Виды литиевых батареек, их маркировка и применение

Можно ли заряжать литиевые батарейки

Аккумуляторы от обычных батареек отличаются указателем емкости, которая измеряется в миллиамперах в час. Напряжение обычной батарейки составляет 1,6 вольт, а аккумуляторной 1,2 v.

CR123

Обычные литиевые батарейки нельзя заряжать. В лучшем случае все закончиться обычным шипящим звуком, в другой ситуации возможен взрыв батареи, сопровождающийся всеми вытекающими последствиями. Изделие предназначено для однократного использования, не пытайтесь восстановить.

Изделия, которые можно зарядить обозначаются как rechargeable – перезаряжаемый. Если на ней указано do not recharge, то устанавливать на зарядку их нельзя.

Как восстановить литиевой накопитель

Срок службы литиевой батареи достаточно длителен, но рано или поздно она теряет первоначальную емкость. Поэтому многие озадачились вопросом восстановления аккумулятора.

Рассмотрим два способа восстановления накопителя.

Первый способ кажется сомнительным, но является самым простым и, со слов умельцев, часто срабатывает. Необходимо:

1. поместить источник питания в морозилку на 30-40 минут
2. после извлечения сразу поставить заряжаться на несколько минут
3. затем оставить для выравнивания температуры до комнатной
4. и только потом продолжить заряжать.

Контроллер часто прекращает блокировать работу элемента.

Второй способ стоит попробовать если стандартная зарядка и мероприятия с морозильной камерой не помогли. Суть метода заключается в отсоединении защитной платы согласно следующему порядку действий:

1. тестером измерьте напряжение АКБ (при нулевых показателях можете продолжать)
2. аккуратно отключите плату защиты
3. повторно измерьте напряжение (должно увеличиться максимум до 2,5В)
4. подключите к зарядке (с возможностью регулирования тока) и установите параметры тока 100 мА и напряжения 4,2В продолжительностью 10-15 минут
5. обязательно контролируйте напряжение (не должно подниматься выше 3,2В), при нагревании элемента срочно прекратите зарядку
6. после достижения необходимых показателей тока и напряжения верните плату на прежнее место и заряжайте при обычном режиме.

Разновидности и характеристики АКБ

Выпускают в форме:

• диска (монетки, таблетки);
• цилиндра;
• призмы.

Внешние размеры соответствуют стандартным параметрам большинства источников тока. Отличаются показатели рабочего напряжения, которые у большинства элементов выше других АКБ. Фирмы производят элементы с вариантом подключения нестандартного решения.

Разница между параметрами различных источников питания видна в приведенной таблице, анодом выступает литий:

Характеристики			Материал	катода
	MnO2	SO2	SOCl2	CFx	CuO	I2
Напряжение (В)	3.0	2.6-2.9	3.3-3.5	Нет	1.2-1.5	Нет
Удельная энергия (Втч/кг)	500	500-560	<1100	600	600	<1000
Потери заряда (%)	2-2.5	1-2	1.5-2	1-2	1-2	1

Кроме перечисленных типов набирают популярность элементы с электродом из пирита (FeS2). Их используют вместо старых моделей с жидким электролитом. Значение напряжения в них – 1,5 V.

Когда батарейка разряжается, из литиевого отрицательного электрода получается сульфид лития. Внутри цилиндра – рулонные электроды, терморезистор. Он служит ограничителем высокого показателя тока.

Служит АКБ больше 15 лет. При температуре окружающего воздуха до -40 градусов мороза они полностью сохраняют все свойства.

Типоразмеры по классификации США:

• CR – таблетка;
• CR2 и CR123 – бочонки;
• CR-V9 – крона;
• FR03 – мизинчиковые (ААА);
• FR6 – пальчиковые (АА).

Принятая по правилам Международной электрической комиссии система обозначений предусматривает название вида LITHIUM. Прописывают значения в вольтах, показатели емкости.

Виды литиевых АКБ

Кроме основного элемента (лития), в этих аккумуляторах могут присутствовать и другие химические вещества.

«Начинка» литий-ионного элемента может содержать:

• диоксид марганца;
• оксид меди;
• серный диоксид;
• йод;
• дисульфид железа;
• полифторуглеродные соединения;
• тионилхлорид.

