аккумуляторы при перезаряде, несоблюдении условий заряда или при механическом повреждении часто бывают огне- и взрывоопасными. Литиевые аккумуляторы изредка проявляют склонность к взрывному самовозгоранию. Авиакомпании и международные организации принимают меры к ограничению перевозок литиевых аккумуляторов и устройств с ними на авиатранспорте.
Самовозгорание литиевого аккумулятора может привести к взрыву и пожару. Проще всего опасно вздувшийся аккумулятор выбросить за пределы помещения. Так же не следует тушить аккумулятор водой ввиду опасности взрыва водорода.
Кроме того, емкость литиевых аккумуляторов сильно снижается при температуре ниже 0С
Хранение литиевых аккумуляторов
Литиевые аккумуляторы подвержены старению, даже если не используются в работе. Поэтому их не стоит хранить длительное время (более года). Наиболее оптимальные условия хранения это низкая температура 5-10С и частичная зарядка (около 40%). Также нельзя допускать разряда ниже 2.5В.
Уважаемые читатели, ставьте лайки (желательно), пишите свои комментарии!