Разница литий ионного и литий полимерного аккумулятора
- В чем отличия Li-Pol от Li-ion аккумуляторов
- Сравнительная таблица характеристик
- Какой аккумулятор лучше?
- Забавный факт
Все аккумуляторы, независимо от типа химии, выполняют одну и ту же функцию – накапливают электроэнергию и отдают ее для автономного питания различных приборов, оборудования и техники. Но используемая технология изготовления аккумуляторов значительно влияет на их удельную емкость, срок службы, безопасность использования, диапазон рабочих температур и другие критерии оценивания. Из современных элементов питания наиболее популярны литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы, отличия и сходства которых мы подробно рассмотрим в этой статье.
В чем отличия Li-Pol от Li-ion аккумуляторов
В составе Li-ion аккумуляторов есть катод, анод и пористый сепаратор с пропиткой из жидкого электролита. Электроды находятся в герметичном корпусе и подсоединены к клеммам-токосъемникам. По типу материала, используемого для производства катода, Li-ion элементы бывают разными: на основе кобальтата лития, литий-марганцевой шпинели, литий-железо-фосфата и других веществ.
Заряд переносят положительно заряженные ионы Li+. Они встраиваются в кристаллическую решетку графита и других материалов, образуя химическую связь. В результате протекают окислительные и восстановительные реакции, аккумулятор накапливает и отдает энергию. Для защиты от перезаряда, короткого замыкания и глубокого разряда Li-ion аккумуляторы снабжаются BMS системами контроля и управления.
В отличие от Li-ion аккумуляторов, Li-Pol элементы питания в роли сепаратора используют полимерные материалы. Их применение открыло возможности для создания компактных аккумуляторов всевозможных форм толщиной от 1 мм и повысило безопасность их использования из-за сведенного к минимуму риска утечки электролита. Полимер не является проводником, но и не препятствует движению ионов лития.
Использование полимерного сепаратора – основное отличие Li-Pol от Li-ion аккумуляторов. Считается, что при контактном взаимодействии полимерной пластины с литием предотвращается образование дендритов в процессе многократного заряда-разряда элементов, что снижает риск их возгорания или взрыва. В остальном элементы питания обоих типов очень схожи. В некоторых моделях Li-Polymer дополнительно используется гелеобразный литий-проводящий электролит.
Сравнительная таблица характеристик
Наглядно сходство и разница между литий-ионными и литий-полимерными аккумуляторами представлены в таблице:
|
Критерий сравнения |
Li-ion |
Li-Pol |
|---|---|---|
|
Тип сепаратора |
Текстильный, с пропиткой из жидкого электролита |
Полимерный, в некоторых моделях – с гелеобразным электролитом |
|
Себестоимость массового производства |
Ниже |
Выше |
|
Удельная энергоемкость |
Высокая – 110–270 Вт·ч/кг |
Еще выше – 240–300 Вт·ч/кг |
|
Безопасность эксплуатации |
Высокая – благодаря использованию BMS плат контроля и защиты |
Высокая. Пожароопасность – есть, но риск взрыва – ниже, т.к. вместо металлического корпуса используется мягкая оболочка. Поэтому в случае вздутия не происходит хлопка и взрыва. |
|
Потребность в плате защиты и контроля |
Да |
Да |
|
Формы |
Цилиндрическая, призматическая, в виде пакетов |
Очень гибкие, плоские |
|
Размеры |
Разные, стандартизированные, самый распространенный типоразмер цилиндрических моделей – 18650. |
Бывают толщиной от 1 мм. Размеры не зависят от стандартных форматов ячеек. |
|
Масса аккумуляторов с одинаковой емкостью |
Немного тяжелее |
Немного легче |
|
Срок службы, до снижения исходной емкости на 20% |
≈ 1000 циклов |
≈ 500–900 циклов |
|
Номинальное напряжение |
3,7 В |
3,7 В |
|
Стабильность напряжения по мере разряда |
Высокая |
Высокая |
|
Допустимые токи нагрузки относительно емкости С |
Оптимальные – до 1С, постоянные – до 5С; пиковые (импульсные) – до 50С. |
У обычных бытовых моделей – небольшие, до 3С, но есть силовые Li-Pol аккумуляторы с токами разряда 10С и выше. У аккумуляторов Li-Polymer высокой мощности – от 8С до 50С, пиковый – от 15С до 100С. |
|
Допустимый перезаряд |
Очень низкий |
Низкий |
|
Саморазряд |
Малый |
Малый |
|
Эффект памяти |
Не выражен |
Слабо выражен |
|
Температурный диапазон |
От −20 до +60 C (в идеале – около +23 C). |
От −20 до +40 C |
|
Подверженность старению |
Есть |
Есть |
|
Риск утечки электролита |
Есть, при механическом повреждении, вздутии и разгерметизации аккумулятора |
Сведен к минимуму |
|
Распространение |
Широкое |
Ограниченное |
|
Основные сферы применения |
Смартфоны, ноутбуки, фонарики, персональный электротранспорт, моторные лодки, аккумуляторные инструменты, электромобили, складская техника, инвалидные коляски, домашние роботы и пр. |
Квадрокоптеры, радиоуправляемые игрушки, смартфоны, цифровая техника, страйкбольные ружья, камеры видеонаблюдения и пр. |
|
Потенциальные риски |
При перезаряде, механическом повреждении, нарушении условий зарядки, нарушении барьера между анодом и катодом – риск возгорания. При глубоком разряде – деградация и вздутие. При замыкании пластин – возможен взрыв. На холоде – снижение емкости. |
При перезаряде, перегреве, механическом повреждении – пожароопасность. При хранении в разряженном состоянии – деградация и вздутие. На морозе – уменьшение емкости. |
Какой аккумулятор лучше?
В отличие от литий-ионных, литий-полимерные аккумуляторы не имеют привязки к стандартизированным типоразмерам, бывают толщиной от 1 мм и всевозможных форм. При равной емкости они имеют более легкий вес и компактные размеры. Их главный козырь – тонкие формы, прочность, гибкость и легкий вес. Поэтому Li-Pol аккумуляторы отлично подходят для оснащения дронов, радиоуправляемых моделей, страйкбольных ружей, смартфонов, цифровой техники, гарнитур Bluetooth.
Но они уступают классическим Li-ion аккумуляторам по ценовой доступности, диапазону рабочих температур и циклическому ресурсу. Поэтому доминирующими во многих сферах остаются литий-ионные батареи. Ими оснащаются современные гаджеты, портативные инструменты, системы электроснабжения, ИБП, электромобили, мини-сигвеи, велосипеды, скутеры, самокаты на электротяге и многие другие устройства.
Забавный факт
Если на аккумуляторе смартфона или другого устройства указано LP, Li-Po, Li-Pol или Li-ion Polymer, это еще не значит, что он содержит сепаратор из полимерного материала. Многие производители таким образом маркируют аккумуляторы литий-ионного типа в мягком ламинированном корпусе из полимерного материала – вместо жесткого металлического корпуса. При таких особенностях маркировки разница между литий-ионными и литий-полимерными аккумуляторами для портативной электроники отсутствует в принципе.
В предыдущей статье нашего блога приведена инструкция по сборке литий-железо-фосфатных батарей.
