Виды литиевых батареек, их маркировка и применение

Литиевые батарейки используются во многих современных устройствах. Это компьютерная и фототехника, материнские платы и т. п. На сегодняшний день можно встретить несколько видов и типоразмеров литиевых АКБ. Как и другие типы аккумуляторов, литиевые имеют свои плюсы и минусы. Подробно о них будет сказано в статье ниже. Сейчас достаточно сказать, что их преимущества позволили широко распространиться этим батареям в различной потребительской электронике. Они заняли некоторые ниши на рынке, которые раньше занимали никель─кадмиевые и никель─металлогидридные аккумуляторы. В этом материале предлагаем поговорить о батарейках литиевого типа, их особенностях, характеристиках, разновидностях, маркировке и т. п.

 

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.

Литиевые аккумуляторные элементы в некоторых нишах составляют конкуренцию АКБ, использующими водный электролит. Производители различной электроники используют литиевые АКБ в тех случаях, когда необходимо постоянное рабочее напряжение и стабильная работа в течение долгого времени. Среди Li батареек можно встретить модели, которые способны отдавать высокий разрядный ток. Но это, скорее, исключение. В основном литиевые аккумуляторы применяются там, где требуются низкие и средние разрядные токи.

Одно из основных требований безопасности к литиевому типу батареек – это надёжная герметизация. Нужно полностью исключить вероятность утечки электролита и попадания в аккумулятор элементов из окружающей среды. Разгерметизация может привести к возгоранию из-за высокой активности лития. Даже если этого не произойдёт, разгерметизированная батарейка непригодна для дальнейшего использования. Производство таких АКБ ведётся в помещения с контролем влажности и в герметичных боксах с аргоновой атмосферой.

Форма литиевых аккумуляторных элементов может быть дисковой, цилиндрической, призматической. Размеры в большинстве случаев соответствуют габаритам прочих электрохимических источников тока. В связи с этим нужно обращать внимание на рабочее напряжение, которое у литиевых батареек, как правило, выше остальных типов АКБ. Чтобы исключить путаницу, некоторые производители оснащают литиевые элементы нестандартными выводами для подключения.

В таблице ниже можно посмотреть параметры различных литиевых аккумуляторных элементов.

Характеристики аккумуляторных батарей	Li/MnO2	Li/SO2	Li/SOCl2	Li/CFx	Li/CuO	Li/I2
Рабочее напряжение, В	3,0	2,6-2,9	3,3-3,5	-	1,2-1,5	-
Конечное напряжение, В	2,0	2,2	2,2	2,0	0,9-1,0	2,2
Напряжение разомкнутой цепи, В	3,5	3,0	3,67	3,3	1,6	2,8
Весовая удельная энергия, Втч/кг	до 250	300-340	до 600	250	300	-
Объёмная удельная энергия, Втч/кг	500	500-560	до 1100	600	600	до 1000
Диапазон рабочих температур, С	от -20 до +55	от -60 до +70	от -50 до +70(до +130)	от -20 до +60	от -10 до +70	от -10 до +60
Саморазряд, процентов в год	2-2,5	1-2	1,5-2	1-2	1-2	1
Характеристики аккумуляторных батарей	Li/MnO2	Li/SO2	Li/SOCl2	Li/CFx	Li/CuO	Li/I2

В следующем разделе они рассматриваются подробнее.
Вернуться к содержанию
 

Электрохимические системы литиевых АКБ

Батареи на основе Li/MnO₂ (литий/диоксид марганца)

Этот тип элементов с литием был разработан одним из первых. При обозначении литиевых батарей в маркировке используются символы «CR».

Внутри этой электрохимической системы протекает следующая реакция:

Li + Mn + 4O₂ → Mn + 3O₂ (Li⁺)

Согласно реакции, диоксид марганца при взаимодействии с литием восстанавливается до трехвалентного состояния из четырёхвалентного. При этом ионы лития внедряются в кристаллическую решётку оксида. В качестве электролита в этих системах используется перхлорат лития, который находится в органическом растворителе. Напряжение разомкнутой цепи аккумуляторной батарейки литий/диоксид марганца составляет 3,5, а номинал 3 вольта. Конечное напряжение равно 2 вольта. Эти батареи сохраняют работоспособность в интервале температур от -20 до +55 градусов Цельсия. Хранится батарейка Li/MnO₂ до десяти лет, если саморазряд не превышает 2,5%.
Этот тип батареек часто можно встретить в материнских платах и часах в дисковом форм-факторе («таблетка»).

