≡×منو

•   گیربکس
• موتور
• موتور 
• مایعات
• گیربکس 

نحوه مراقبت از باتری های لیتیوم یون عملکرد، شارژ، مزایا و معایب باتری های لیتیومی تعمیر و نگهداری باتری لیتیومی

اگر به نحوه شارژ باتری لیتیوم یون علاقه مند هستید، پس به جای درستی آمده اید.

دستگاه های موبایل مدرن به یک منبع برق مستقل نیاز دارند.

علاوه بر این، این موضوع هم برای «فناوری‌های پیشرفته» مانند گوشی‌های هوشمند و هم برای دستگاه‌های ساده‌تر، مثلاً مته‌های برقی یا مولتی متر صادق است.

انواع مختلفی از باتری ها وجود دارد. اما برای تجهیزات قابل حمل بیشتر از Li-Ion استفاده می شود.

سهولت نسبی تولید و هزینه کم منجر به چنین توزیع گسترده ای شد.

ویژگی‌های عملکرد عالی، به‌علاوه خود تخلیه کم و ذخیره زیادی از چرخه‌های شارژ-دشارژ نیز به این امر کمک می‌کنند.

مهم!برای راحتی بیشتر، بیشتر این باتری ها مجهز به دستگاه نظارتی ویژه ای هستند که از عبور شارژ از سطوح بحرانی جلوگیری می کند.

هنگامی که یک دشارژ بحرانی رخ می دهد، این مدار به سادگی تامین ولتاژ به دستگاه را متوقف می کند و هنگامی که از سطح شارژ مجاز فراتر رفت، جریان ورودی را خاموش می کند.

یک گوشی یا تبلت با باتری لیتیوم یونی باید زمانی شارژ شود که سطح باتری 10 تا 20 درصد باشد.

علاوه بر این، پس از رسیدن به 100٪ اسمی، شارژ باید یک و نیم تا دو ساعت دیگر طول بکشد.

این ضروری است زیرا باتری در واقع 70-80٪ شارژ می شود.

نصیحت!تقریباً هر سه ماه یک بار باید تخلیه پیشگیرانه انجام شود.

هنگام شارژ از لپ تاپ یا رایانه رومیزی، باید در نظر داشت که پورت USB قادر به ارائه ولتاژ کافی نیست، بنابراین، این فرآیند زمان بیشتری را می طلبد.

چرخه های متناوب شارژ کامل و ناقص (80 تا 90 درصد) عمر دستگاه را افزایش می دهد.

با وجود چنین معماری هوشمند و بی تکلفی عمومی، پیروی از برخی قوانین برای استفاده از باتری ها به افزایش عمر آنها کمک می کند.

برای جلوگیری از "رنج کشیدن" باتری دستگاه، کافی است توصیه های ساده را دنبال کنید.

قانون 1. نیازی به تخلیه کامل باتری نیست

باتری های لیتیوم یون مدرن "اثر حافظه" ندارند. بنابراین بهتر است قبل از فرا رسیدن لحظه تخلیه کامل آنها را شارژ کنید.

برخی از تولید کنندگان عمر باتری های خود را با تعداد چرخه های شارژ از صفر اندازه گیری می کنند.

محصولات با کیفیت می توانند تا 600 چرخه را تحمل کنند. هنگام شارژ باتری با 10-20٪ باقی مانده، تعداد چرخه ها به 1700 افزایش می یابد.

قانون 2. ترخیص کامل باید هر سه ماه یک بار انجام شود.

با شارژ ناپایدار و نامنظم، میانگین حداکثر و حداقل سطح شارژ در کنترلر ذکر شده قبلی از بین می رود.

این منجر به دریافت اطلاعات نادرست در مورد میزان شارژ دستگاه می شود.

ترشحات پیشگیرانه به جلوگیری از این امر کمک می کند. با تخلیه کامل باتری، حداقل مقدار شارژ در مدار کنترل (کنترل کننده) به صفر می رسد.

پس از این، باید باتری را تا حد ظرفیت شارژ کنید و آن را به مدت هشت تا دوازده ساعت به شبکه متصل نگه دارید.

این حداکثر مقدار را به روز می کند. پس از چنین چرخه ای، عملکرد باتری پایدارتر خواهد بود.

قانون 3: باتری استفاده نشده باید با مقدار کمی شارژ ذخیره شود.