Для широкого использования эти электрохимические различия не играют решающей роли

Важно то, что любое из этих соединений способно обеспечить оптимальную работу электрохимического источника питания

Также литий-ионные АКБ могут иметь разный внешний вид, в зависимости от исполнения и целей их применения. Например, аккумуляторы 18650 имеют привычную корпусную форму в виде металлических «банок». Они широко применяются в шуруповертах и ноутбуках. Есть элементы прямоугольной формы, которые могут быть совсем плоскими (они устанавливаются в современные виды смартфонов и айфонов), а есть и гель-полимерные аккумуляторы, выполненные в форме блестящих пакетов с повышенным уровнем герметизации (их можно увидеть в планшетах и айпадах).

Номинальное напряжение любой литий-ионной батарейки, независимо от ее химического состава, составляет 3,7 вольт.

Преимущества и недостатки литиевых батареек

Элементы питания такого типа отличаются большой емкостью на единицу массы. В ее составе сразу же несколько компонентов — катод, анод. Разделены материалы диафрагмой, пропитанной органическим электролитом.

К преимуществам можно отнести:

• Легкость изделия.
• Долгий срок хранения.
• Поскольку в составе отсутствует вода, то и батарея устойчива к температурным перепадам.
• Постоянное напряжение.
• При разных показателях разрядного тока обеспечиваются стабильные характеристики.
• Высокая энергоемкость и энергоплотность.
• Емкость не зависит от тока нагрузки, подходит для мощных устройств.
• Простота в уходе и применении.

Единственный недостаток такого элемента питания заключается в высокой стоимости. Но лучше один раз заплатить, чем постоянно менять их

Важно следовать рекомендациям по эксплуатации источников питания

Самые лучшие АКБ

Иногда спрашивают о том, какие Li Ion АКБ являются самыми современными. В последнее время широко рекламируются элементы Ultimate lithium от Energizer именно как лучшие литиевые батарейки последнего поколения. Они были разработаны для бытовых приборов с высоким уровнем потребления энергии (мощные фонари, фотокамеры, большие говорящие игрушки для детей). Рекламщики утверждают, что Ultimate lithium — это даже не аккумуляторы, а «элементы, которые никогда не нужно будет перезаряжать» — вследствие того, что их мощности хватает больше, чем на 12 лет.

Конечно, такое утверждение — всего лишь рекламный ход, и заряжаются эти АКБ обычным образом. Однако показатели их работы, действительно, очень высоки:

• способность выдерживать большие температурные перепады;
• работают при самых низких температурах —  -40-60°С;
• самые легкие среди других литиевых аналогов;
• высокая емкость — 3000 А;
• утверждается, что срок их службы может достигать 15 лет.

На фото — литиевый аккумулятор Ultimate lithium.

Описание элементов питания

В состав литий-ионного аккумулятора входят электроды, поделенные пропитанными электролитным раствором пористыми сепараторами. Пакет с ними помещается в полностью герметичный корпус, аноды с катодами подключаются к токосъемным клеммам. На корпусе предусмотрен клапан для защиты от повышенного давления – он сбрасывает чрезмерное напряжение при авариях, проблемах с условиями эксплуатации.

Каждый li ion аккумулятор имеет значимые преимущества перед другими элементами питания.

Основные:

• высокая энергоемкость;
• низкие саморазряды (снижение емкости);
• внушительный набор циклов зарядов и разрядов.

К недостаткам АКБ данного типа первого поколения можно было отнести подверженность взрывам. В итоге проблема была решена, а именно полностью устранена за счет замены анодного взрывного материала на графитный.

Также все зарядные устройства для литий-ионных элементов питания предотвращают перегревы, перезаряды из-за активного заряда.

Проблемы естественного старения, деградации при некорректном применении актуальны и сегодня. Литий-ионные батареи утрачивают нормальную эффективность, могут полностью выходить из строя в случае полной разрядки.

Также они чувствительны к температурным режимам эксплуатации. Наиболее благоприятными условиями среды является диапазон 0–10 °C, остаток заряда должен быть не меньше 40 %.

