Особливості літій - полімерних акумуляторів та правила їх експлуатації

Літій-полімерний акумулятор являє собою модифікований варіант літій-іонних батарей. Головна відмінність полягає у застосуванні полімерного матеріалу, що виконує роль електроліту. У цей полімер додаються струмопровідні включення зі з'єднаннями літію. Подібні акумулятори в останні роки активно розвиваються та використовуються в мобільних телефонах, планшетах, ноутбуках, радіокерованих моделях та іншій техніці. Незважаючи на те, що літієві акумулятори нездатні забезпечувати високі струми розрядки, деякі спеціальні різновиди полімерних АКБ можуть віддавати струм, що значно перевищує їх ємність. Оскільки літій-полімерні акумулятори швидко поширюються на ринку, потрібно мати уявлення про їх пристрій, правила експлуатації та техніку безпеки при поводженні з ними. Про це йтиметься у нашому сьогоднішньому матеріалі.

Перевагою заміни рідкого органічного електроліту на полімерний є підвищення безпеки експлуатації АКБ. Це дуже важливо для акумуляторів літієвого типу. Саме безпечне використання у комерційних цілях із самого початку стримувало їх розвиток. Крім того, полімерний електроліт дає значно більше свободи під час вибору форми акумуляторної батареї.

В основу пристрою Li-Pol акумуляторних батарей було покладено процес переходу ряду полімерів у напівпровідниковий стан при впровадженні іонів електроліту в них. У цьому провідність зростає у кілька разів. Дослідники в основному були зайняті підбором полімерного електроліту для АКБ з металевим літієм та Li-Ion моделей. Теоретично допускається збільшення енергетичної щільності батарей з полімером у кілька разів у порівнянні з літій-іонними. На сьогоднішній день можна виділити кілька груп Li-Pol акумуляторів, що відрізняються за складом електроліту:

• З гелеподібним гомогенним електролітом. Він у результаті впровадження у структуру полімеру солей літію;
• З сухим полімерним електролітом. Цей тип виготовляється з урахуванням поліетиленоксиду з різними солями літію;
• Електроліт у вигляді мікропористої полімерної матриці, в якій сорбовані неводні розчини солей літієвих.

Якщо порівнювати полімерний і рідкий електроліт, варто відзначити меншу іонну провідність першого. Вона суттєво знижується при негативних температурах. Так, одна проблема була в тому, щоб підібрати склад для електроліту з високою провідністю. А друге важливе завдання було розширення діапазону робочих температур полімерних АКБ. Моделі літій-полімерних акумуляторів, що використовуються в сучасній техніці, за своїми характеристиками не поступаються Li-Ion.

Оскільки в полімерній батареї відсутній рідкий електроліт, їхня безпека при експлуатації значно вища. Крім того, вони можуть виконуватися практично будь-якої форми та конфігурації.

Контейнери деяких моделей, в яких знаходиться сама банка, виготовлені з металізованих полімерів. Через кристалізацію полімерного електроліту параметри цих АКБ значно знижуються при негативних температурах.

Є розробки полімерних АКБ із металевим анодом. Вченим вдалося досягти високої щільності струму та значного розширення робочого інтервалу температур. Ці різновиди акумуляторів також можуть використовуватись у різній портативній електроніці та побутовій техніці. Випуском подібних акумуляторів вже займаються багато провідних компаній.

Причому у різних виробників можуть відрізнятися матеріали електродів, склад електроліту та сама технологія збирання. Тому сильно відрізняються і параметри цих АКБ. Однак всі виробники сходяться в тому, що стабільність роботи Li-Pol сильний вплив однорідність полімерного електроліту. А вона залежить від температури полімеризації та співвідношення компонентів.

