Литий ионный аккумулятор: от устройства до выбора

Аккумулятор – самый популярный источник химической энергии. Сегодня они используются для работы сотовых телефонов, запуска машин, работы компьютеров, бесперебойной работы электричек, метро. Батареи бывают разных размеров и форм. Самая большая батарея достигает 2000 метров в квадрате. Располагается на Аляске в городе Фэрнбенкс. В случае выключения света она способна обеспечить тепло энергией около 12 000 домов в течение 10 минут. В больших батарейках больше компонентов и служат они дольше, чем аккумуляторы маленьких размеров.

Литий ионный аккумулятор: от устройства до выбора

Аккумулятор типа литий ионного по-другому называют химически сложенным источником тока. Li-on состоит из жидкого электролита, ионов лития, углерода. Устройства стоят дешево, неприхотливы, просты в обслуживании, перезаряжаемы, но некоторые не безопасны из-за отсутствия в структуре механизма контролера. В запасе Li-on имеется 1000 циклов дополнительной подзарядки. Первый ионный аккумулятор был выпущен фирмой Sony в 1970 годах.

О чем говорит маркировка батарей

Две цифры, стоящие впереди, показывают диаметр, следующая пара цифр – означает длину батареи.

Li-on буквенная система раскрывает химический состав аппарата и технологию:

• 1-ая буква I указывает на то, что технология представлена литий ионным способом производства.
• 2-ая буква C, N, M, F соответствует химическому составу.
• N – никель-марганцевый элемент.
• C – Кобальтовый.
• F – Железофосфатный элемент.
• M – Марганцевый.
• Последняя буква R показывает на то, что батарею можно неоднократно перезаряжать.

По маркировке батареи можно раскрыть подробную информацию о сроке годности и стране-производителе

Дата производства указана на защитной пленке аккумулятора, но зашифрована в виде кода, который стоит в определенной последовательности цифр и букв. У каждого завода изготовителя разный шифр. Зная месторасположение кода и вид оцифровки, вы можете легко узнать дату выпуска Li-on. Приведем пример на модели 18659 LG. Дата изготовления батареи 18659, закодирована в первых четырех цифрах во второй строке шифра.

Год выпуска 18659 LG зашифрован в первой букве кода:

• T – 2018
• S – 2018
• P – 2016
• – 2015
• N – 2014
• M – 2013
• L – 2012
• K – 2011
• J – 2010

День выпуска можно узнать по трем цифрам после буквы. Числа нужно считать с 1 января до 31 декабря:

• 01 – 031 – январь;
• 032 – 059 – февраль;
• 060 – 090 – март;
• 091 –120 – апрель;
• 121 – 151 – май;
• 152 – 181 – июнь;
• 182 – 212 – июль;
• 213 – 243 – август и т. д.

Аккумуляторы очень чувствительны к перезарядке и глубокой разрядке. Чтобы аккумулятор не сломался раньше времени, изготовитель выпускает их вместе с контролером (он выглядит в виде микросхемы). Контролер не допускает проблем с перезарядкой и разрядкой до 0%, предохраняет батарею от самовозгорания, взрывания, плавления, регулирует температуру внутри батареи.

Некоторые производители экономят на введении в корпус контроля. Поэтому до сих пор батареи взрываются, сгорают. Также их не рекомендуется заряжать больше 3 часов. При достижении 100 % баланса энергии, нужно немедленно отсоединить блок питания от сети.

Как выбрать Li- on

Первым делом следует определить срок изготовления батареи. Так как при хранении аккумулятора в течение одного года без работы теряется 4 % емкости. Можно самостоятельно рассчитать срок хранения стандартного литий ионного аккумулятора. Не приобретать товар, если прошло около 2 лет.

При сомнениях в исправности своего зарядного устройства рекомендуем выбирать защищенные аккумуляторы. Некоторые аппараты автоматически не останавливают самостоятельно заряд. Подзаряжать незащищенные батареи крайне опасно, они могут взорваться, вздуться.

Нужно обратить внимание на емкость. Если на упаковке указана емкость больше 3600 миллиампер часов, тип размера 18650, то это подделка. Такого не существует.