قبل از ذخیره سازی، بهتر است باتری را 30 تا 50 درصد شارژ کنید و آن را در دمای 15 درجه سانتیگراد نگهداری کنید. در چنین شرایطی، باتری را می توان برای مدت طولانی بدون آسیب زیاد نگهداری کرد.

یک باتری کاملا شارژ شده بخش قابل توجهی از ظرفیت خود را در طول ذخیره سازی از دست می دهد.

و آنهایی که کاملاً تخلیه شده اند پس از ذخیره طولانی مدت فقط باید برای بازیافت ارسال شوند.

قانون 4. شارژ باید فقط با دستگاه های اصلی انجام شود

قابل توجه است که خود شارژر در طراحی دستگاه تلفن همراه (و غیره) تعبیه شده است.

در این حالت آداپتور خارجی به عنوان یکسو کننده و تثبیت کننده ولتاژ عمل می کند.

دوربین ها به چنین وسیله ای مجهز نیستند. به همین دلیل است که باتری‌های آن‌ها باید برداشته شده و به صورت خارجی شارژ شوند.

استفاده از "شارژ" شخص ثالث می تواند بر وضعیت آنها تأثیر منفی بگذارد.

قانون 5. گرمای بیش از حد برای باتری های Li-Ion مضر است

دمای بالا تاثیر بسیار منفی بر طراحی باتری ها دارد. موارد پایین نیز مخرب هستند، اما به میزان بسیار کمتر.

هنگام استفاده از باتری های لیتیوم یونی باید به این نکته توجه داشت.

باتری باید از نور مستقیم خورشید محافظت شود و در فاصله ای از منابع گرما استفاده شود.

محدوده دمایی مجاز بین -40 درجه سانتیگراد و +50 درجه سانتیگراد است.

قانون 6. شارژ باتری ها با استفاده از "قورباغه"

استفاده از شارژرهای تایید نشده ایمن نیست. به طور خاص، "قورباغه های" معمولی ساخت چین اغلب در هنگام شارژ مشتعل می شوند.

قبل از استفاده از چنین شارژر جهانی، باید حداکثر مقادیر مجاز نشان داده شده روی بسته بندی را بررسی کنید.

پس باید به حداکثر ظرفیت توجه شود.

اگر محدودیت کمتر از ظرفیت باتری باشد، در بهترین حالت شارژ کامل نخواهد شد.

هنگامی که باتری متصل است، نشانگر مربوطه روی بدنه قورباغه باید روشن شود.

اگر این اتفاق نیفتد، به این معنی است که شارژ بسیار کم است یا باتری معیوب است.

هنگامی که شارژر به شبکه متصل است، نشانگر اتصال باید روشن شود.

دیود دیگری وظیفه دستیابی به حداکثر شارژ را بر عهده دارد که در شرایط مناسب فعال می شود.

نحوه شارژ و نگهداری باتری لیتیوم یون: 6 قانون ساده

عملکرد، شارژ، مزایا و معایب باتری های لیتیومی

امروزه بسیاری از مردم از وسایل الکترونیکی در زندگی روزمره خود استفاده می کنند. تلفن های همراه، تبلت، لپ تاپ... همه می دانند که چه هستند. اما تعداد کمی از مردم می دانند که عنصر کلیدی این دستگاه ها باتری لیتیومی است. تقریباً هر دستگاه تلفن همراه به این نوع باتری مجهز است. امروز در مورد باتری های لیتیومی صحبت خواهیم کرد. این باتری ها و فناوری تولید آنها به طور مداوم در حال پیشرفت است. هر 1 تا 2 سال یکبار به روز رسانی های قابل توجه فناوری رخ می دهد. ما به اصل کلی عملکرد باتری های لیتیومی نگاه خواهیم کرد و مواد جداگانه ای به انواع آن اختصاص داده خواهد شد. در زیر به تاریخچه، عملکرد، ذخیره سازی، مزایا و معایب باتری های لیتیومی خواهیم پرداخت.

تحقیقات در این راستا در آغاز قرن بیستم انجام شد. "اولین پرستوها" در خانواده باتری های لیتیومی در اوایل دهه هفتاد قرن گذشته ظاهر شدند. آند این باتری ها از لیتیوم ساخته شده بود. آنها به دلیل انرژی ویژه بالا به سرعت مورد تقاضا قرار گرفتند. به لطف وجود لیتیوم، یک عامل کاهنده بسیار فعال، توسعه دهندگان توانستند ولتاژ اسمی و انرژی ویژه عنصر را تا حد زیادی افزایش دهند. توسعه، آزمایش بعدی و تنظیم دقیق فناوری حدود دو دهه طول کشید.

