0
0
0

Что выбрать, литий-ионный или литий-полимерный аккумулятор?



Статья обновлена: 2021-10-16


В производстве накопителей энергии устаревшие технологии быстро сменяются новыми решениями. Вначале аккумуляторы NiCd были вытеснены элементами типа NiMH. Взамен им были созданы более совершенные генерации аккумуляторных батарей – Li-ion, LiFePO4, Li-Pol. В данной статье мы рассмотрим отличия Li-ion и литий-полимерного аккумулятора, их преимущества и предпочтения по выбору с учетом особенностей предстоящего применения АКБ.

Особенности Li-ion технологии

Литиевые аккумуляторы начали массово производить в начале 1990-х. Функции активного электролита на начальном этапе выполняли кобальт и марганец. Теперь в Li-ion накопителях в качестве вещества катода применяются кобальтат лития, литий-марганцевая шпинель, литий-феррофосфат и другие составы. Но ключевую роль играет не разновидность вещества, а особенности его расположения в блоке.

В них электроды (катодная база на фольге из алюминия и анод из меди) разделяются пористым сепаратором, который пропитывается электролитом. Катод и анод в блоке соединены токоснимающими клеммами. Обслуживание заряда обеспечивают положительно заряженные ионы Li. Они с легкостью проходят в кристаллические решетки различных веществ, создают связи, инициируют протекание реакций и вызывают выход энергии. По принципу работы Li-ion накопители энергии схожи с гелевыми АКБ полного формата.

Основные плюсы и минусы Li-ion батарей перечислены в таблице:

Достоинства

Недостатки

Малый саморазряд – в 1-й месяц до 6%, в последующие – слабее. Защитный контур расходует порядка 3% накопленной энергии в месяц.

Необходимость применения интегрированной защитной платы. Она ограничивает максимальное напряжение при заряде и не допускает его критического снижения при разряде, ограничивает предельные токи и контролирует температуру.

Высокая плотность энергии и разрядных токов.

Подверженность старению, даже без эксплуатации.

Высокое напряжение ячеек по сравнению с NiCd и NiMH элементами – 3,6 В.

Существенное падение емкости на морозе.

Отсутствие эффекта памяти и простота обслуживания.

Относительно высокая стоимость (по сравнению с АКБ типа NiCd).

Большой эксплуатационный ресурс.

 

Небольшие размеры, легкий вес.

 

Отсутствие требований по обслуживанию (кроме подзарядки).

 

 

Технология создания Li-ion батарей с каждым годом улучшается, приводя к повышению безопасности их эксплуатации и снижению стоимости.

Чем отличается от Li-ion Li-Pol технология?

Усовершенствование Li-ion батарей было направлено на повышение безопасности их использования и удешевление технологии. Решить эту задачу удалось при помощи смены электролита – вместо пористого сепаратора с пропиткой из электролита начали применять полимерный электролит. Прежде он использовался в роли пластиковой пленки для проведения тока. В Li-pol накопителях энергии толщина элемента стартует от 1 мм, что позволяет получать изделия всевозможных форм и габаритов. Литий полимерный аккумулятор отличие от ионного зависит напрямую от сферы применения.

Но принципиальный ответ на вопрос, в чем разница Li-Pol аккумуляторов от Li-ion моделей, – это неиспользование электролита в жидком состоянии и сведение к минимуму риска воспламенения. В литий-полимерных АКБ нет ни жидких, ни гелевых электролитов. Активное вещество представляет собой твердую пластину и в области соприкосновения с литием не допускает образования дендритов при циклировании. Благодаря этому устраняется риск взрывов и возгораний литий-полимерных АКБ.

Изначально Li-Pol источники тока имели слабую проводимость и не подходили для портативных аппаратов. Но этот недостаток удалось устранить благодаря использованию гелеобразного электролита. Усовершенствованные Li-polymer накопители энергии имеют мембрану с электролитом. Для ее изготовления используется разделитель из пропилена или пористый полиэтилен, внутри которого содержится полимер. Взаимодействуя с жидкостью-электролитом, он становится гелеобразным.

Преимущества и недостатки Li-Pol источников тока

Важным преимуществом литий-полимерных аккумуляторов является отличное соотношение емкости и массы. Благодаря этому качеству Li-Pol источники тока широко применяются при оснащении квадрокоптеров и других радиоуправляемых моделей, в мобильных телефонах и цифровой технике. Ключевые плюсы и минусы Li-polymer аккумуляторов указаны в таблице:

Достоинства

Недостатки

Легкий вес в сочетании с высокой емкостью.

Относительно высокая стоимость.

Возможность создания аккумулятора произвольных габаритов и форм, в т. ч. очень тонких.

