web counter

  

Типове Li-ion акумулаторни батерии

За обикновения потребител вероятно съществува само един единствен тип Li-ion акумулаторни батерии. В действителност обаче съществуват много видове литиево-йонни батерии, чиято главна разлика може да бъде намерена в материала, използван за катода. Иновативни материали се използват и за анода на батерията.

Предлагаме Ви да се запознаете с различните типове Li-ion зареждаеми батерии. В информацията по-надолу сме посочили описания, характеристики, пълните наименования, химическите имена, техните абревиатюри и кратки имена.

Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) (Литий-кобалт оксид)

Високата енергийна плътност на този тип Li-ion батерии ги прави може би най-популярните и предпочитани за влагане в мобилни телефони, лаптопи и дигитални фотоапарати. За първи път се произвеждат през далечната 1991г. Тази батерия е съставена от катод, изработен от кобалт оксид, и анод, изработен от графит. Катодът има слоеста структура и когато батерията се разрежда, литиевите йони се движат от анода към катода. Обратното движение се случва при зареждането на клетката. Основните недостатъци на този тип литиево-йонни батерии са сравнително краткия жизнен цикъл, ниската топлинна стабилност и ограничените възможности за натоварване.

Литиево кобалтовите батерии не могат да бъдат зареждани или разреждани с по-голям ток от техния номинал. Това означава, че например една батерия с размер 18650 и капацитет 2900mAh може да бъде зареждана и разреждана единствено с до 2900mA. Принудителното зареждане с по-висок от този капацитет или прилагането на товар, изискващ повече от 2900mA, причинява прегряване и стрес на батерията. За оптимално зареждане, производителите препоръчват подаване на ток 0.8C или 2320mA. Желателно е при тези зареждаеми батерии да бъдат прилагани платки за ограничение на заряда и разряда до 1С.

Характеристиките на този тип батерии можете да видите в следващата таблица:

 

Номинално напрежение

3.6V

Енергийна плътност

150-200Wh/kg; като дадени специално разработени клетки могат да произведат до 240Wh/kg

Заряд

0.7С-1С; Тези батерии могат да бъдат зареждани до 4.20V, като обикновено зареждането трае до 3 часа; Ако бъдат зареждани с по-висок ток от 1С, животът им ще се съкрати значително

Разряд

1С; Разреждат се до 2.5V; Ако бъдат разредени с по-голям ток от 1С, животът им ще се съкрати значително

Жизнен цикъл

Между 500-1000 цикъла, в зависимост от начина на употреба и съхранение

Приложения

Мобилни телефони, таблети, лаптопи, дигитални фотоапарати

Коментари

Много висока енергийна плътност; ограничена специфична мощност; относително скъпи са

 

Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4) (Литий манганиев оксид)

Замисълът на този тип Li-ion батерии се заражда още през 1983г, но чак през 1996 г. се комерсиализира тяхното производство. Архитектурата на литиево мангановата батерия формира тризмерна структура шпинел, която подобрява йонния поток между електродите. По този начин се намалява вътрешното съпротивление и се подобрява вътрешния поток. Друго предимство на тази технология е високата термична стабилност и безопасност. Освен положителните страни на тази технология, при тези батерии може да се намери и един основен недостатък - по-кратък жизнен цикъл.

Ниското вътрешно съпротивление позволява по-бързо зареждане и разреждане. В акумулаторен пакет, съставен от клетки 18650, използващи литиево мангановата технология,  тези батерии могат да се разреждат с ток с големина 20-30А, като разбира се е необходимо да се регулира температурата. Също така е възможно да се приложи пулсов ток до 50А. Непрекъснатото натоварване с такъв ток обаче ще предизвика значително покачване на теппературата, а тя не бива да надвишава 80 градуса. Литиево мангановите Li-ion батерии 18650 се използват за електрически инструменти, медицинска техника, също така и за хибридни и електрически превозни средства.

Литиево мангановите Li-ion акумулаторни батерии имат значително по-нисък капацитет в сравнение с литиево кобалтовите батерии, но все пак задържат около 50% повече енергия в сравнение с никелово базираните зареждаеми батерии.

Характеристиките на тези li-ion зареждаеми батерии можете да видите в следващата таблица:

 

Номинално напрежение

3.70V (Дори някои могат да бъдат щамповани като 3.80V)

Енергийна плътност

100-150Wh/kg

Заряд

Тези батерии се зареждат стандартно с 0.7-1С и максимално с 3С, като повечето клетки се зареждат до 4.20V

Разряд

Препоръчително е да се разреждат с 1С; Може да им се приложи товар до 10С или пулсово за до 5 секунди 30С; Разреждат се до 2.5V

Жизнен цикъл

Между 300-700 цикъла, в зависимост от начина на употреба и съхранение

Приложение

Електрически инструменти, медицинска техника, за задвижване на електрически двигатели

Коментари

Висока мощност, но за сметка на това нисък капацитет; по-безопасни са от литиево кобалтовите батерии

 

Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (LiNiMnCoO2 )

Литий никел манган колбалтов оксид е сравнително нова технология при Li-ion акумулаторните батерии. Производителите за пръв път лансират тези батерии през 2008 г. Подобно на литиево мангановите батерии и тези могат да бъдат пригодени с висока енергийна плътност или висока мощност, но за съжаление не и в комбинация на тези две характеристики. Например може да бъде намерена li-ion акумулаторна батерия 18650 с капацитет 2800mAh, която може да отдаде до 4-5А или пък същия размер батерия с капацитет 2000mAh, която може да отдава до 20А.