Дополнительно можете прочитать подробную статью про литий-ионные аккумуляторы.
Вернуться к содержанию
 

Аккумуляторы на базе Li/CuO (литий/оксид меди)

Li/CuO батареи имеют рабочее напряжение, которое сопоставимо с марганцево-цинковыми элементами щелочного типа. При этом энергетическая плотность у литиевых в три раза больше.
Разряд этого типа батареек описывается следующими реакциями:

2Li + CuO → Li₂O + Cu

CuO → Cu₂O → Cu

Интервал рабочего напряжения составляет от 1,2 до 1,5 вольта и зависит разрядного тока. На разомкнутой АКБ напряжение равно 2,5 вольта. Аккумуляторные элементы литий/оксид меди сохраняют работоспособность при температурах от -10 до +70 градусов Цельсия. Батареи хранятся до 10 лет (при 20 градусах по Цельсию). Источники тока на основе Li/CuO мало распространены на рынке.
 

АКБ на основе Li/SO₂ (литий/диоксид серы)

Разновидность батарей на основе литий/диоксид серы имеет жидкофазный материал катода. Эти АКБ достаточно хорошо изучены и широко применяются в народном хозяйстве. Роль катода в их случае выполняет графит с сажей плюс пластификатор. Смесь этих элементов наносится на металл. В качестве электролита использует диоксид серы SO₂ с некоторыми добавками. Объёмная доля самого оксида серы составляет 70─75 процентов. Дополнительные добавки в электролите обеспечивают требуемую электропроводность.

В аккумуляторном элементе литий/диоксид серы при разряде протекает следующая электрохимическая реакция:

2Li + 2SO₂ → Li₂S₂O₄

Напряжение при разомкнутой цепи составляет 3 вольта, рабочее от 2,6 до 2,9. Рабочая температура составляет от -60 до +70 градусов Цельсия. К плюсам Li/SO₂ стоит отнести высокую удельную мощность. Среди недостатков батареек литий/диоксид серы специалисты отмечают серьёзное внутреннее давление, а также сильный разогрев в случае короткого замыкания. По этой причине, конструкция таких аккумуляторов включает предохранитель для сброса избыточного давления. Он срабатывает при нагреве батарейки до 100 градусов по Цельсию.

Аккумуляторные элементы этого типа выпускаются цилиндрической конструкции. Она подразумевает наличие литиевого анода по периферии и угольного катода в центре. Такая сборка обеспечивает высокие электрические характеристики АКБ. Храниться аккумуляторы Li/SO₂ могут до десяти лет при саморазряде 1─2 процента в год (данные при 20 Цельсия).
Вернуться к содержанию
 

Батарейки на базе Li/I₂ (литий/йод)

В этих аккумуляторных элементах жидкий электролит отсутствует, как и сепаратор.

Внутри батареек Li/I₂ идёт следующая реакция:

2Li + I₂ → 2LiI

Катод с содержанием йода взаимодействует с литием, в результате чего образуется йодид лития LiI. Это твёрдое вещество, которое одновременно выступает в роли электролита и сепаратора, разделяя активные вещества.

Напряжение разомкнутой цепи Li/I₂ батарейки равно 2,8 вольта. Его величина зависит от сопротивления слоя LiI. Это вещество накапливается в пространстве между электродами. Этот процесс сопровождается линейным снижением напряжения до 2,2 вольта. Причём оно резко падает, когда запас I подходит к концу.

Аккумуляторы этого типа могут храниться от 10 до 15 лет при величине саморазряде 10 процентов за всё это время. Процесс саморазряд в этом случае обусловлен взаимодействием йода и лития. Это происходит в результате диффузия I через слой LiI. Величина саморазряда во многом определяется толщиной этого слоя. Этим объясняется активное прохождение саморазряда в самом начале хранения.

