Тип аккумулятора li pol что это значит

Почему будущее за типом аккумулятора li pol?

В наши дни широко распространены в бытовой технике (ноутбуках, цифровых фотоаппаратах, электромобилях и пр.) литий-ионные аккумуляторы и новый тип аккумулятора li pol.

Технология их изготовления все время совершенствуется. И все бы хорошо, но стоят такие аккумуляторы недешево, а у первых еще и безопасность при эксплуатации оставляет желать лучшего.

Конструкция литий – полимерных батарей

Тип аккумулятора li polymer — что это? Вначале применяли полимерный твердый электролит, напоминающий пластиковую пленку и заменяющий пористый традиционный сепаратор, пропитываемый электролитом. Он не проводил ток, но обеспечивал обмен ионами.

Конструкция отличалась лучшей безопасностью, простым процессом изготовления. Она позволяла делать аккумуляторы любой конфигурации более тонкими (до 1 мм) и исключала возможность возгорания.

Недостатком сухих Li-polymer аккумуляторов является малая электропроводность при комнатной температуре. Высокое внутреннее сопротивление не позволяет добиться достаточной для современных девайсов величины тока.

Видео: Li-pol аккумуляторы для новичков.

До приемлемого уровня увеличить электропроводность можно при нагревании до 60 градусов. Но это для массового применения не годится. Пока в этом направлении продолжают вести исследования.

А как же тогда быть с аккумуляторами, которыми комплектуют телефоны и компьютеры, если к коммерческому использованию они не пригодны? Оказывается, в них добавляют для повышения электропроводности небольшое количество электролита гелеобразного.

При массовом производстве стоить тип аккумулятора li pol будет меньше, чем литий-ионные.

Основные характеристики двух описанных видов представлены на графике:

Зарядка литий – ионных аккумуляторов

Процесс зарядки литий-ионных батарей состоит из двух этапов. На первом, длящимся около часа, напряжение увеличивается при неизменном зарядном токе, до момента, когда достигнут будет верхний его порог.

Аккумулятор к этому моменту заряжен на 70% от номинальной емкости. Далее ток уменьшается, пока не достигнет 3%, а напряжение практически не меняется. Затем, заряд прекращается.

При необходимости поддерживать батарею все время в заряженном состоянии, подзаряд проводят через 20 дней (500 часов). Обычно для этого на выходах аккумулятора напряжение уменьшают до 4,05 В, прекращая подзарядку, когда оно достигает отметки 4,2В.

Оптимальной температурой зарядки является 15-25 градусов Цельсия. Но, большей частью литий-ионных батарей допускается проводить ее током 1С в диапазоне температур 5-45 °C. При температурах, лежащих в пределах 0-5 °C, ток должен составлять 0,1 С. Нельзя проводить зарядку при минусовых температурах.

Зарядка литий-полимерных батарей

Практически идентичным образом и теми же, что для литий-ионных батарей, зарядными устройствами, происходит зарядка батарей литий-полимерных.

У литий – ионных батарей зарядка происходит при разрядке аккумулятора до нижнего порога – 3,0В (для отдельных — 0,2В).

Это означает, что при включенном телефоне постепенно уменьшается напряжение. Как только оно достигает нижнего порога, пользователь предупреждается и гаджет отключается.

Но энергию от батареи он продолжает потреблять. Пусть и незначительная, но она нужна, чтобы нажать клавишу включения телефона. Помимо этого, энергия потребляется внутренней схемой защиты и управления. К этому добавляется небольшой саморазряд. Следовательно, напряжение на оставленной на длительное время без подзарядки батареи, падает до 2,5 В, что может привести к отключению внутренней схемы управления и защиты.

Глубокий разряд приведет к тому, что зарядить батарею сможет далеко не каждое зарядное. Безусловно, от таких действий срок эксплуатации аккумулятора будет сокращаться.

Литий-ионные аккумуляторы функционируют лучше при комнатной температуре. В других условиях они теряют срок службы. Для литий-полимерных батарей работают нормально при 60-200 градусах, благодаря чему успешно используются в регионах с жарким климатом в качестве резервных источников питания. Но, сдерживающим фактором для них продолжает оставаться высокая цена.

Достоинства литий – полимерных конструкций

Из сказанного понятно, что литий-полимерные аккумуляторы – конструкции более совершенные, обладающие:

• низким саморазрядом;
• малой толщиной;
• большой плотностью энергии на единицу массы и объема;
• незначительным перепадом напряжения при разряде;
• большим, в сравнении с другими, количеством циклов заряд/разряд;
• возможностью получения разнообразных по конфигурации гибких форм.