Спустя пару лет интенсивного использования уйдет не менее 20 % емкости батареи, теряется она даже тогда, когда АКБ просто лежит и не используется.

Области применения литиевых аккумуляторов. Основные производители литиевых аккумуляторов

Применение. Литий-ионные аккумуляторы широко применяется как в общегражданской технике, так и в изделиях специального назначения. Наибольшее количество аккумуляторов используется в сотовых телефонах. Так, по данным на 2000 г. 67 % всех литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов было предназначено для сотовых телефонов, 24 % — для портативных персональных компьютеров (ноутбуков) и 9 % приходилось на все остальные области применения. Годовое производство литий-ионных аккумуляторов для сотовых телефонов в 2000—2005 гг. приблизительно будет равно 250— 400 млн штук. Хотя для питания сотовых телефонов наряду с литий-ионными широко используются также никель-металлогидридные аккумуляторы, доля первых значительно возрастает. Уже сейчас около 98 % всех мобильных телефонов, производимых в Японии, оснащены литий-ионными аккумуляторами. Из других портативных устройств, в которых используются литиевые и литий-ионные аккумуляторы, следует назвать портативные радиостанции (хотя их рынок несравненно меньше рынка сотовых телефонов), ноутбуки, электронные записные книжки, видеокамеры, фотоаппараты, в частности цифровые, и т.п. Литий-ионные аккумуляторы все шире используется в промышленных товарах, в том числе, в автомобилях, где они входят в состав гибридных энергетических установок, а также обеспечивают энергоснабжение многочисленных систем автомобиля. Литий-ионные аккумуляторы используются на железнодорожном, водном и воздушном транспорте, в космической и военной технике. В связи с широким распространением литиевых аккумуляторов весьма серьезную проблему представляет их утилизация. Сами по себе аккумуляторы представляют определенную экологическую опасность. Проблема их утилизации до сих пор не решена окончательно, хотя уже разработаны технологии извлечения и вторичного использования лития, литиевых солей и органических растворителей.

Основные производители

Основное производство литий-ионных аккумуляторов сосредоточено в настоящее время в Японии. По данным на 2000 г. объем производства (в стоимостном выражении) литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов распределялся следующим образом: Sanyo — 27 %; Sony — 19 %; Matsushita — 18 %; Melcotec — 13 %; Toshiba — 10 %; остальные — 13 %.

В последние годы, однако, серьезную конкуренцию японским производителям могут составить многочисленные китайские компании («Лишен», «Шен-Жен Олип», «Руфер», «HYB Бэттери», «BYD Бэттери», «Пауэр Тек Интернешнл», «Аллитек», «Ухань Лизинь Пауэр Соурсез», «Пасифик Энержитек» и др.), а также солидные производители в ФРГ (Varta), Франции (SAFT), США (Eagle-Picher, Eveready Battery, Energizer Power Systems, Rayovac, Bellcore, Yardnay и др.), Канаде (Moli Energy).

В России основным производителем и дистрибьютором промышленных аккумуляторов является компания ССК, которая производит качественные промышленные аккумуляторы

Основные показатели и отличия от щелочных АКБ

В общих чертах, главные характеристики Li-Ion элементов питания — это постоянство показателей напряжения, высокий уровень емкости и большой энергетический ресурс, обусловленный спецификой их химического состава. Все литиевые батарейки состоят из катода и анода, их друг от друга отделяют диафрагма и сепаратор. Диафрагма имеет специальную органическую пропитку (ниже представлено фото).

Кроме того, емкость Li Ion батареек не имеет зависимости от нагрузочного тока, и именно это обеспечивает их максимально долгий срок службы — гораздо дольше, чем у щелочных, имеющих те же самые характеристики емкости. Элементы питания отличаются длительными сроками хранения и эксплуатации (в лучшем случае, до 12 лет), устойчивостью к высокой и низкой температуре и возможностью их изготовления в разных формах.

Более дешевыми и не менее популярными среди потребителей являются «предшественники» Li Ion АКБ — обычные щелочные батарейки, получившие название алкалиновых (на основании маркировки импортных моделей). Они и по сей день применяются в игрушках для детей, некоторых моделях плееров, бытовых фонариках. Однако они хуже справляются с более высокими нагрузками, и в фотоаппарате или ноутбуке алкалиновые элементы уже будут неэффективными по причине того, что разражаться они будут очень быстро.