در این مدت، مسائل مربوط به ایمنی استفاده از باتری‌های لیتیومی، انتخاب مواد و غیره به طور عمده حل شد. سلول‌های لیتیوم ثانویه با الکترولیت‌های آپروتیک و تنوع با کاتد جامد در فرآیندهای الکتروشیمیایی که در آنها اتفاق می‌افتد مشابه هستند. به طور خاص، انحلال آندی لیتیوم در الکترود منفی رخ می دهد. لیتیوم به شبکه کریستالی الکترود مثبت وارد می شود. هنگامی که سلول باتری شارژ می شود، فرآیندهای روی الکترودها در جهت مخالف انجام می شود.

مواد برای الکترود مثبت نسبتاً سریع ساخته شدند. نیاز اصلی آنها این بود که تحت فرآیندهای برگشت پذیر قرار گیرند.

ما در مورد استخراج آندی و معرفی کاتدی صحبت می کنیم. به این فرآیندها بینابینی آندی و بینابینی کاتدی نیز می گویند. محققان مواد مختلفی را به عنوان کاتد آزمایش کردند.

شرط این بود که در طول دوچرخه سواری هیچ تغییری ایجاد نشود. به طور خاص، مواد زیر مورد مطالعه قرار گرفت:

• TiS2 (دی سولفید تیتانیوم)؛
• Nb(Se)n (نیوبیم سلنید)؛
• سولفیدهای وانادیم و دیزلنیدها؛
• سولفیدهای مس و آهن

تمام مواد ذکر شده دارای ساختار لایه ای هستند. تحقیقات همچنین با موادی با ترکیبات پیچیده تر انجام شد. برای این منظور از افزودنی های فلزات خاص در مقادیر کم استفاده شد. اینها عناصری با کاتیونهای شعاع بزرگتر از Li بودند.

ویژگی های کاتد ویژه بالا با استفاده از اکسیدهای فلزی به دست آمد. اکسیدهای مختلف برای عملکرد برگشت پذیر مورد آزمایش قرار گرفتند، که بستگی به درجه اعوجاج شبکه کریستالی ماده اکسید زمانی که کاتیون های لیتیوم در آنجا معرفی می شوند، دارد. رسانایی الکترونیکی کاتد نیز در نظر گرفته شد. هدف این بود که اطمینان حاصل شود که حجم کاتد بیش از 20 درصد تغییر نمی کند.بر اساس تحقیقات، اکسیدهای وانادیوم و مولیبدن بهترین نتایج را نشان دادند.

آند مشکل اصلی در ایجاد باتری های لیتیومی بود. به طور دقیق تر، در طول فرآیند شارژ، زمانی که رسوب کاتدی لی رخ می دهد. این یک سطح با فعالیت بسیار بالا ایجاد می کند. لیتیوم به صورت دندریت بر روی سطح کاتد رسوب می کند و در نتیجه یک لایه غیرفعال تشکیل می شود.

به نظر می رسد که این فیلم ذرات لیتیوم را در بر گرفته و از تماس آنها با پایه جلوگیری می کند. این فرآیند کپسوله سازی نامیده می شود و نتیجه آن این است که پس از شارژ باتری، قسمت خاصی از لیتیوم از فرآیندهای الکتروشیمیایی حذف می شود.

در نتیجه، پس از تعداد مشخصی چرخه، الکترودها فرسوده شدند و پایداری دمایی فرآیندهای داخل باتری لیتیومی مختل شد.

در نقطه ای، عنصر تا نقطه ذوب لی گرم شد و واکنش وارد فاز کنترل نشده ای شد. بنابراین، در اوایل دهه 90، بسیاری از باتری های لیتیومی به شرکت های شرکت های درگیر در تولید آنها بازگردانده شدند. اینها یکی از اولین باتری هایی بودند که در تلفن های همراه استفاده شد. در لحظه مکالمه (جریان به حداکثر مقدار خود می رسد) با تلفن، شعله ای از این باتری ها فوران کرد. موارد زیادی بوده است که صورت کاربر سوخته است. تشکیل دندریت در حین رسوب لیتیوم، علاوه بر خطر آتش سوزی و انفجار، می تواند منجر به اتصال کوتاه شود.