Аккумуляторов вида литий ионного на рынке предоставлено несколько видов:

1. Литий-марганцовый. Применяется в мобильной электронике.
2. Литий-никель- марганец-кобальт оксидная батарея. Присутствие марганца обеспечивает внутри низкое сопротивление. Применяется в создании электроинструментов, силовых агрегатов.
3. Литий-кобальтовый. Элемент приспособлен для создания батарей и механизмов фотокамер, мобильных телефонов и компьютеров. Недостатки – короткий срок годности, ограниченные возможности.
4. Литий-титанатный. Стоит очень дорого, но есть плюсы: безопасность, быстрая зарядка, срок годности от 6 лет. Батареи регулируют работу уличных фонарей, используются в производстве автомобилей (Митсубиси, Хонда).

Батарея для автомобилей

Какими способами можно заряжать литий ионные аккумуляторы

Заряжать такие батареи нужно, не дождавшись полной разрядки, когда на экране прибора будет показано 14-12%. Заряжать до 80-90% энергии аппарата. Стараться не допускать перезарядки и сильного разряда.

Производство литий ионных аккумуляторов на примере завода батарей

На российских промышленных заводах каждый день производят 3 миллиона этих устройств. Краткий процесс изготовления батарей состоит из четырех шагов:

1. Изготовление электродов.
2. Их соединение в батарею, комплектовка защитной пленкой.
3. Упаковка в наружную оболочку, пропитка электролитом.
4. Контроль качества, тестирование, заряд.

Устройство аккумулятора

Порядок изготовления:

• Медная фольга выступает в роли анода, предварительно на нее наносится тонкий слой графита. Алюминиевая фольга с прослойкой лития служит в роли катода. Основные составляющие батарейки: корпус, в котором они размещаются, катод, анод, бумажный разделитель, помещенный между катодом и анодом, чтобы они не соприкасались. Катод – первое, что помещают в батарею, он состоит из диоксида марганца и графита. Рабочие загружают мешки этих материалов массой 1800 тонн на платформы.

• Гидравлический механизм вытряхивает из мешков все песчинки катода до последнего в емкости. Затем материал проходит через трубы и попадает в зону смешивания. Компьютерная программа управляет клапанами, чтобы засыпать нужное количество порошка будущего катода. Графит при перемешивании в аппарате создает много пыли, так как он весит легче воздуха. Образовавшаяся катодная смесь (графит диоксид марганца) идет по конвейеру в зону катодного пресса. Здесь формировочная машина вдавливает порошок в круглые, пустые паллеты.
• Корпусы из никелированной стали, сделанные на другом заводе, поступают с другой стороны. Они движутся в ряд по конвейерам, пока не встретятся с катодными паллетами. Механическое устройство заталкивает по три паллета в каждый корпус. После установки катодов эти трубочки попадают на магнитный конвейер и перемещаются на линию Д. Затем нужно бумажный цилиндр поместить внутрь катода, в противном случае при использовании готовой батарейки возникнет замыкание. Бумага будет разделять анод и катод. На дно батареи тоже стелется кусочек бумаги, визуально получается бумажный стакан. Бумага служит физическим барьером между положительно и отрицательно заряженными ионами, чтобы они не контактировали друг с другом при включении в какой-либо прибор.
• Перед заполнением анода предварительно в бумажный стакан нужно внести несколько капель гидроксида лития или калия. Он является электролитом, то есть проводит в аккумуляторе электричество. Подождать 15 минут, чтобы хорошенько вещество впиталось в бумагу. После заполнения анодом батарейки идут на изготовление токоснимателя. Токосниматель представляет собой гвоздь, приваренный к стальной шляпке батарейки. Когда батарея присоединяется к проводнику (устройство представляет собой «гвоздь»), литий ионный аккумулятор накапливает в аноде электроны и отправляет их через это же устройство обратно в положительную часть батарейки. Электроны, протекающие через ножку гвоздя, позволяют батарее бесперебойно работать.