Именно литиевые батарейки способны работать при постоянных и высоких нагрузках: любимые человечеством предметы техники на современном этапе используются почти в непрерывном режиме.

Существует множество примеров того, как литий-ионные аккумуляторы хранились долгое время без интенсивного использования, и качество их работы для пользователей не становилось хуже. Например, старый мобильный телефон с Li Ion АКБ, пролежавший в ящике пару лет, вполне может еще поработать, если батарейку хорошо зарядить. Безусловно, со временем показатели емкости у этих элементов заметно уменьшаются. Но поскольку они имеют очень мощный энергетический ресурс, немудрено, что их характеристики уже давно обогнали популярные щелочные аналоги.

Характеристики

При использовании литий-ионных аккумуляторов в составе батарей без балансирующего устройства, часть из них окажется переразряженной (B) при работе батареи или перезаряженной (C) либо не дозаряженной (D) до номинальной ёмкости во время зарядки батареи

Характеристики литий-ионных аккумуляторов зависят от химического состава составляющих компонентов и варьируются в следующих пределах:

• напряжение единичного элемента:
  • максимальное: 4,2 В (или 4,35/4,40 В для высоковольтных);
  • минимальное: 2,5 В (или 2,8/3,0 В для высоковольтных);
• удельная энергоёмкость: 110…270 Вт·ч/кг;
• внутреннее сопротивление: 4…15 мОм*Ач;
• число циклов заряд-разряд до снижения ёмкости до 80 %: 600;
• время быстрого заряда: 1 час;
• саморазряд зависит от температуры хранения и степени заряда. При температуре 25 °C и заряде 100 % ≈1,6 % в месяц;
• ток нагрузки относительно ёмкости С, представленной в А·ч:
  • постоянный: до 5С;
  • импульсный: до 50С;
  • оптимальный: до 1С;
• диапазон рабочих температур: от −20 °C до +60 °C (оптимальная +23 °C);

Контроллер заряда/разряда (плата защиты) цилиндрического литий-ионного аккумулятора, конструкционно припаянный к отрицательному контакту аккумулятора и обратной фольгированной стороной выполняющий его функции. На снимке частично демонтирован и отсоединён от проводника, идущего к положительному контакту аккумулятора

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 опционально ограничивать ток потребления. Тем не менее, надо учитывать, что не все аккумуляторы снабжаются защитой. В целях снижения стоимости производители могут не устанавливать её. Кроме того, в устройствах, в которых встроен контроллер защиты, а также в аккумуляторных батареях (к примеру, ноутбуков) используются только аккумуляторы без встроенной платы защиты.

Литиевые аккумуляторы имеют специальные требования при подключении нескольких ячеек последовательно. Зарядные устройства для таких многосоставных аккумуляторов с ячейками или сами аккумуляторные батареи снабжаются схемой балансировки ячеек. Смысл балансировки в том, что электрические свойства ячеек могут немного отличаться, и какая-то ячейка достигнет полного заряда/разряда раньше других. При этом необходимо прекратить заряд этой ячейки, продолжая заряжать остальные, так как переразряд или перезаряд литий-ионных аккумуляторов выводит их из строя. Эту функцию выполняет специальный узел — (или BMS-плата (англ. Battery Management System)). Он шунтирует заряженную ячейку так, чтобы ток заряда шёл мимо неё. Балансиры одновременно выполняют функцию платы защиты в отношении каждого из аккумуляторов, так и батареи в целом.

Зарядные устройства могут поддерживать конечное напряжение заряда в диапазоне 4,15—4,25В.