Рекомендуем:

Подготовка LiPo к эксплуатации

Чтобы эту батарею подготовить к работе, ее просто нужно зарядить. «Эффекта памяти» она не имеет, поэтому нет необходимости циклирования перед использованием и дозарядки перед новой зарядкой.

Применение

В моделях вертолетов и самолетов, коммуникаторах, компьютерах и т.д.

Производители и цена

Производителей существует много, но первенство среди них принадлежит компании Kokam.

Детальнее познакомиться с производителями можно на сайтах:

www.lightflightrc.com . или www.b-p-p.com.

Аккумуляторы Li-Fe

Если два описанных типа батарей применяются достаточно широко, то эра Li-Fe пока «на старте».

Li fe аккумуляторы имеют большую емкостью и меньшее время зарядки. Зарядить их можно за 15 минут. К тому же, циклов перезарядки у них больше в 10 раз, в сравнении с моделями обычными. Чтобы не «погубить» батарею, пользоваться нужно зарядкой, на которой есть специальная маркировка, позволяющая заряжать Li-Fe аккумулятор.

К достоинствам этого типа батарей относятся:

• сверхбыстрый заряд (15 минут при токе 7А);
• большой ток отдачи в кратковременном и рабочем режимах (132 и 60 Ампер);
• прочный и безопасный корпус;
• отсутствие саморазряда (за три года 3%);
• сохранение работоспособности при отрицательных температурах (до минус 30 градусов Цельсия);
• большая наработка на отказ (в сравнении с никилиевыми, она больше втрое).

Недостатками их считают:

• наличие специального зарядного устройства, не совместимого с зарядками LiPo;
• большой вес, чем у литий-порлимерных;
• потеря свойств при глубоком разряде.

Основные характеристики

У полностью заряженной батареи напряжение составляет 3,65В. Хотя они не очень чувствительны к перезаряду, не рекомендуется заряд более 3,9В. У полностью разряженного элемента напряжение варьирует в пределах 2,5-2В Разными производителями заявляется различное напряжение средней точки – 3,2-3,3В.

Чаще других любители используют батареи размером18650 и 36650 (в профессиональной технике их применяют редко). Устанавливают их в моделях, шуроповертах, радиолюбительской технике.

Где купить аккумуляторы литий – полимерные и Li-Fe?

Купить литий-полимерные аккумуляторы можно в специализированных и онлайн магазинах. Большой выбор предлагает интернет-магазин Prom.Ua ( http://prom.ua/Litij-polimernyj-akkumulyator.html?no_redirect= 1)/. Та же указаны цены на каждый из видов.

Познакомиться с порядком цен и заказать Li-Fe аккумуляторы можно на сайте

https://ru.aliexpress.com/popular/li-fe-batteries.html?src=google&albch=search&acnt=479-062-3723&isdl=y&aff_short_key=UneMJZVf&albcp=273906556&albag=7991704636&slnk=&trgt=dsa-55226941396&plac=&crea=64152647716&netw=g&device=c&mtctp=b&memo1=1t2&gclid=CjwKEAjwhILABRDwo8mlqt6ug38SJACNSq_kHj6S7pjeQRTIs63mNk3QCRQN5Q7QeVpId2OV9xiquRoCrtjw_wcB.

Видео: Все про аккумуляторы: Li-Ion, Li-Pol, Ni-mh, Ni-cd — В чем разница

Источник

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы: маркетинговые уловки и распространенные ошибки

Неоднократно сталкиваюсь в статьях и комментариях (в статьях все же гораздо реже) с использованием неправильных данных или названий, которые впоследствии приводятся, как аргументы, хотя на самом деле они ошибочны изначально. И эти ошибки распространяются по всем ресурсам, включая Гиктаймс.

Этой статьей я бы хотел разъяснить некоторые моменты и провести своеобразный ликбез.

Литий-полимерные аккумуляторы

Сразу с главного — в свободном доступе на рынке не существует литий-полимерных аккумуляторов в техническом смысле этого слова. В англоязычном мире с этим уже разобрались, а вот на постсоветском пространстве существуют некоторые издержки в терминологии, которыми пользуются маркетологи. Маленькое отступление — не то, чтобы этим не пользовались в других регионах, но там хотя бы есть возможность проверки этой информации на родном языке.

Немного истории

Любой литий-ионный аккумулятор имеет 4 основных составляющих — два электрода (анод и катод), электролит и сепаратор. Все 4 элемента развивались и развиваются дальше. Для электролита на начало исследований (1970-ые) было предложено два варианта — жидкий или твердый электролит. В то время твердый электролит обещал больше перспектив в эксплуатации — электролит не вытекает при повреждении корпуса, сам элемент более прочный. Главным недостатком было и остается высокое сопротивление твердого электролита, оно сводит на нет физические характеристики.

