Какие есть типы литиевых аккумуляторов и особенности их конструкции?
Литиевые аккумуляторы на современном рынке прочно заняли несколько различных ниш. В основном они используются во всевозможной потребительской электронике, портативном инструменте и мобильных устройствах, бытовой технике и т. п. Существуют даже литиевые аккумуляторы 12 вольт для авто. Хотя широкого распространения в автомобилестроении они пока не получили. Использование литиевых аккумуляторов в различных отраслях народного хозяйства привело к тому, что на рынке появилось много разновидностей этих аккумуляторных батарей. Основные типы литиевых АКБ мы рассмотрим в сегодняшней статье.
Содержание статьи
Разновидности литиевых аккумуляторов в зависимости от мощности и ёмкости
Мы здесь не будем писать о принципе работы Li аккумуляторных батарей и истории их возникновения. Подробно о литиевых аккумуляторах можно прочитать в статье по указанной ссылке. Также можете прочитать материалы отдельно про литий-полимерный и литий-ионный аккумулятор. А в этом материале хотелось бы рассмотреть именно различные типы Li аккумуляторов в зависимости от их характеристик и назначения.
Литиевый аккумулятор
Итак, что касается мощности и ёмкости литиевых батарей. Деление здесь достаточно условное. Для того чтобы выпускать аккумуляторы различной ёмкости, с разными токами разряда, производители изменяют ряд параметров. Например, они регулируют толщину слоя электродной массы на фольге (в случае рулонной конструкции). В большинстве случаев этот электродный слой наносится медную (минусовой электрод) и алюминиевую (плюсовой) фольгу. Благодаря такому увеличению электродного слоя растут удельные параметры аккумулятора.
Однако при наращивании активной массы приходится уменьшать толщину проводящей основы (фольгу). В результате аккумулятор может пропустить меньший ток, не перегреваясь при этом. Кроме того, увеличение слоя электродной массы приводит к увеличению сопротивления элемента. Чтобы снизить сопротивление, часто для активной массы используют более активные и дисперсные вещества. Этими параметрами производители «играют» при выпуске АКБ с теми или иными параметрами. Аккумуляторный элемент с тонкой фольгой и толстой активной массой показывает высокие значения запасаемой энергии. А его мощность будет низкой, и наоборот. И это можно регулировать, не изменяя типоразмера изделия.
Аккумуляторные батареи с разными значениями ёмкости и разрядного тока получаются при изменении следующих параметров:
- Толщина фольги;
- Толщина сепаратора;
- Материал плюсового и минусового электрода;
- Размер частиц активной массы;
- Толщина электрода.
При этом модели аккумуляторов, рассчитанных на более высокую мощность, оснащаются токовыводами больших размеров и массы. Это делается для предотвращения перегрева. Также для наращивания тока разряда используются всевозможные вещества, добавляемые в электролит или в электродную массу. У аккумуляторов с большой ёмкостью токовыводы, как правило, небольшие. Они рассчитываются на разрядный ток до 2С (обычно ток заряда-разряда аккумулятора указывается от его ёмкости) и зарядный ─ до 0,5С. Для литиевых АКБ большой ёмкости эти значения до 20С и до 40С, соответственно.
Модели литиевых аккумуляторов с высокой мощностью предназначены для питания стартёров, с высокой ёмкостью – для питания различной портативной аппаратуры. Что касается разработки литиевых батарей, то производители всевозможной электроники заказывают их в специальных фирмах. Те разрабатывают их с учётом предложенных условий, а затем размещают их в серийное производство. При разработке современных литиевых аккумуляторов учитываются следующие параметры:
- Ёмкость;
- Штатный и максимальный ток разряда;
- Размеры;
- Условия расположения внутри устройства;
- Рабочая температура;
- Ресурс (количество циклов заряд-разряд) и прочие.
Вернуться к содержанию
Различные конструкции литиевых аккумуляторных батарей
По конструктивным особенностям литиевые аккумуляторы можно разделить по двум признакам:
- Конструкция корпуса;
- Конструкция электродов.
Рассмотрим их подробнее.
Вернуться к содержанию
Конструкция электродов
Рулонного типа
На изображении ниже можно посмотреть Li─Ion аккумулятор с конструкцией рулонного типа.
Литиевый аккумулятор рулонного типа
Элементы рулонной конструкции изготавливаются двух типов:
- Рулон электродов скручивается вокруг виртуальной пластины. В одном корпусе могут размещаться несколько рулонов, подключённых параллельно;
- Цилиндрические. Различной высоты и диаметра.
Рулонная конструкция применяется там, где требуется аккумулятор небольшой ёмкости и мощность. Эта технология имеет небольшую трудоёмкость, поскольку скручивание электродных лент и сепаратора полностью автоматизировано. Недостатком такой конструкции является плохое теплоотведение от электродов. Фактически тепло отводится только через торец элемента.
Вернуться к содержанию
Из набора электродов
Литиевые аккумуляторы со сборкой из отдельных электродов применяются при производстве призматических АКБ.