Наразі вже є безліч проведених експериментів, які доводять більш високий рівень безпеки полімерних АКБ порівняно з іонними. Це стосується перезаряду, прискореного розряду, вібрації, стиснення, короткого замикання, проколювання літій-полімерних батарей. Так, що цей вид акумуляторів має найкращі перспективи розвитку. Нижче наведено результати тестів на безпечну експлуатацію Li-Pol акумуляторів.

Вид випробувань
Вид випробувань	Акумулятор із гель-полімерним електролітом	Акумулятор із рідким електролітом
Прокол голкою	Не було змін	Вибух, дим, протікання електроліту, підвищення температури до 250°С
Нагрівання до 200°С	Не було змін	Вибух, протікання електроліту
Струм короткого замикання	Не було змін	Протікання електроліту, підвищення температури на 100°С
Перезаряд (600%)	Здуття	Вибух, протікання електроліту, підвищення температури на 100°С

Є приклади літій - полімерних акумуляторів, які мають товщину 1 міліметр. Такі моделі дозволяють конструкторам мобільних пристроїв створювати компактну апаратуру. Це відкриває нові можливості зменшення розмірів електронних пристроїв. Для зменшення внутрішнього опору акумуляторів Li-Pol додається гелевий електроліт. У батареях, які використовуються в мобільних телефонах, застосовується такий різновид електроліту. Вони поєднують у собі риси полімерних та іонних батарей.

У чому ж різниця між Li-Ion та Li-Pol акумуляторними батареями. Вони відносяться і близькі за своїми електричними характеристиками. Але полімерні моделі використовують твердий електроліт. Гелева складова вноситься до електроліту для зниження внутрішнього опору батареї та стимуляції іонообмінних процесів.

За своєю енергоємністю літій-полімерні акумуляторні батареї мають питому енергоємність в 4-5 разів більше і в 3-4 рази вище. Обидва ці типи ставляться до . Порівняння здійснюється саме з ними, оскільки в основному літієві батареї замінили лужні в мобільній електроніці.

Li-Pol батареї мають ресурс у 500-600 циклів заряд-розряд (при струмі розряду 2С). За цим показником вони програють кадмієвим (1 тисяча циклів) і приблизно відповідають металогідридним. Технологія виробництва та конструкція постійно удосконалюється і в майбутньому, можливо, характеристики покращуються. Варто також зазначити, що за 1-2 роки полімерна АКБ втрачає приблизно 20% від своєї ємності. За цим параметром вони відповідають іонним акумуляторам.

Слід зазначити, що серед полімерних батарей для комерційного використання є дві великі категорії. Це звичайні та швидкорозрядні. Останні часто називають Hi discharge. Відмінність між цими групами полягає у максимально допустимому розрядному струмі. Він може вказуватися в абсолютній величині або вкратно номінальної ємності.

Наприклад, 3С. Для звичайних акумуляторних батарей максимальний струм розряду трохи більше 3-5С. Швидкорозрядні моделі мають максимальний струм розряду 8-10С. Маса швидкорозрядних АКБ приблизно на 20 відсотків вища, ніж у стандартних моделей. У маркуванні таких батарей є символи HC або HD.

KKM2500 позначає звичайну модель ємністю 2500 мАг, а маркування KKM2000HD розшифровується як швидкорозрядний акумулятор ємністю 2000 мАг. Швидкорозрядні моделі не використовуються в побутовій техніці та споживчій електроніці. АКБ із стільникових телефонів та планшетів не витримують високих розрядних струмів, і тому оснащені захистом від таких режимів експлуатації.

Області застосування літій-полімерних акумуляторів випливають із завдань, які ставилися під час їх розробки. Це збільшення часу роботи пристрою та зменшення його ваги. Стандартні Li-Pol моделі працюють у різній електроніці, що має невисокі струми споживання. Це ноутбуки, телефони, електронні книжки, планшети.