Фактически снижение количества ресурсов, выделяемых компаниями на разработку твердых электролитов, произошло в начале 1990-х, когда Sony вывела на рынок аккумулятор с жидким электролитом. Сама компания Sony еще в 1988 году была уверена в будущем успехе твердого электролита.

Не смотря на ориентацию на жидкий электролит компании не перестали искать альтернативы. Одним из вариантов стали так называемые гибридные электролиты. Фактически для них используется сепаратор с мелкими отверстиями и тем же жидки электролитом. Хотя он на ощупь кажется сухим, на самом деле количество электролита в нем не отличается от подобного в обычном аккумуляторе. Как в принципе и конструкция:

Схематическая модель литий-ионного аккумулятора с катодом LiCoO₂ и графитовым анодом из Википедии на немецком языке.

Подобные аккумуляторы довольно распространены, их коммерческое распространение началось еще в начале 2000-х, но физически и химически это те же самые литий-ионные аккумуляторы с жидким электролитом и их в общем не очень много.

Что же представлено на рынке?

Одним из способов классификации аккумуляторов является его корпус. На сегодня существуют три популярных способа упаковки:

• Цилиндрические ячейки
• Призматические ячейки
• «Мешочек» или pouch-bag ячейки

Первый тип аккумуляторов известен своим использованием в ноутбуках и автомобилях Тесла (там используется его самый распространенный размер 18650).

Второй тип является измененной формой цилиндрических. Алюминиевый корпус, прямоугольник или квадрат в поперечном сечении. Популярен для стационарного применения и в транспорте.

Третий тип имеет мягкий корпус и не всегда оснащается встроенной системой защиты. Фактически удешевленный вариант призматической ячейки. Этот тип аккумуляторов используется, в частности, в мобильных телефонах.

Последние в списке и есть те самые «полимерные». Они так называются по нескольким причинам. Самый наглый способ маркетологов — корпус из полимеров, потому и «полимерные».

Второй вариант — использование полимерного мелкопористого сепаратора. Фактически ничем не отличается от обычного литий-ионного аккумулятора.

Третий вариант, который я не встречал — давать название «полимерный» на основании использования полимерных элементов в качестве основ катодов, анодов и прочих элементов. Как правило попадает в множество аккумуляторов в пластиковом корпусе.

Проблемы терминологии

При разработке концепции идея была такова, что под понятием «жидкий электролит» понимались жидкий или гелеобразный раствор соли лития, в то время как под понятием «твердый электролит» (solid electrolyte) — твердое состояние вещества. Так как возникло желание продать то, что обещалось но чего нет, то сегодня даже в среде исследователей гелевый электролит вносят в перечень «твердых» электролитов, хотя его характеристики все же скорее гибридные. Потому можно встретить описание в научных работах «твердый гелевый электролит», которое некоторыми учеными считается вводящим в заблуждение.

Будущее полимерных электролитов

Разработки ведутся и в перспективе возможно появление аккумуляторов с настоящим полимерным электролитом. Однако по состоянию на 2015 год лабораторные образцы полимерных электролитов на основе органической химии не показывали ощутимого прогресса, потому на дату публикации статьи в обозримом будущем не предвидится массового ухода от жидкого электролита.

Проблемы с наименованием типов аккумуляторов

На рынке представлено несколько различных типов литий-ионных аккумуляторов. Они имеют различные наименования, которые позволяют описывать их характеристики в плане емкости или безопасности. В целом можно встретить следующие типы:

• Литий-кобальтовые с катодом LiCoO₂ — самые емкие модели имеют графитовый анод.
• Литий-марганцево-оксидные с катодом LiMn₂O₄, Li₂MnO₃ или LMnO, последние могут выступать как просто литий-марганцовые
• Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные или NMC с катодом LiNiMnCoO₂
• Литий-железо-фосфатные с катодом LiFePO₄ (LFP)
• Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные (NCA) с катодом LiNiCoAlO₂
• Литий-титанат-оксидные (LTO) с анодом Li₄Ti₅O₁₂

Сразу можно заметить неравномерность наименований. Некоторые названы в честь катода, некоторые — в честь анода. И если в первом случае еще можно попытаться угадать с высокой степенью вероятности, что анод будет графитовый, то в случае названия по аноду остается только гадать. Также на сегодня ведутся разработки и в принципе можно найти на рынке аккумулятор с катодом LiFePO₄ и анодом Li₄Ti₅O₁₂, т.е. литий-железо-фосфатные литий-титанатовые, которые в этой системе не имеют простого маркетингового наименования По ссылке — научная статья 2013 года с испытаниями такого аккумулятора.