Литиевый аккумулятор с набором пластин
Тепло здесь также отводится с торца электрода. Производители стараются улучшить теплоотвод посредством регулировки состава и дисперсности активной массы.
Вернуться к содержанию
Конструкция корпуса
Цилиндрические
Стоит уделить внимание цилиндрическим литиевым аккумуляторам. Они широко распространены в различной бытовой технике и электронике. Особенно популярны аккумуляторные элементы 18650.
Цилиндрические литиевые аккумуляторы
В качестве плюсов цилиндрического корпуса специалисты называют отсутствие изменения объёма при длительной эксплуатации. Это происходит за счёт того, что АКБ немного меняет объём в процессе заряда-разряда. Конструкция электродов в таком корпусе всегда рулонного типа. К недостаткам относят плохое теплоотведение.
Цилиндрические литиевые аккумуляторы могут иметь следующие токовыводы:
- Винтовые борны;
- Обычные контактные площадки.
Там, где более высокие требования к съёму тока, используются винтовые борны. Это АКБ с большим разрядным током и большой ёмкостью (более 20 Ач). Многочисленные испытания показывают, что цилиндрические литиевые аккумуляторы с винтовыми борнами выдерживают токи не более 10─15С. И это значения кратковременной нагрузки, при которой элемент быстро перегревается. При длительной работе они выдерживают разрядные токи 2─3С. В основном литиевые батарейки используют в портативном электроинструменте.
Цилиндрический литиевый аккумулятор с винтовыми борнами
Аккумуляторные элементы с контактными площадками обычно используются для объединения в батареи. Для этого их сваривают лентой при помощи контактной сварки. Иногда производители уже выпускают элементы с лепестками под самостоятельную пайку. Причём вид лепестков может быть различным в зависимости от типа пайки.
В обозначении типоразмера цилиндрических литиевых аккумуляторов обычно присутствуют их размеры. Например, литий─ионные элементы 18650 имеют высоту 65, а диаметр ─ 18 мм.
Призматические
Призматические литиевые АКБ выпускаются:
- С винтовыми борнами;
- С контактными площадками под приваривание лепестков.
Призматические модели часто используются в азиатских странах для обеспечения питанием электрических велосипедов.
Призматический корпус литиевого аккумулятора
Вне зависимости от формы корпуса, его материал должен быть инертным по отношению к электродам, электролиту, активной массе. Такое же требование выдвигается к соединительным элементам, крепежу, прокладкам и т. п.
Вернуться к содержанию
Оболочка из ламинированной фольги
Такой вид корпуса получил распространение благодаря появлению литий─полимерных аккумуляторов. В их случае для переноса заряда также используются ионы лития и в целом здесь идут аналогичные электрохимические процессы. Но здесь электролит полимерный с добавлением гелевого вещества, содержащего ионы лития. Можете подробнее прочитать о том, в чём отличие литий─полимерного аккумулятора от ионного.
Литий─полимерный аккумулятор в ламинированной фольге
По весу такие аккумуляторные элементы легче цилиндрических и призматических. Поэтому корпус для них не используют, а помещают в пакет из ламинированной фольги, и герметично запаивают. Это тем более удобно, поскольку Li─Pol аккумуляторы имеют самые разные размеры и форму.
Среди минусов таких корпусов специалисты называют небольшую механическую прочность и меньший диапазон рабочих температур, чем у корпусных АКБ. К тому же, чаще возникают проблемы со вздутием аккумуляторного элемента.
По исполнению аккумуляторы в ламинированной фольге бывают:
- С токовыводами на одной стороне;
- На противоположных. Такая конструкция используется в случае высоких разрядных токов. Она позволяет равномерно распределять ток в активной массе электродов.
Вернуться к содержанию
Защита
В заключение стоит сказать несколько слов о защите, устанавливаемой на литиевых аккумуляторах. Контроллер заряда-разряда. Эти печатные платы устанавливаются практически на все аккумуляторы литиевого типа, используемые в потребительской электронике. Те элементы, которые будут работать в составе батареи, такой защиты могут не иметь. Их зарядом и разрядом будет управлять общий контроллер батареи.
Контроллер литиевого аккумулятора
Ещё один вариант защиты устанавливается на многих корпусных литиевых элементах. Это предохранительные клапаны для сброса избыточного давления в корпусе элемента. Тем самым предотвращается разрушение корпуса.
Исполнение такой защиты может быть разным. К примеру, ряд производителей используют фольгу с насечками, рассчитанную на определённое значение давления. В других случаях может быть установлена пружина, которая при достижении критического значения открывается и сбрасывает давление. В цилиндрических корпусах такая защита ставится под токовыводом.
Вернуться к содержанию
Опрос
Загрузка ...
Если статья была для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Этим вы поможете развитию нашего сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию
(голосов: 7, в среднем: 4,29 из 5)
Загрузка...
Здравствуйте. Пересмотрел много информации но не нашел своего аккумулятора. Подскажите пожалуйста.
18650 .3.7v.8.14Wh.SZN. HP40251EH. 813214.Спасиба.