Внешние изображения
Варианты Li-ion аккумуляторов с напряжением 1,5 В

Существуют литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы типоразмеров АА и ААА с напряжением 1,5 В. Они имеют не только схему защиты, но также встроенный электронный преобразователь напряжения (англ. DC-DC converter). Отличие таких аккумуляторов — стабилизированное напряжение на контактах в 1,5 В вне зависимости от рабочего напряжения самой ячейки аккумулятора и его моментальное обнуление, когда литиевая ячейка разряжается до нижнего допустимого предела и срабатывает защита от чрезмерного разряда. Такие аккумуляторы можно спутать с похожими по размерам аккумуляторами 14500 и 10440 напряжением 3,7 В, а также с незаряжаемыми одноразовыми литиевыми элементами питания. Все они отличаются маркировкой.

Как зарядить литиевые батарейки?

По сути батарейки зарядить нельзя особенно если на них есть надпись do not recharge. Если ваш элемент аккумуляторного типа, то подзаряд идет по следующей схеме.

Заряд происходит в 2 этапа.

1. Постоянным тока с параметрами 0.2-0.5 С. Буква «C» означает емкость. Так как в батарею встроена защитная плата напряжение на холостом ходу не должно быть более 7 вольт. Когда уровень напряжения поднимется до отметки в 4.2 V это означает что элемент питания подзарядился на 80%.
2. Подзарядка выполняется постоянным U. Показатель уровня тока должен быть снижающимся. ЗУ должно поддерживать напряжение на уровне 4,1-4.2 V. Так же оно регулирует ток, который постепенно падает. Когда он упадет до 0,05-0,01 C процесс зарядки можно завершить. На этом этапе аккумулятор полностью добирает емкость до 100%.

Желательно использовать зарядник с показателями напряжения.

Чем отличаются литиевые батарейки от солевых или щелочных

• Солевые относятся к самым слабым. Они подходят устройствам, не требующих большого заряда, долговременных нагрузок. Например, используются для пульта управления, таймера, калькулятора. Срок хранения солевых приборов составляет 1-3 года.
• Куда больший срок годности у щелочных — 3-5 лет. Их можно отнести к среднему запасу прочности. В народе их прозвали «алкалиновыми», их часто используют для детских игрушек, фонариков, плееров.
• Дольше всех работают и выдерживают нагрузки литиевые батарейки. Их используют для более мощных устройств – фотоаппаратов, приборов для измерения давления.

Все вышеперечисленные источники питания отличаются сроком службы, емкостью, поэтому подходят разным устройствам.

Солевая R6, Щелочная LR6, Литиевая FR6

Правильная зарядка

Самый верный способ, который максимально продлит и улучшит их работу, — это двухэтапная зарядка литиевых батареек. Только таким образом АКБ заряжается полноценно, и ее емкость используется в полной мере, без снижения потенциала в течение долгого периода времени.

Как заряжать литиевые аккумуляторы на первом этапе? Только постоянным током, который не должен превышать 0,2-0,5 С ( где С — это емкость АКБ). В крайнем случае, можно немного ускорить процесс, увеличив ток максимум до 1,0 С. К примеру, если емкость АКБ составляет 3000 мАч, а начальный ток от 600 до 1500 миллиампер, ускоренный ток должен находиться в пределах 1,5-3 ампер. Конечно, в данном случае должно применяться ЗУ с опцией настройки напряжения. Выражаясь простым языком, на начальном этапе зарядки устройство служит в качестве классического стабилизатора тока.

Важно помнить о том, что все литиевые АКБ оснащены защитной платой. Следовательно, показатель U «на холостом ходу» не должен превышать уровня 7 вольт

Высокое напряжение может погубить плату.

На протяжении процесса зарядки нужно осуществлять постоянный контроль напряжения. При его подъеме до 4,2 вольт следует знать о том, что батарейки восполнили свою емкость примерно на 80 процентов. Теперь нужно перейти к другому этапу зарядки.

Второй (и последний) шаг зарядки должен проводиться с помощью постоянного U, но снижающимся показателем уровня тока. Зарядник поддерживает U в пределах 4,14-4,24 вольт и регулирует ток, который постепенно становится меньше. При снижении показателя тока до 0,05-0,01 С можно считать зарядку завершенной. Остается добавить, что недостающий процент своей емкости, до 100%, аккумуляторы «добирают» в процессе второго этапа.

Зарядка Li-pol аккумуляторов — краткое описание

Литий-полимерный аккумулятор — это более усовершенствованная модель литий-ионных батарей. Основное отличие от предшественников в наличии полимера, который используется в качестве электролита.