بنابراین، محققان زمان و تلاش زیادی را صرف توسعه یک روش تصفیه سطح کاتدی کرده‌اند. روش هایی برای وارد کردن مواد افزودنی به الکترولیت که از تشکیل دندریت ها جلوگیری می کند، ابداع شده است. دانشمندان در این راستا پیشرفت هایی داشته اند، اما مشکل هنوز به طور کامل حل نشده است. آنها سعی کردند این مشکلات را با استفاده از فلز لیتیوم با استفاده از روش دیگری حل کنند.

بنابراین، الکترود منفی از آلیاژهای لیتیوم ساخته شد و نه از لی خالص. موفق ترین آلیاژ لیتیوم و آلومینیوم بود. هنگامی که فرآیند تخلیه اتفاق می افتد، لیتیوم از چنین آلیاژی از الکترود خارج می شود و برعکس در طول شارژ. یعنی در طول چرخه شارژ- تخلیه، غلظت Li در آلیاژ تغییر می کند. البته مقداری از دست دادن فعالیت لیتیوم در آلیاژ نسبت به لیتیوم فلزی وجود داشت.

پتانسیل الکترود آلیاژی حدود 0.2-0.4 ولت کاهش یافت. ولتاژ کارکرد باتری لیتیومی کاهش یافته و در عین حال اندرکنش بین الکترولیت و آلیاژ کاهش یافته است. این یک عامل مثبت شد، زیرا تخلیه خود کاهش یافت. اما آلیاژ لیتیوم و آلومینیوم زیاد استفاده نمی شود. مشکل اینجا بود که حجم مخصوص این آلیاژ در طول دوچرخه سواری بسیار تغییر کرد. هنگامی که تخلیه عمیق رخ داد، الکترود شکننده شد و خرد شد. به دلیل کاهش ویژگی های خاص آلیاژ، تحقیقات در این راستا متوقف شد. سایر آلیاژها نیز مورد مطالعه قرار گرفتند.

تحقیقات نشان داده است که آلیاژ لی با فلزات سنگین بهترین انتخاب است. یک نمونه آلیاژ چوب است. آنها از نظر حفظ حجم خاص عملکرد خوبی داشتند، اما ویژگی های خاص برای استفاده در باتری های لیتیومی کافی نبود.

در نتیجه، از آنجایی که فلز لیتیوم ناپایدار است، تحقیقات به سمت دیگری رفت. تصمیم گرفته شد که لیتیوم خالص از اجزای باتری حذف شود و از یون های آن استفاده شود. اینگونه بود که باتری های لیتیوم یون (Li-Ion) ظاهر شدند.

چگالی انرژی باتری های لیتیوم یونی کمتر از باتری های لیتیومی است. اما ایمنی و سهولت استفاده از آنها بسیار بالاتر است. در لینک داده شده می توانید در مورد آن بیشتر بخوانید.

عمر عملیات و خدمات

بهره برداری

قوانین عملکرد با استفاده از مثال باتری های لیتیومی معمولی که در دستگاه های تلفن همراه (تلفن، تبلت، لپ تاپ) استفاده می شوند، مورد بحث قرار خواهند گرفت. در بیشتر موارد، چنین باتری هایی توسط کنترل کننده داخلی از "احمق" محافظت می شوند. اما دانستن نکات اساسی در مورد طراحی، پارامترها و عملکرد باتری های لیتیومی برای کاربر مفید است.

ابتدا به یاد داشته باشید که باتری لیتیومی باید ولتاژ 2.7 تا 4.2 ولت داشته باشد. مقدار پایین در اینجا حداقل سطح شارژ را نشان می دهد و مقدار بالا نشان دهنده حداکثر است. در باتری های لیتیوم مدرن، الکترودها از گرافیت ساخته شده اند و در مورد آنها حد ولتاژ پایین 3 ولت است (2.7 مقدار الکترودهای کک است). انرژی الکتریکی که باتری با کاهش ولتاژ از حد بالا به حد پایین می دهد ظرفیت آن نامیده می شود.

برای افزایش طول عمر باتری های لیتیومی، سازندگان محدوده ولتاژ را کمی محدود می کنند. اغلب این ولتاژ 3.3-4.1 ولت است. همانطور که تمرین نشان می دهد، حداکثر عمر باتری های لیتیومی در سطح شارژ 45 درصد به دست می آید. اگر باتری بیش از حد شارژ یا تخلیه شود، عمر مفید آن کاهش می یابد. معمولاً توصیه می شود باتری لیتیومی را با 15 تا 20 درصد شارژ شارژ کنید. و باید بلافاصله پس از رسیدن به ظرفیت 100 درصد، شارژ را متوقف کنید.