Литиевые батарейки литий/йод не выделяют газ в процессе работы. Поэтому объём АКБ сохраняется постоянным в процесс эксплуатации. Кроме того, они довольно устойчивы к нарушениям правил использования. Эти батарейки нашли применение в тех областях, где требуется высокая надёжность работы. В частности, это аккумуляторы для питания кардиостимуляторов в медицине. Работоспособность АКБ литий/йод сохраняется при температурах от -10 до +60 по Цельсию.
Вернуться к содержанию
 

Аккумуляторные батарейки Li/FeS₂ (литий/дисульфид железа)

Эти элементы стоят довольно дорого, но благодаря некоторым преимуществам, они востребованы на рынке.

При разряде в аккумуляторах Li/FeS₂ протекает следующая реакция:

4Li + FeS₂ → 2Li₂S + Fe

Интересной особенностью является сохранение работоспособности системы Li/FeS₂ при -40 по Цельсию. Это по силам только батареям с катодами в жидком виде. Батарейки Li/FeS₂ имеют стабильные характеристики при работе с потребителями, требующими большой мощности.

Аккумуляторы литий/дисульфид железа имеют в своей конструкции защиту по току. При непрерывном потреблении она составляет 2 ампер (форм-фактор АА). Кроме того, есть предохранитель, отключающий нагрузку при температуре элемента 85─95 градусов Цельсия. Если батарейка разогревается до 130─160 градусов, то открывается клапан для сброса давления.

Вернуться к содержанию
 

Аккумуляторные элементы литий/полифторуглерод

Стоимость этих батареек выше Li/MnO₂. Но они имеют более широкий диапазон рабочих температур. По этой причине они применяются в различных устройствах, испытывающих нагрев в процессе работы.
Реакция внутри этих аккумуляторов описывается следующим уравнением:

nLi + (CF_x)_n → nLiF_x + nC

Напряжение элемента без нагрузки равно 3,2─3,3 вольта. Конечное напряжение около 2 вольт. Интервал рабочих температур от -40 до +85 градусов. При хранении в течение 10 лет эти батарейки теряют примерно 1/5 от номинальной ёмкости.
Первые коммерческие образцы батареек литий/полифторуглерод были выпущены 25─30 лет назад. Главное применение они находят в различной портативной электронике. При отрицательных температурах и высоком разрядном токе они проигрывают по показателям аккумуляторам типа Li/MnO₂. По сравнению с Li/I₂ аккумуляторные элементы Li/CF_x имеют более высокую мощность. Поэтому их также используют в медицинских кардиостимуляторах и дефибрилляторах.
Вернуться к содержанию
 

Аккумуляторные батарейки Li/SOCl₂ (литий/тионилхлорид)

Эти аккумуляторные системы имеют жидкофазный катод и самые высокие удельные электрические параметры среди литиевых батареек.

В них протекает следующая реакция:

4Li + 2SOCl₂ → 4LiCl + SO₂ + S

Существенная доля SO₂ растворяется в электролите без изменения давления в корпусе батарейки. Напряжение без нагрузки равно 3,67, при работе 3,3─3,5 вольта. На величину напряжения сильно влияет разрядный ток.

Рабочая температура составляет от -60 до +85─130 градусов Цельсия. По конструкции аккумуляторные батарейки Li/SOCl₂ близки к Li/SO₂. Электролит тионилхлорид – это агрессивное вещество. Поэтому конструкция батарей разрабатывалась с учётом повышенных требований к пожарной и взрывобезопасности. Аккумуляторы литий/тионилхлорид хранятся до десяти лет. Саморазряд при этом составляет до 2 процентов в год (данные при 20 градусах Цельсия). При понижении температуры до -50 сильно падает ёмкость батарейки (в несколько раз).

Если элемент из холода перенести в тёплое место, то внутри будет продолжаться процесс разряда. За счёт того, что разлагаются промежуточные продукты реакции, может быть сильный разогрев и даже взрыв. Поэтому для обеспечения безопасности Li/SOCl₂ имеют аварийный клапан для сброса давления, плавкие предохранители, термовыключатели.