Главные преимущества Li-pol накопителей:

• плотность энергии на единицу массы;
• низкий саморазряд;
• отсутствие «эффекта памяти»;
• толщина от 1 мм;
• использование пластичного материала, что дает возможность получать различные формы;
• большой диапазон рабочих температур (от -20°С до +40°С);
• относительно безопасны.

Несмотря на преимущества перед другими устройствами, литий-полимерные блоки питания отличаются высокой стоимостью, требуют бережного отношения и соблюдения строгих правил при использовании.

Применение данного типа батарей решает 2 задачи:

• увеличение время работы устройства;
• снижение веса изделия.

Li-pol накопители находят широкое применение при эксплуатации радиомоделей, электронных устройств, автомобилей.

Аккумуляторы применяются в вертолетах маленького размера, беспилотных летательных аппаратах. Такие устройства способны летать в течение 30 минут и более.

Литий-полимерные АКБ подходят для электронных устройств, которые потребляют сравнительно небольшой ток: ноутбуки, планшеты, смартфоны.

Быстроразрядные батареи применяются в устройствах, где необходимо высокое токопотребление. Подобные изделия используются в современных гибридных автомобилях, портативных электрических инструментах и радиоуправляемых устройствах.

Li-ion батареи

Литий-ионные аккумуляторы — это классические перезаряжаемые аккумуляторов, в которой ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному электроду во время разряда и обратно при зарядке. Литий-ионные АКБ широко распространены в бытовой электронике. Они являются одним из самых популярных типов аккумуляторных батарей для портативной электроники, с одной из лучших энергетической плотностью, отсутствие эффекта памяти и медленной потери заряда, когда он не используется (низкий саморазряд).

Эта серия охватывает цилиндрические и призматические типоразмеры аккумуляторов. Li-ion имеет наивысшую плотность мощности среди любого аккумулятора старого типа. Очень легкий вес и большой цикл жизни делает его идеальным продуктом для многих решений.

Различия между литиевыми, солевыми или щелочными АКБ

Разница в значениях емкости, гарантированных сроков эксплуатации позволяет использовать источники тока в разных устройствах:

1. Солевые – с минимальным значением напряжения. Применяются для устройств, где не нужна длительная нагрузка, большой заряд. Сроки эксплуатации – до 3 лет. Чаще всего используют в таймерах, калькуляторах, пультах.
2. Щелочные – на втором месте по прочности. Служат до 5 лет. Более известны под названием «алкалиновые». Они прекрасно показали себя для ручных фонариков, игрушек, проигрывающих устройств.
3. Литиевые элементы тока – наиболее износостойкие, используются для фотоаппаратов, манометров, шуруповертов, телефонов.

В каждом случае учитывают целесообразность выбора емкости. От постановки задачи и условий эксплуатации зависит приобретение вида АКБ.

Немного о литии

Сам литий представляет собой металл, имеющий очень высокую мягкость и пластичность. Именно это в конечном итоге позволило изготавливать тонкие и легкие элементы, столь удобные в эксплуатации и высокие по мощности.

Производить АКБ на основе лития начали еще в 70-х годах ХХ века. Известно, что первые опыты такого производства часто были сопряжены с опасностью — многие батарейки взрывались, часто по причине перегрева или иных казусов, связанных с неправильной эксплуатацией. Со временем специалисты научились изготавливать батарейки, имеющие улучшенные характеристики

Однако обращаться с такими аккумуляторами и по сей день следует очень осторожно

В сети существует большое количество фото и видео, на которых любители острых ощущений запечатлевали моменты взрыва сотовых телефонов или планшетов. Повторять подобные опыты, конечно же, не рекомендуется.

«Безопасный литий» в облике надежных и емких аккумуляторов получили путем комбинирования лития с твердоорганическими электролитами. К тому же, идея полного отказа от электролита на водной основе позволила получить наиболее емкие и мощные модели. Например, две литиевые батарейки на 3V успешно заменяют четыре или пять алкалиновых, что делает значительно проще эксплуатацию многих приборов в быту. Конечно, высокая химическая активность лития по-прежнему остается потенциальной «гремучей смесью». Особенно в случае беспечного отношения к таким АКБ. Но, в целом, элементы вполне безопасны и по-прежнему очень надежны.

