AkbLi » Информация » Герметичные литий-ионные аккумуляторы

Герметичные литий-ионные аккумуляторы


Герметичные литий-ионные аккумуляторыГерметичные литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) появились на мировом рынке химических источников тока (ХИТ) в конце 1990-х годов. Этому предшествовали разработки перезаряжаемых источников тока с отрицательным литиевым электродом, которые имели более высокие удельные энергетические характеристики чем широко используемые щелочные аккумуляторы, но ресурс их был значительно меньше. Успех был достигнут только тогда, когда в качестве анода литиевых аккумуляторов стали использовать матрицу из углеродных материалов.

Свое название ЛИА получили из-за того, что электрический ток во внешней цепи появляется за счет переноса литиевых ионов от анода к катоду на основе различных соединений (чаще всего LiCoO2, LiNiO2 и смешанных оксидов). При заряде направление переноса обратное.

Первоначально на рынке появились японские малогабаритные ЛИА (призматические и цилиндрические) для устройств сотовой связи, ноутбуков, цифровых фотоаппаратов и другой портативной аппаратуры. В настоящее время работы в области литий-ионных аккумуляторов и литий-полимерных (в них жидкий органический электролит заменен на полимерный, а генерация тока аналогична имеющей место в ЛИА) во всем мире ведутся в двух направлениях: модернизации малогабаритных источников тока с целью увеличения их емкости и разработке аккумуляторов большой емкости (до тысяч Ач), которые раньше считались небезопасными в эксплуатации. В настоящей статье рассматриваются источники тока емкостью до 10 Ач.

Современные малогабаритные ЛИА (см. рис. 1) с номинальным напряжением 3,6 В имеют высокие удельные характеристики: 100–180 Втч/кг и 250–400 Втч/дм3. Номинальный ток разряда — 0,2 С, но они допускают разряд и током до 2 С (см. рис. 2) в диапазоне температур от ?20 (у некоторых от ?50) до +60°С. Ресурс ЛИА достигает 1000 циклов при сроке службы 5 лет. При уменьшении глубины разряда количество циклов увеличивается.

Герметичные литий-ионные аккумуляторы

 



Заряд ЛИА производится в две стадии: сначала постоянным током из диапазона от 0,1 до 1 С, затем при постоянстве достигнутого напряжения (4,1–4,2 В для продукции большей части производителей). Продолжительность заряда при больших токах можно видеть на рис. 3. Большим достоинством ЛИА является высокий коэффициент их использования?исп = Сраз/Сзар, близкий к 1.

Точность установки величины регламентированного предельного напряжения в зарядных устройствах для ЛИА очень важна, так как эти аккумуляторы имеют низкую устойчивость к перезаряду и существует опасность быстрого повышения в них давления и разгерметизации. Повышение напряжения приводит также и к быстрому снижению ресурса.

Герметичные литий-ионные аккумуляторы

 

Малогабаритные ЛИА выполняются конструктивно в виде плоских призматических и цилиндрических источников тока. Первые из них — слаботоковые: они имеют тонкий металлический корпус и в них сложно обеспечить сжимающие усилия на электроды. Они используются главным образом для сотовых телефонов. В более жестких цилиндрических аккумуляторах скрученный рулон электродов с сепаратором между ними помещен в стальной или алюминиевый корпус. В них проще разместить и элементы защиты от перегрева при заряде и от повышенного давления. Иногда рулон скручивают в эллиптическую спираль, и тогда аккумулятор может быть условно назван призматическим, как аккумулятор серии МР компании SAFT (см. рис 1).

Малогабаритные аккумуляторы выпускаются, главным образом, в странах Юго-Восточного региона мира. Более половины всего общемирового производства осуществляют компании Sony и Sanyo в Японии, серьезную конкуренцию им составляют компании MBI, Samsung, GP и другие в Корее, многочисленные китайские компании. В США массовое производство таких аккумуляторов налажено в десятке компаний, но они по понятным причинам на российский рынок не попадают.

Номенклатура цилиндрических и плоских призматических ЛИА обширна и у некоторых компаний насчитывает более десятка типоразмеров. Наиболее популярные цилиндрические аккумуляторы имеют емкость до 2,4 Ач в типоразмере 18650 (?18 мм, h = 65мм). Аккумуляторы более высокой емкости (4,6 и 6,8 Ач) выпускает французская компания SAFT.

Последний имеет габаритные размеры 18?60?65 мм. Один такой аккумулятор заменяет три цилиндрических, включенных параллельно для увеличения мощности источника тока, и по определению надежнее их.

С 2005 г. запущено производство и отечественных ЛИА. Аккумуляторная компания "АК «Ригель» в г. Санкт-Петербург освоила производство призматических аккумуляторов емкостью 0,9; 1,3 и 10 Ач и цилиндрического аккумулятора типоразмера 18650 емкостью 1,5 Ач.

Литий-ионные источники энергии для портативной аппаратуры с большим напряжением реализуются в виде последовательной цепочки аккумуляторов, сколько-нибудь мощные — могут иметь последовательно-параллельное их соединение. Безопасность эксплуатации таких батарей обязательно обеспечивается внешней электронной защитой от перезаряда и переразряда отдельных аккумуляторов. Она включает контроллеры, измеряющие напряжение каждого из них или блока из параллельно соединенных, и ключи для размыкания электрической цепи при достижении предельных величин напряжения, которые делаются обычно с использованием полевых транзисторов. Для контроля температуры батареи используются термисторы. Устройство внешней защиты размещают обычно на плате, устанавливаемой прямо на аккумуляторе. Системы электронной защиты батарей у разных производителей могут существенно различаться, а доступ к этой части изделия часто защищен.

Зарубежная продукция поступает на российский рынок практически только в виде батарей в продаваемой портативной аппаратуре и запасных. Из цилиндрических аккумуляторов можно найти лишь продукцию компании GP. При попытке заменить такими аккумуляторами те, что вышли из строя в блоках питания разнообразной аппаратуры нужно помнить не только о возможности сохранения систем защиты, но и о возможных вариациях установок их параметров. Аккумуляторы повышенной мощности серии МР компания SAFT поставляет на российский рынок через официальных дистрибьюторов в виде батарей любой конфигурации со встроенной системой защиты каждого их них.
Внимание! Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Информация Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.