Моделі, що передбачають швидкий розряд, ще називаються "силовими". Вони використовуються в тих пристроях, де потрібне високе споживання струму. Найвідоміша сфера застосування «силових» акумуляторів – це моделі на радіокеруванні. Цей ринок є найпривабливішим для виробників полімерних АКБ. У сфері роботи пристроїв з дуже високими розрядними струмами (до 50 С) літій - полімерні акумулятори програють лужним. Можливо, у майбутньому літієві моделі подолають це обмеження. За ціною вони приблизно відповідають нікель-металогідридним.

Експлуатація літій - полімерних акумуляторних батарей

Безпека

Акумулятори літієвого типу в цілому, і полімерні, зокрема, вимагають досить делікатного обігу при експлуатації. Що потрібно запам'ятати при експлуатації Li-Pol акумуляторних батарей:

• Шкідливий зайвий заряд акумулятора (понад 4,2 вольта на один акумуляторний елемент);
• Не можна допускати короткого замикання;
• Неприпустимий розряд струмами, що призводять до нагрівання акумулятора понад 60 градусів Цельсія;
• Не можна розгерметизувати АКБ;
• Не можна розряджати акумулятор нижче 3 вольт;
• Неприпустиме нагрівання вище 60 градусів;
• Не допускається зберігання у розрядженому вигляді.

Якщо не дотримуватися цих правил, це може призвести до пожежі в гіршому, і значної втрати ємності в кращому випадку.

У зв'язку з цим можна дати кілька рекомендацій щодо безпечного використання літій-полімерних акумуляторів. Для початку слід придбати якісний зарядний пристрій та виставляти на ньому коректні налаштування. Крім того, рекомендується застосовувати роз'єми, які не допускають короткого замикання. Обов'язково контролюйте струм, який споживається пристроєм.

Варто також відзначити, що потрібно дотримуватись температурного режиму і не допускати перегріву полімерної батареї. Це слабке місце для всіх акумуляторів літієвого типу. Якщо акумулятор нагріється до 70 градусів, то в ньому починається мимовільна реакція, яка енергію перетворює на тепло. В результаті займання, а іноді й вибух. Якщо є можливість контролювати напругу акумулятора, то особливо пильно слід стежити в кінці розрядки.

Ще однією причиною виходу літієвих АКБ з ладу є розгерметизація. Всередину полімерної акумуляторної банки в жодному разі не повинно проникнути повітря. Спочатку корпус герметичний і його не слід піддавати ударам, упускати. Якщо ви займаєтеся пайкою висновків, то це потрібно вкрай акуратно.

Перед тим як відправити на зберігання полімерну батарею, рекомендується зарядити наполовину. Зберігати акумулятор слід у прохолодному місці без сонячних променів. Як і всі акумуляторні батареї, літій-полімерні мають саморозряд, але він менше, ніж у свинцевих або лужних.

Літієво-полімерними акумуляторами оснащуються практично всі сучасні електронні гаджети. Широке застосування вони знайшли на літаючих радіокерованих моделях, квадрокоптерах, вертольотах та літаках. У літій-полімерних акумуляторів є чимало переваг, у тому числі висока щільність енергії, низький саморозряд і відсутність так званого «ефекту пам'яті».

В результаті для моделей із силовими електроагрегатами Li Pol батареї практично не існує гідної альтернативи. Слід очікувати, що вони будуть застосовуватися все ширше, особливо в таких областях, як літальні апарати, що не пілотуються, електромобілі тощо.

Незважаючи на всі переваги, LiPol батареї мають репутацію примхливих, небезпечних та маложивучих джерел живлення. Насправді ці недоліки дещо перебільшені. Якщо їх правильно використати, проблеми будуть зведені до мінімуму.

Правила заряджання

Для того, щоб в експлуатації джерела живлення не виникало проблем, необхідно правильно заряджати батареї LiPo. Інакше великий ризик їх ушкодження і навіть самозаймання. Розглянемо, як правильно зарядити літій полімерний акумулятор, щоб уникнути можливих проблем:

• Зарядити LiPo акумулятор будь-яким ЗУ не вийде, для цього потрібні спеціальні зарядні пристрої. Пов'язано це з особливостями двофазного заряджання.