Основные особенности

В своё время для создания электрохимических источников тока с большой энергетической плотностью учёным пришлось отказаться от использования в них водного электролита. Исследования велись в разных направлениях, но самыми успешными стали литиевые батарейки с твёрдым и органическим электролитом. Разработки начались ещё в начале XX столетия, а в активную фазу они перешли в 60-е годы прошлого века. Специалисты предлагали в качестве катодных материалов MnO₂, FeS₂, CuO, CF_x, I₂ (твердофазные) и SO₂, SOCl₂ (жидкофазные) соединения. Можете подробнее прочитать про литиевые аккумуляторы по указанной ссылке.

Из чего состоит батарейка

разберем на примере ААА (мизинчиковой).

В ее составе:

• катод из основного металла;
• электролит органический;
• анод с нейтральным (пассивным) покрытием.

Между анодом и катодом – диафрагма с органическим электролитом. При кратковременной подаче тока нарушается защита, элемент выходит из строя. Разогрев ее настолько сильный, что может произойти взрыв.

Для безопасности нужно соблюдать определенные правила:

• не использовать паяльник для закрепления контактов;
• не держать в кармане, где могут быть ключи, мелочь и другие металлические изделия;
• перевозить АКБ только в футляре;
• беречь от прямого ультрафиолета.

Категорически запрещается заряжать литиевые батарейки (одноразовые). Нельзя соединять плюсовой контакт с минусовым (чтобы исключить возгорание).

При попытке зарядить одноразовое устройство вначале появляется шипящий звук, затем батарея взрывается. Если на изделии есть маркировка rechargeable, подзарядка возможна. При наличии do not recharge заряжать нельзя. Благодаря литию создается максимально отрицательный потенциал, большая емкость при небольших параметрах изделия.

Техника безопасности

Как уже было сказано, нельзя допускать перегревания литий-ионных аккумуляторов, например, оставлять гаджеты с ними на солнце или в местах, где возможно воспламенение. Не следует самостоятельно вскрывать такой элемент питания и пытаться их восстанавливать — техника восстановления никель-кадмиевых элементов к ним не должна применяться. Также следует покупать аккумуляторы только у проверенных производителей, чтобы не приобрести «паленые» батарейки, в которых может отсутствовать защитная плата.

Правильная эксплуатация и зарядка обеспечат то, что батарейки будут служить исправно и не потеряют своей емкости в течение долгого времени.

Процесс заряда и разряда литий-ионного аккумулятора

Итак, у нас есть разряженный аккумулятор

литий-ионный аккумулятор разряженный

Давайте же его зарядим. Для этого нам нужен какой-либо источник питания. Что произойдет в этот момент на самом литий-ионном аккумуляторе? Положительный полюс начнет притягивать электроны, «вытаскивая» их из оксида лития.

процесс зарядки литий-ионного аккумулятора

Поскольку электроны не могут проникать через электролит, то они движутся по внешней цепи через источник питания.

и в конце концов достигают графита

где очень удобно располагаются в слоях графита.

В этот же самый момент положительные ионы лития притягиваются отрицательным полюсом, проходя сквозь электролит и также попадают в графит, размещаясь между его слоями.

Когда все ионы лития достигнут графита и будут «захвачены» его слоями, батарея будет полностью заряжена.

Такое состояние батареи неустойчивое. Это можно представить как шар, который находится на самой верхушке холма и в любой момент может скатиться.

Вот мы и достигли первой цели: электроны и ионы лития отделены от оксида. Теперь надо как-то сделать так, чтобы электроны и ионы двигались разными путями. Как только мы подключим какую-либо нагрузку к нашему заряженному литий-ионному аккумулятору, то начнется обратный процесс. В этом случае ионы лития через электролит пожелают вернуться в свое изначальное состояние.

Поэтому они начнут двигаться обратно сквозь электролит, а электроны побегут через внешнюю цепь, то есть через нагрузку.