Вернуться к содержанию
 

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
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
Название	Напряжение, В	Высота, мм	Диаметр, мм

Помимо обозначений, приведённых в таблице, есть ещё сленговые названия этих батареек:

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

На изображениях ниже вы можете посмотреть фотографии этих батареек.

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

Вернуться к содержанию
 

Область применения

Литиевые батарейки имеют достаточно длительный срок эксплуатации в сравнении с другими видами. Чаще всего они используются в различных устройствах, которые имеют существенное потребление энергии. Ниже перечислены некоторые из них:

• Фототехника;
• Компьютеры;
• Медицинское оборудование;
• Игрушки;
• Военная промышленность;
• Авиация;
• Космическая отрасль.

Вернуться к содержанию
 

Маркировка

Правила маркировки батареек разрабатывает, устанавливает и контролирует организация IEC. Это международная электротехническая комиссия. Согласно их требованиям, на корпусе элемента должны быть указаны:

• Состав;
• Энергоёмкость;
• Размер;
• Класс;
• Напряжение.

На изображении ниже приведена маркировка батарейки.

Для расшифровки вам пригодятся следующие две таблицы:

Таблица буквенных обозначений различных элементов.

Маркировка	Тип батарейки
R	Солевая
LR	Щелочная
SR	Серебряная
CR	Литиевая
PR	Воздушно-цинковая
Маркировка	Тип батарейки

Маркировка типоразмера батареек.

Типоразмер	Маркировка
D	20
C	14
AA	6
AAA	03
PP3	6/22
Типоразмер	Маркировка

Используя эти данные можно расшифровать маркировку батарейки на изображении. LR6 – означает, что это щелочная батарейка типоразмера AA. Номинальное напряжение составляет 1,5 вольта.
Вернуться к содержанию
 

Преимущества и недостатки литиевых батареек

 

Преимущества

• Высокая энергоёмкость;
• Стабильность характеристик при разной величине разрядного тока;
• Длительный срок эксплуатации;
• Постоянное напряжение;
• Небольшие габариты и вес;
• Достаточно широкий диапазон рабочих температур.

Вернуться к содержанию
 

Недостатки

• Стоимость выше, чем у остальных видов элементов;
• При нарушении правил эксплуатации и целостности могут воспламеняться.

В заключение стоит сказать пару слов о безопасности. Нужно чётко понимать, что литиевые батарейки и аккумуляторы, представляют собой разные источники тока. Если аккумулятор работает определённое количество циклов, то батарейки являются первичными источниками тока. Они предназначены для однократного использования. Не пытайтесь вскрывать литиевые батарейки и проводить какие-то мероприятия по их восстановлению. Это не АКБ и восстановлению они не подлежат. При этом на рынке есть и аккумуляторы указанных выше типоразмеров. Например, AA. Так, что будете внимательны при покупке, изучайте маркировку.

Вернуться к содержанию
 

Опрос

Если материал был для вас полезен, делайте репост в социальных сетях. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте статью! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

• 

  Farshid Mehrafshan 15.06.2018 в 08:38

  Dear Sir
  we are water meters and data loggers manufacturer in Iran.
  we are looking for lithium 3.6 volt batteries manufacturer in Russia / Ukrain.
  Please guide me.
  Best Regards

  Farshid Mehrafshan
  Mehr Flow Co.
  email: mehrflow.ir@gmail.com

  Ответить

Вам могут быть интересны следующие материалы

Главная

e-Транспорт

Альтернатива

Вопрос-Ответ

Выбор

Гелевые

Зарядка

Литиевые

Новости

Обзоры

Статьи

Устройство

Щелочные

Форум

Рассылка приходит раз в месяц и содержит последние материалы на сайте, которые могут быть вам интересны. Если Вы хотите отписаться от рассылки, то ведите email и поставьте галочку при отправке формы.

© 2015 - 2024 Информационный сайт об аккумуляторах Akbinfo.ru