Токосниматель находится на дне батарейки

• Латунная проволока с жестяным покрытием отправляется в осадочную машину. Лезвие, находящееся внутри нее, нарезает проволоку на кусочки по 3 см. Затем холодноосадочный автомат делает в конце каждого кусочка шляпку. Готовые гвозди высыпаются на другом конце трубы. А затем попадают на конвейер, он же сбрасывает их в роторный вибратор. Гвозди отправляются на конвейер по сборке токоснимателей. Здесь они двигаются в ряд, чтобы воссоединиться с головками. Автоматический сварщик приваривает головки гвоздей. И магнитный конвейер засасывает готовые детали. Отправляет их на линию сборки Д.
• Тестирование. Каждый аккумулятор проходит через роторный прибор, который проверяет напряжение и силу тока. Батарейки, которые не прошли проверку, сдуваются потоком воздуха. Механический распределитель помещается в коробку, идет дальше на выдержку. Им надо немного постоять, чтобы вещества осели. Точное время выдержки регламентируется заводом-изготовителем. Стальной пресс печатает шляпки для положительного конца батареи, которые затем приварят к батарейке. Шляпки делаются из магнитной стали весов 1800 тонн килограммов. Сталь попадает в пресс.
• Этикетка. Наклейки изолируют проводящую поверхность батарейки, чтобы никакое прикосновение не могло ее сократить.
• Заводская лаборатория проверяет аккумуляторы на протекание, ускоряя старение за счет печки в другой части завода. Все батареи проходят три вида условий контроля: высокая температура, влажность и проверка температурным циклом, при которой температура с высокой меняется на низкую до минус 29 градусов. Проверка выполняется ежедневно.

Литий ионные аккумуляторы: общий срок службы при правильном хранении

Срок службы составляет от 7 лет при ведении правильной эксплуатации. Если в батарее присутствует консервант (он же позволяет хранить ее без заряда 2 года), то перед полным использованием следует батарею разрядить и зарядить несколько раз. Аккумулятор приобретает новые свойства. Вредный электролит распадается, батарея приобретает свою родную емкость заново. В отличие от батарей с консервантами, простые аккумуляторы портятся через 1,5 – 2 года, если вовремя их не использовать.

Как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы

Чтобы батарея прослужила много лет, нужно не допускать полного разряда устройства. Также и полностью до 100 процентов заряжать не рекомендуется. Батарея может быстро постареть и утратить емкость.

Заряжать аппарат нужно не более, чем 2 – 3 часа

Хранить Li-on необходимо при температуре 15 градусов, подзаряжать до 50 %. Если держаться данного правила, батарея будет дееспособна в течение 10 лет. Если батарея находилась больше 5 минут на морозе, сразу подключать к сети ее нельзя, она должна оттаять, полежав при комнатной температуре 30 минут. Хранить возле обогревательных приборов и при повышенной температуре (от 18 градусов) крайне нежелательно. В таких условиях батарея начинает стареть, утрачивает свои функции. Аккумулятор должен заряжаться аппаратом, только предоставленным в комплекте родного устройства. Подзаряжать ионно-литиевые батареи можно через портативный аппарат, ноутбуком не рекомендуется. Литиевые батареи надо заряжать, не дожидаясь отключения телефона или ноутбука.

Принцип работы зарядного устройства

При присоединении вилки в сеть ионы лития в батарее будут хаотично двигаться, с каждой минутой их становится все больше. Когда аккумулятор зарядится на 90 %, то пойдет снижение тока нагрузки, выключится светодиод 1, включится светодиод под номером 2. Если провод зарядного устройства отключить через два часа после завершения полного заряда, аккумулятор начнет постепенно портиться.

При зарядке устройства не должно быть длительных перерывов

Литий-ионные аккумуляторы для долгого использования хранят в сухом месте при комнатной температуре. При эксплуатации нужно учитывать свойства перезарядки не более 4,35 В. Минимальное значение не меньше 2,3 В. Не допускать полного разряда аппарата. Хранить в темном месте при температуре не ниже и не выше 0 градусов, при заряде 50 процентов. Хотя бы раз в месяц заряжать и разряжать батарею. Если аккумулятор не заряжался больше года, рекомендуется несколько раз подзарядить его до 50 % и разрядить. Хранить LI-on от физических и механических воздействий от ударов, термических веществ.

Как можно, зарядить деформированный аккумулятор? Такую батарею заряжать нельзя, ее нужно выбросить.

Каждая батарейка – это маленькая электростанция, которая генерирует энергию более 12 часов. Чтобы продлить качество, полезные свойства устройства, нужно выполнять и знать вышеперечисленные требования.

Опубликовано 27.07.2018 Обновлено 03.03.2021 Пользователем digrand

Автор статьи

Сергей Зайцев

Мастер по ремонту стиральных, посудомоечных машин, холодильников, кулеров, кондиционеров, варочных панелей, духовых шкафов и прочей бытовой техники. Опыт работы более 7 лет. Имеет профильное техническое образование.

Задать вопрос