генерация электрического тока в литий-ионном аккумуляторе

Так как электрический ток – это не что иное, как упорядоченное движение заряженных частиц, то в цепи лампочки накаливания возникнет электрический ток, который заставит эту самую лампочку светиться.

Как только все электроны “убегут” из графита, то батарея полностью разрядится. Чтобы ее снова зарядить, достаточно поставить аккумулятор “на зарядку”.

разряженный литий-ионный аккумулятор

При этом графит сам по себе не участвует в химических реакциях – он лишь служит «складом» для ионов и электронов лития.

Советы по выбору и эксплуатации

Очень легко ошибиться при покупке источников тока, производители предлагают множество разновидностей.

Следует придерживаться следующих правил:

1. Нужно проверять сроки годности устройств, особенно дату изготовления.
2. Для дорогих изделий электронной промышленности нет смысла экономить на источнике тока. Но и приобретать «с запасом» не стоит.
3. Следует внимательно изучить контакты элемента питания и маркировку на электронике. Невнимательность может привести к поломке дорогих девайсов.
4. Использованные элементы тока не должны быть в свободном доступе. Следует беречь от детей источники питания.
5. Если гаджеты лежат без использования длительный срок, батарейки нужно вытащить.

Если требуется надежная работа изделий в широком температурном диапазоне, длительная эксплуатация, то следует остановить выбор на lithium-элементах. Они надежны, хорошо держат заряд, прекрасно работают на морозе. Это единственные батарейки, которые можно купить впрок. Производители гарантируют хранение без использования до 7 лет.

Защитный SEI-слой

Во время первой зарядки внутри литий-ионного элемента происходит одно замечательное явление, спасающее элемент от скорой «смерти». Неожиданной проблемой оказались электроны, находящиеся в слое графита. При контакте с электролитом они начинают разрушать его. Но одно случайное открытие позволило не допустить контакт электронов с электролитом. При первой зарядке элемента, как мы уже говорили, ионы лития движутся сквозь электролит. В процессе этого движения молекулы растворенного в электролите вещества покрывают ионы. Достигнув графитового слоя, ионы лития вместе с молекулами раствора электролита реагируют с графитом, образуя так называемая промежуточную фаза твердого электролита (solid electrolyte interphase, или SEI-слой). Этот слой предотвращает контакт электронов с электролитом, предохраняя электролит от разрушения.

защитный SEI-слой

Вот так проблема случайным образом решилась сама собой. Хотя эффект SEI был открыт случайно, в последующие два десятилетия ученые целенаправленно улучшали процесс, подбирая наиболее эффективную толщину и химический состав.

Роль защитной платы

Большую роль в предотвращении перегрева и воспламенения батарейки играет встроенная внутрь каждого элемента защитная плата. Она предотвращает короткие замыкания, переразряд и перезаряд, но главное — возможный перегрев. Безусловно, все литиевые элементы от надежных и проверенных производителей оснащены такой платой, на которой находятся клеммы элемента.

На фото: защитная плата литий-ионного аккумулятора.

Любая плата имеет шестиуровневый контроллер заряда-разряда, который всегда отключит АКБ от нагрузки в том случае, если она полностью разрядилась или, наоборот, если уровень ее заряда достигает показателя в 4,25 вольт.

Размеры батареек

Как уже говорилось выше, литиевые батарейки выпускаются в соответствии с распространёнными типоразмерами. Есть, к примеру, литиевые пальчиковые батарейки. Форма элементов может быть цилиндрической, призматической и дисковой. Ниже приведена таблица с элементами питания по классификации, принятой в США.

Название	Напряжение, В	Высота, мм	Диаметр, мм
Название	Напряжение, В	Высота, мм	Диаметр, мм
AAA	1,5	44,5	10,5
AA	1,5	50,5	14,5
C	1,5	50,0	26,2
D	1,5	61,5	34,2
PP3	9,0	48,5	26,5

• AAA – «мизинчиковые»;
• AA – «пальчиковые»;
• C – «дюймовочка»;
• D – «бочка»;
• PP3 – «крона».

На изображениях ниже вы можете посмотреть фотографии этих батареек.

AAA

AA

C

Кроме того, ещё существует большое количество дисковых литиевых батареек разных форм-факторов.

D

PP3