اما همانطور که قبلا ذکر شد، کنترلر باتری را از شارژ بیش از حد و تخلیه عمیق نجات می دهد. این برد کنترل با ریز مدار تقریباً در تمام باتری های لیتیومی یافت می شود. در وسایل الکترونیکی مصرفی مختلف (تبلت، تلفن هوشمند، لپ تاپ)، عملکرد کنترلر ادغام شده در باتری نیز توسط یک ریزمدار که بر روی برد خود دستگاه لحیم شده است تکمیل می شود.

به طور کلی عملکرد صحیح باتری های لیتیومی توسط کنترلر آنها تضمین می شود. کاربر اساساً موظف است درگیر این روند نشود و در فعالیت های آماتور شرکت نکند.

طول عمر

طول عمر باتری های لیتیومی حدود 500 سیکل شارژ-دشارژ است. این مقدار برای اکثر باتری های لیتیوم یونی و لیتیوم پلیمری مدرن صادق است. عمر سرویس ممکن است در طول زمان متفاوت باشد. این بستگی به شدت استفاده از دستگاه تلفن همراه دارد. با استفاده مداوم و بارگیری با برنامه های پرمصرف (فیلم، بازی)، باتری ممکن است ظرف یک سال محدودیت خود را تمام کند. اما به طور متوسط ​​عمر باتری های لیتیومی 3-4 سال است.

فرآیند شارژ

شایان ذکر است فوراً برای عملکرد عادی باتری، باید از شارژر استاندارد ارائه شده به همراه گجت استفاده کنید. در بیشتر موارد این منبع 5 ولت DC است. شارژرهای استاندارد برای تلفن یا تبلت معمولا جریانی در حدود 0.5─1 * C ارائه می کنند (C ظرفیت اسمی باتری است).
حالت استاندارد شارژ باتری لیتیومی به شرح زیر است. این حالت در کنترلرهای سونی استفاده می شود و حداکثر شارژ را تضمین می کند. شکل زیر این فرآیند را به صورت گرافیکی نشان می دهد.

فرآیند شامل سه مرحله است:

• مدت مرحله اول حدود یک ساعت است. در این حالت، جریان شارژ تا زمانی که ولتاژ باتری به 4.2 ولت برسد، در یک سطح ثابت نگه داشته می شود. در پایان، درجه شارژ 70٪ است.
• مرحله دوم نیز حدود یک ساعت طول می کشد. در این زمان، کنترل کننده ولتاژ 4.2 ولت را ثابت نگه می دارد و جریان شارژ کاهش می یابد. هنگامی که جریان به حدود 0.2 * C کاهش یابد، مرحله نهایی شروع می شود. در پایان، درجه شارژ 90٪ است.
• در مرحله سوم، جریان در ولتاژ 4.2 ولت به طور مداوم کاهش می یابد. در اصل، این مرحله مرحله دوم را تکرار می کند، اما محدودیت زمانی دقیق 1 ساعت دارد. پس از این، کنترلر باتری را از شارژر جدا می کند. در پایان، وضعیت شارژ 100٪ است.

کنترل کننده هایی که قادر به ارائه چنین مرحله بندی هستند بسیار گران هستند. این در هزینه باتری منعکس شده است. به منظور کاهش هزینه ها، بسیاری از تولید کنندگان کنترل کننده هایی با سیستم شارژ ساده در باتری ها نصب می کنند. اغلب این تنها مرحله اول است. هنگامی که ولتاژ به 4.2 ولت می رسد، شارژ قطع می شود. اما در این حالت باتری لیتیومی تنها تا 70 درصد ظرفیت خود شارژ می شود. اگر باتری لیتیومی دستگاه شما 3 ساعت یا کمتر طول می کشد تا شارژ شود، به احتمال زیاد دارای یک کنترلر ساده است.

چند نکته دیگر قابل توجه است. به طور دوره ای (هر 2-3 ماه) باتری را کاملاً تخلیه کنید (به طوری که تلفن خاموش شود). سپس به طور کامل تا 100 درصد شارژ می شود. پس از این کار، باتری را به مدت 1-2 دقیقه خارج کرده، گوشی را وارد کرده و روشن کنید. سطح شارژ کمتر از 100٪ خواهد بود. کاملاً شارژ کنید و این کار را چندین بار انجام دهید تا زمانی که باتری را وارد می‌کنید شارژ کامل نشان داده شود.