• Заряджання акумуляторів Li Pol проходить у дві фази (метод CC-CV). У першій стадії напруга усім банках АКБ зростає. До закінчення фази воно сягає 4,2 Вольт. По суті, на цей момент зарядка Li Pol акумуляторів досягає 95%. Далі починається друга фаза. Для недопущення перезаряду, згубного для літій-полімерної АКБ, струм знижується. У разі перевищення напруги понад 4,25 Вольт збільшується ризик самозаймання.
• Не рекомендується допускати повної розрядки джерела живлення, перед повторним заряджанням у ньому повинно залишатися близько 10-20%, інакше він швидко вийде з ладу.
• Важливо стежити, щоб напруга не падала нижче 3 Вольт на кожній банці. При такому зниженні показників напруги великий ризик того, що батарея може здутися. При цьому LiPo акумулятор втратить більше 50% своєї ємності. Якщо здулася LiPo батарея, її залишиться тільки викинути - втрата ємності необоротна.

Те, що літій-полімерні джерела живлення роздуваються, є однією з серйозних проблем їх експлуатації. Усі банки повинні заряджатися та розряджатися рівномірно. При цьому зарядний пристрій для літій полімерних батарей відстежує лише сумарну напругу, але при великому розкиданні показників ймовірність того, що LiPo акумулятор збільшився в рази. Також це призводить до перезаряду окремих банок, збільшення ризику самозаймання.

Для вирішення цієї проблеми заряджання Li Pol батарей необхідно виконувати з використанням балансира, який здатний відстежувати напругу на кожній банці, або ЗУ з вбудованим балансиром. Не заряджайте джерело живлення з таймером. Якщо струм буде недостатнім, ЗУ відключиться, не зарядивши його повністю. Струм заряду не повинен перевищувати 1С і бути меншим за 0,5 С. ​​Також потрібно пам'ятати, що чим більше ємність LiPo акумулятора, тим довше він буде заряджатися.

Експлуатація

Для того, щоб продовжити термін служби Li Pol пристроїв або щонайменше не скоротити його, важлива і правильна експлуатація акумуляторів. Коли ми заряджаємо джерело живлення, не можна допускати його нагрівання вище 60 градусів. Якщо нагрівання все ж таки відбулося, перш ніж використовувати батарею, їй потрібно дати охолонути. Також не можна і ставити на зарядку накопичений накопичувач.

На зберігання не можна залишати повністю розряджену АКБ. Обов'язково зарядіть її. Найоптимальніші показники - 60%. Загалом, за дотримання цих нескладних правил, проблем із використанням літій-полімерних батарей не виникає.

Сьогодні телефони – щось більше, ніж просто засіб зв'язку.

За допомогою смартфонів виходять в інтернет, слухають музику, дивляться фільми, грають у ігри, роблять фотографії та знімають відео – такі можливості вимагають якісного акумулятора, який забезпечить влаштуванню тривалу автономну роботу. Одними з найпопулярніших і найсучасніших вважаються літій-полімерні акумулятори. У чому його особливості, переваги та недоліки?

Особливості літій-полімерних (Li-pol) акумуляторів

Літій - найлегший з металів, що має найвищий електрохімічний потенціал, що забезпечує високу густину енергії. Під час роботи така батарея використовує літієві металеві електроди.

Як полімерні, так і іонні батареї значно ефективніші за попередників - нікель-кадмієвих і нікель-металогідридних акумуляторів. У сучасних батареях набагато вища ємність, більше, відсутній «ефект пам'яті», а за габаритами вони компактніші.

У плані компактності перше місце посідають полімерні АКБ (Li-pol). У цих акумуляторах використовується полімер - тонка та гнучка платівка, просочена електролітами. За рахунок компактності батарея має товщину всього 1 мм. Такі компактні батареї дозволяють дизайнерам розробляти більш мініатюрні та легкі смартфони.