Никел мангановите li-ion батерии се използват за изработката на акумулаторни пакети за електрически инструменти (винтоверти, къртачи и др.), електрически велосипеди и други подобни.

Характеристите на тези зареждащи се батерии можете да разгледате в таблицата, посочена по-долу:

 

Номинално напрежение

3.60V; 3.70V

Енергийна плътност

150-220Wh/kg

Заряд

0.7-1С, като се зареждат до 4.20V с възможност до 4.30V; Препоръчително е да се зареждат около 3 часа, защото по-бързото зареждане води до стрес

Разряд

Препоръчително е да се разрежда с 1С, но е възможно и с 2С. Разрежда се до 2.50V

Жизнен цикъл

1000-2000 цикъла, в зависимост от начина на употреба и съхранение

Приложения

Електрически велосипеди, медицинска апаратура, индустриални продукти

Коментари

Доставя висок капацитет и висока мощност; служи като хибридна батерия; има много приложения;

 

Lithium Iron Phosphate(LiFePO4) (Литий железен фосфат)

През 1996 г. учени от университета в Тексас откриват, че фосфатът може да бъде използван като материал за катода на акумулаторните литиево-йонни батерии. Този материал предоставя добра електрохимична производителност и ниско съпротивление. Също така батериите, които използват тази технология имат голям жизнен цикъл, висока безопасност на работа, термична стабилност и др.

Литиево фосфатните батерии имат по-голям толеранс за пълно зареждане и прилаган стрес в сравнение с другите видове li-ion зареждаеми батерии. Литиево фосфатните батерии обаче имат много по-висок процент на саморазряд.

Както при повечето батерии, които могат да бъдат зареждани, така и при този тип акумулатори, много ниските температури влошават качествата и скъсяват срока, в който батерията е годна за експлоатация.

Батериите, използващи технологията Литий железен фосфат, най-често са използвани като заместители на оловните стартерни акумулатори.

Характеристиките на този вид акумулаторни li-ion батерии можете да видете описани в таблицата по-долу:

 

Номинално напрежение

3.20V

Енергийна плътност

90-120Wh/kg

Заряд

Най-често с 1С, като се зареждат до 3.65V; Време за зареждане: 3 часа

Разряд

Препоръчително с 1С; Възможно е да бъдат разреждани продължително с ток 20-25С и пулсово до 40А; Разреждат се до 2.50V; Ако батерията бъде разредена под 2V, това ще причини сериозни повреди

Жизнен цикъл

1000-2000 цикъла, в зависимост от начина на употреба и съхранение

Приложения

Акумулаторни пакети за портативни и стационарни уреди и устройства, нуждаещи се от подаване на висок ток и издръжливост

Коментари

Една от най-безопасните li-ion акумулаторни батерии; Използва се за специфични нужди; Висок процент на саморазряд.

 

Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (LiNiCoAlO2) (Литий Никел Кобалт Алуминиев Оксид)

Този тип литиево-йонни зареждаеми батерии са използвани за пръв път през 1999 г. Притежават висока енергийна плътност, сравнително добра мощност и дълъг експлоатационен живот.

Характеристиките на тези акумулаторни батерии можете да разгледате в следващата таблица:

 

Номинално напрежение

3.60V

Енергийна плътност

200-260Wh/kg, възможност до 300Wh/kg

Заряд

Повечето клетки трябва да бъдат зареждани с 0.7V до достигане на 4.20V пълно зареждане за 3 часа; Възможно е и бързо зареждане

Разряд

1С; Разрежда се до 3V

Жизнен цикъл

500 цикъла, в зависимост от начина на употреба и съхранение

Приложения

Медицинска апаратура, индустрия, електрически двигатели (Тесла)

Коментари

Значителни прилики с литиево кобалтотите батерии

 

Lithium Titanate (Li4Ti5O12) (Литий титанат)

Зареждаеми батерии с литий титанат, използван като материал за анода, са познати от 1980 г, но се комерсиализират чак през 2008 г. Литий титанатът замества графита в стандартните литиево-йонни клетки. Катодът е изработен от графит. Батериите от този тип имат номинално напрежение 2.40V, могат да бъдат зареждани бързо и осигуряват високо разряден ток от 10С или по друг начин казано 10 пъти от номиналния капацитет. Броят на циклите в жизнения цикъл на тези зареждаеми батерии е по-голям в сравнение с обикновените li-ion батерии. Литиево титанатната батерия е безопасна за употреба и има отлични характеристики при ниски температури – запазва до 80% от капацитета си  при условия -30 градуса по Целзий. Като цяло тези батерии са все още много скъпи и притежават твърде ниска енергийна плътност. Литий титанатни батерии се използват най-вече при UPS устройства.

Характеристиките на този тип li-ion зареждаеми батерии можете да видите в следващата таблица:

 

Номинално напрежение

2.40V

Енергийна плътност

70-80kW/kg

Заряд

Най-често с 1С, но може да бъдат зареждани с 5С; Зареждат се максимално до 2.85V

Разряд

10C; Пулсово до 30С за 5 секунди; Да не се разреждат повече от 1.80V

Жизнен цикъл

3000-7000 цикъла, в зависимост от начина на употреба и съхранение

Приложения

UPS

Коментари

Дълъг живот, бързо зареждане, голям температурен работен режим, едни от най-безопасните Li-ion батерии, много ниска енергийна плътност, твърде висока цена