Причина существования такого большого числа катодов и анодов аккумуляторов в различных требованиях к аккумуляторам. Где-то нужна бóльшая безопасность, а где-то емкость или мощность. Получить представление о запасаемой энергии можно исходя из того, что каждый тип катода и анода имеет разный потенциал, как видно из изображений ниже (в качестве потенциала в 0 В выбирается потенциал металлического лития, больше разница напряжений — больше мощность, энергетическая плотность зависит от количества атомов лития):

Общая схема с потенциалами от университета г. Киль. Источник

Материал из статьи 2013 года авторов Jiantie Xu, Shixue Dou и др. Источник

Еще одна картинка от Purdue School of Engineering and Technology. Источник

Общее представление о причинах может давать следующее грубое изображение связи потенциалов элементов и возможности металлизация лития при очень низком разряде или термической нестабильности при перезаряде:

Изображения взято из курса лекций

Самые небезопасные в эксплуатации из представленных на рынке — литий-кобальтовые с графитовый анодом, самые безопасные — с катодом LiFePO₄ и анодом Li₄Ti₅O₁₂. Естественно, наличие BMS (Battery Management System) уменьшает риски, но пренебрегать ими не стоит, тот же слишком сильный разряд эта система предотвратить не сможет, что критично для аккумуляторов с графитовым анодом.

Распространенные ошибки

Общие ошибки

Самая главная и часто встречаемая ошибка — противопоставление «обычному литий-ионному аккумулятору». Как видно выше, такого понятия, как «обычный» просто нет. И разница в напряжениях может быть самой разной для вроде бы одинаковых катодов и одинаковой для разных наборов катодов и анодов.

Вторая ошибка, не столь существенная, связанная с предыдущим пунктом, написание материала катода LiFePO₄ следующим образом — LiFePo₄. Здесь путаница довольно распространенная и сразу показывает, насколько можно доверять такому источнику.

Еще одна крупная ошибка — противопоставление LiPo-аккумулятора литий-ионному. Здесь несколько вариантов сравнения. Первое — это общее, связанное с заблуждением о существовании на рынке аккумуляторов с полимерным электролитом. Второе, имеющее более узкое применение, которое обычно озвучивается в следующем виде «литий-полимерный аккумулятор [речь о корпусе] лучше/хуже LFP/LTO/NCA (подставить нужное)».

Здесь идет смешение типа корпуса и начинки.

Например, по этой ссылке можно прочитать о LFP аккумуляторе в формате литий-полимерного (призматический корпус в данном случае).

Аккумулятор А долговечнее аккумулятора Б

Это еще одно своеобразное перекручивание фактов для аргументации при продаже. Такой метод применяется для разных типов аккумуляторов, но чаще всего сравнивается LFP вариант аккумулятора и литий-кобальтовый или NMC с графитовым катодом. В статьях в интернете, как рекламных так и просто популярных, можно найти соотношение полных эквивалентных циклов в 2000 к 500 в пользу LFP и как результат — рассказ о значительном превосходстве первого.

Здесь есть несколько неточностей. Во-первых, бóльшее число статей по литий-кобальтовым датировано 2005-2006 годами, в то время как для LFP — с 2012-2013. Данные по циклам основаны на этих статьях. Тем не менее разработки на останавливались и были одинаково активными для всех типов аккумуляторов и разрыв не настолько большой в один и тот же временной интервал. Во-вторых, не уточняется объем энергии, который передаст за свою жизнь аккумулятор, а ведь при равных размерах LFP имеет меньшую емкость.
Что же касается главного преимущества — бóльшего числа циклов, то если брать новые исследования и сравнивать в равных условиях серийные образцы, то разница не такая и драматическая. В общей сложности она составляет 20-30% (800 циклов против 1000 для 40°C, например), что не всегда оправдывает покупку того же LFP, так как будет передано меньше энергии за счет меньшей разницы напряжений за весь срок эксплуатации.

Источников с непосредственным сравнением нет, поскольку сам процесс тестирования длительный и дорогостоящий, осложненный договорами про не раскрывание названий участников, но сравнивая по ряду данных можно сделать вывод об аналогичных характеристиках на сегодня для всех литий-ионных аккумуляторов в плане срока эксплуатации во всех возможных сценариях, в т.ч. и простого хранения. Эти данные приведены, например, в источниках 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Прочие источники

Моя предыдущая статья про литий-ионные аккумуляторы — Эксплуатация литий-ионных аккумуляторов

Источник