Основні переваги батарей Li-pol:

• Гнучкий полімер дозволять домагатися менших розмірів акумуляторів, відповідно виходять компактні пристрої. У цьому параметрі полімерні батареї краще іонних, оскільки другі досягли межі зменшення товщини.
• Така батарея вважається найбільш досконалою, тому забезпечує більший рівень безпеки, що знижує ризик перезаряджання та витоку електролітів.
• Полімерні АКБ мають більш тривалий термін служби, уповільнений процес старіння та саморозряду.

Недоліки:

• У полімерних акумуляторів вища вартість матеріалів виготовлення (проти іонними). У результаті впливає ціну телефону.
• Висока чутливість до низьких температур.
• Сильніше нагріваються.

Як правильно заряджати літій-полімерний акумулятор?

Яка б батарея не була встановлена ​​в смартфоні, без належного догляду вона швидко почне зношуватися і втрачати ємність. Захищайте телефон від перегріву та переохолодження. Високі температури здатні викликати спалах. Щодо низьких температур, то на морозі в акумуляторі знижується віддача струму через уповільнення хімічних реакцій електролітів. Саме тому мобільні пристрої часто – такий своєрідний самозахист.

Щоб продовжити життя літій-полімерного акумулятора, заряджайте його правильно та дотримуйтесь . Пам'ятайте, що багато АКБ чутливі до перепадів температур та .

У сучасних батареях встановлений спеціальний контролер, який захищає смартфон від перезаряду та перерозряду. Він не дозволяє продовжувати живити пристрій електроенергією після досягнення 100% відновленої ємності навіть якщо кабель зарядного пристрою підключений до мережі. При повному відключенні телефону через виснаження батареї в акумуляторі завжди зберігається трохи потужності, оскільки контролер відключає пристрій заздалегідь. Однак телефон після цього необхідно якнайшвидше зарядити.

В ідеалі не можна допускати повної розрядки пристрою. Деякі експерти рекомендують не заряджати гаджет вище 90% та не розряджати нижче 10% - це може продовжити термін служби батареї. Виняток - профілактичне калібрування раз на півроку. Для цього потрібно повністю розрядити телефон, а потім зарядити батарею на 100%.

При покупці нового смартфона важливо слідувати простим.

Підсумки

Літій-полімерні акумулятори у світі мобільних пристроїв на даний момент вважаються найсучаснішими та актуальними завдяки ряду позитивних якостей та компактності розмірів. Пам'ятайте, що батарею телефону необхідно доглядати - в цьому випадку вона прослужить набагато довше.

Технічний прогрес – машина, яка котить без зупинки! Паливом для цієї машини є нові і нові проблеми нашого сучасного світу. Пам'ятайте, ще недавно в ході були нікель-кадмієві (NiCd) акумулятори, їм на зміну прийшли нікель-металгідридні (NiMH). А ось сьогодні місце літій-іонних (Li-ion) намагаються зайняти літій-полімерні (Li-pol) акумулятори. Чим відрізняються Li-pol від Li-ion? Які переваги літій-полімерних перед літій-іонними акумуляторами?Спробуємо розібратися.

Коли ми купуємо телефон чи планшет, мало хто ставить собі питання — який усередині акумулятор? Лише потім, зіткнувшись із проблемою швидкого розряду гаджета, ми починаємо детальніше розглядати «внутрішню» нашого пристрою.

Про літієві батареї стало відомо в 1912 році, тоді почалися перші експерименти, але широкого застосування вони не знайшли. І лише в 70-х роках, через шість десятиліть, ці зарядні елементи зайняли свої місця практично у всіх побутових пристроях. Підкреслимо, що розмова поки що йде лише про батареї, а не акумулятори.