Необходимость в особом режиме подзарядки.

Быстрая подзарядка.

Необходимость балансировки ячеек.

Отсутствие эффекта памяти.

Чувствительность к глубокому разряду, перезаряду, низким температурам.

Незначительный износ.

 

Высокая степень надежности и безопасная эксплуатация.

 

Малый саморазряд – до 5% в месяц.

 

Неприхотливость в обслуживании.

 

Меньший износ и саморазряд.

 

Что лучше, Li-polymer или литий-ионный аккумулятор?

Ответ на этот вопрос зависит от того, где и в каких условиях будет применяться выбираемый источник тока. По основным характеристикам Li-ion и Li-Pol элементы питания схожи. Из ячеек типа Li-ion собираются аккумуляторные батареи разных геометрических параметров и технических характеристик. Использовать их допустимо в промежутке от -20 до +60 °С, но при пограничных значениях температуры происходит более быстрое старение.

Li-Pol аккумуляторы производятся всевозможной геометрии, отличаются значительной плотностью энергии и предельно безопасны. Они наиболее востребованы в условиях, когда требуется компактный и надежный источник тока. Промежуток рабочих температур у выпускаемых сейчас Li-Pol батарей идентичен температурному диапазону Li-ion.

Сравнительная таблица Li-ion и Li-Pol батарей

Чтобы выяснить с учетом индивидуальных приоритетов, что лучше, Li-polymer или литий-ионная АКБ, нужно сопоставить их характеристики. Это легко сделать с помощью сравнительной таблицы:

Характеристика

У Li-ion батарей

У Li-Pol батарей

Количество циклов

Больше

Меньше

Выбор типоразмеров

Узкий, есть модели в форме цилиндра и призмы, самый популярный цилиндрический размер – 18650.

Широкий, без стандартных рамок формата элементов питания, возможно создание элементов толщиной от 1 мм.

Вес

Немного больше

Легкий – за счет применения гелеобразного электролита и сокращения элементов из металла.

Емкость при идентичных размерах

Ниже

Выше, почти вдвое.

Плотность энергии на единицу массы

От 100 до 190 Втч/кг, в зависимости от материала катода.

От 130 до 200 Втч/кг.

Эксплуатационный ресурс

Приблизительно одинаковый: у литий-ионных – от 500 до 2000 циклов заряд-разряд, в зависимости от материала катода, у литий-полимерных – 800 – 1000 циклов.

Риск взрыва или возгорания

Присутствует, но использование платы защиты исключает такой риск.

Минимизирована – благодаря невозможности утечки электролита и использованию интегрированной защиты от избыточного заряда.

Допустимые температуры

От -20 до +60 °С, оптимально – от 0 до +30 °С.

Длительность подзарядки

Больше

Меньше

Напряжение (номинал)

3,6 В

3,7 В

Граничное напряжение разряда

2,8 В

3 В

Оптимальный и пиковый ток нагрузки

<1С и ˃2С, где С – значение емкости.

Особенности заряда

Током величиной 0,1…1С до достижения 4,1…4,2 В, а затем при неменяющемся напряжении.

Степень износа (естественное старение)

Порядка 0,1% в месяц.

Ниже, 20% за 2 года.

Скачки напряжения при разряде

Малые

Ценовая категория

Ниже

Выше

По этой таблице легко сопоставить, чем лучше литий-ионные аккумуляторы, и по каким параметрам они уступают литий-полимерным аналогам.

Подводим итоги

Литий-ионные источники тока широко распространены в различных сферах. Они используются для оснащения цифровой электроники, персонального электрического транспорта, роботов, аккумуляторных инструментов, инвалидных колясок и множества других устройств. Они имеют стандартизированные типоразмеры, легко подбираются под необходимые параметры и хорошо знакомы потребителям. Мощные АКБ успешно применяются для устройств, нуждающихся в высоком краткосрочном потреблении тока.

Литий-полимерные накопители энергии позволяют получить нужную емкость при меньших размерах и массе источника тока, поэтому востребованы в портативных устройствах, квадрокоптерах, игрушках, ружьях для страйкбола. Основные отличия аккумуляторов типа Li-polymer заключаются в более высокой цене, большой вариативности форм и меньшем количестве внутренних нагрузок.

На практике аккумуляторы обоих типов имеют схожие характеристики, поэтому предпочтения по выбору зависят преимущественно от сферы использования. Кроме типа АКБ и вещества катода, на характеристики источника тока влияет качество применяемого сырья и технология производства.

Предлагаем вашему вниманию познавательный материал о том, как восстановить Li-ion аккумулятор 18650 после глубокого разряда.

Комментарии
Рекомендуемые товары