Літій — найлегший метал, так само він забезпечує найбільшу щільність енергії та має суттєвий електрохімічний потенціал. Акумулятори, які у своїй основі мають літієві металеві електроди, мають велику ємність і високу напругу. У 80-х роках, в результаті численних досліджень, з'ясувалося, що циклічна робота літієвих акумуляторів (процес заряд/розряд) призводить до займання зарядних пристроїв, а за ними і самих гаджетів. Так, 1991 року, в Японії було відкликано кілька тисяч телефонів через загрозу займання. Через ці небезпечні властивості літію, вчені звернули всі свої зусилля на неметалеві літієві акумулятори на основі іонів літію. І через деякий час було створено безпечніший варіант зарядного пристрою, який отримав назву літій-іонний (Li-ion).

Сьогодні літій-іонний акумулятор стоїть практично у всіх мобільних пристроях, він має велику кількість різновидів, має масу позитивних якостей, але й недоліків, про які ми поговоримо докладніше.

Переваги літій-іонних акумуляторів:

Висока щільність енергії і як наслідок – велика ємність

Низький саморозряд

Висока напруга одиничного елемента. Це спрощує конструкцію – найчастіше акумулятор складається лише з одного елемента. Багато виробників сьогодні застосовують у стільникових телефонів саме такий одноелементний акумулятор (згадайте Nokia)

Низька вартість обслуговування (експлуатаційних витрат)

Відсутність ефекту пам'яті, що потребує періодичних циклів розряду відновлення ємності.

Недоліки:

Для акумулятора потрібна вбудована схема захисту (що веде до додаткового підвищення його вартості), яка обмежує максимальну напругу на кожному елементі акумулятора під час заряду та оберігає напругу елемента від низького зниження при розряді

Акумулятор схильний до старіння, навіть якщо не використовується і просто лежить на полиці. Процес старіння притаманний більшості Li-ion акумуляторів. З цілком очевидних причин виробники про цю проблему замовчують. Незначне зменшення ємності стає помітним вже через рік, незалежно від того, знаходився акумулятор в експлуатації чи ні. Через два чи три роки він часто стає непридатним для використання

Більш висока вартість, ніж NiCd акумулятори.

Літій-іонні акумуляторипостійно удосконалюються, технологія покращується. І всім був би гарний цей акумулятор, якби не проблеми безпеки під час його використання та висока ціна. Всі ці причини стали основою створення літій-полімерних акумуляторів (Li-pol або Li-polymer). Найочевидніше і найголовніше різницю між Li-pol і Li-ion- Це тип використовуваного електроліту. Використання твердого полімерного електроліту істотно здешевлює процес створення акумулятора і робить його безпечнішим, а також дозволяє створювати тонші зарядні пристрої. Чому ж літій-полімерний акумулятор повністю не витіснив свого попередника? Одна з можливих версій, яку висловлюють експерти, — інвестори, які вклали великі суми в розробку та масове впровадження Li-ion акумуляторів, намагаються повернути інвестиції.

Давайте підіб'ємо підсумки. Якщо говорити узагальнююче, то літій-полімерний акумулятор – це досконаліша версія літій-іонного. Судіть самі:

Переваги Li-pol та Li-ion акумуляторів

Узагальнюючи, можна сказати, що завдяки сучасним технологіям у нас є два типи надійних зовнішніх батарей. З розвитком мобільних технологій, з появою смартфонів, планшетів та багатьох інших цифрових гаджетів, зі створенням енергоємних додатків, користувачі опинилися перед проблемою батареї. Звичайно ж, і Li-ion, і Li-Pol батареї відразу знайшли своє застосування в зовнішніх зарядних пристроях.

Це чудове рішення для сучасного життя. Найголовніше при виборі powerbank - це не нарватися на шахраїв (докладніше про те, як відрізнити підробку від оригіналу, ми писали , а про те, як по сайту магазину зрозуміти зі 100% впевненістю, що в ньому вам продадуть підробку -