به یاد داشته باشید که شارژ از طریق کانکتور USB لپ تاپ، رومیزی یا آداپتور فندکی در خودرو بسیار کندتر از شارژر استاندارد است. این به دلیل محدودیت فعلی رابط USB از 500 میلی آمپر است.

همچنین به یاد داشته باشید که در سرما و در فشار اتمسفر پایین، باتری های لیتیومی مقداری از ظرفیت خود را از دست می دهند. در دمای زیر صفر، این نوع باتری غیر قابل کار می شود.

تلفن های همراه، لپ تاپ ها و تبلت های مدرن از باتری های لیتیوم یونی استفاده می کنند. آنها به تدریج باتری های قلیایی را از بازار لوازم الکترونیکی قابل حمل جایگزین کردند. پیش از این، همه این دستگاه ها از باتری های نیکل-کادمیم و نیکل-فلز هیدرید استفاده می کردند. اما روزهای آنها به پایان رسیده است، زیرا باتری های Li─Ion ویژگی های بهتری دارند. درست است، آنها نمی توانند از همه جهات جایگزین قلیایی ها شوند. به عنوان مثال، جریان هایی که باتری های نیکل-کادمیم می توانند تولید کنند برای آنها غیرقابل دسترسی است. این برای تامین انرژی گوشی های هوشمند و تبلت ها حیاتی نیست. با این حال، در زمینه ابزارهای برقی قابل حمل که جریان زیادی را می کشند، باتری های قلیایی هنوز راهگشا هستند. با این حال، کار بر روی ساخت باتری هایی با جریان تخلیه بالا بدون کادمیوم ادامه دارد. امروز ما در مورد باتری های لیتیوم یون، طراحی، عملکرد و چشم انداز توسعه آنها صحبت خواهیم کرد.

اولین سلول های باتری با آند لیتیوم در دهه هفتاد قرن گذشته منتشر شد. آنها از شدت انرژی ویژه بالایی برخوردار بودند که بلافاصله آنها را مورد تقاضا قرار داد. کارشناسان مدت‌هاست که به دنبال ایجاد منبعی بر اساس یک فلز قلیایی هستند که فعالیت بالایی دارد. به لطف این، ولتاژ بالای این نوع باتری و چگالی انرژی به دست آمد. در همان زمان، توسعه طراحی چنین عناصری بسیار سریع تکمیل شد، اما استفاده عملی از آنها مشکلاتی را ایجاد کرد. فقط در دهه 90 قرن گذشته با آنها برخورد شد.

در طول این 20 سال، محققان به این نتیجه رسیده اند که مشکل اصلی الکترود لیتیوم است. این فلز بسیار فعال است و در حین کار تعدادی فرآیند اتفاق افتاد که در نهایت منجر به احتراق شد. این تهویه مولد شعله نامیده شد. به همین دلیل، در اوایل دهه 90، سازندگان مجبور شدند باتری های تولید شده برای تلفن های همراه را به یاد بیاورند.

این اتفاق پس از یک سری تصادفات رخ داد. در زمان گفتگو، جریان مصرفی باتری به حداکثر خود رسید و تهویه با انتشار شعله آغاز شد. در نتیجه موارد زیادی از سوختگی صورت کاربران مشاهده شده است. بنابراین، دانشمندان مجبور شدند طراحی باتری‌های لیتیوم یون را اصلاح کنند.

فلز لیتیوم بسیار ناپایدار است، به خصوص هنگام شارژ و تخلیه. بنابراین، محققان شروع به ساخت یک باتری از نوع لیتیوم بدون استفاده از لیتیوم کردند. یون های این فلز قلیایی شروع به استفاده کردند. نام آنها از اینجا آمده است.

باتری های لیتیوم یونی چگالی انرژی کمتری نسبت به . اما در صورت رعایت استانداردهای شارژ و دشارژ ایمن هستند.

واکنش هایی که در باتری لیتیوم یونی رخ می دهد

یک پیشرفت در جهت معرفی باتری های لیتیوم یون به لوازم الکترونیکی مصرفی، توسعه باتری هایی بود که در آن الکترود منفی از مواد کربنی ساخته شده بود. شبکه کریستال کربن به عنوان یک ماتریس برای درهم‌سازی یون‌های لیتیوم بسیار مناسب بود. برای افزایش ولتاژ باتری، الکترود مثبت از اکسید کبالت ساخته شد. پتانسیل اکسید کبالت روشن تقریباً 4 ولت است.

ولتاژ کار اکثر باتری های لیتیوم یون 3 ولت یا بیشتر است. در طی فرآیند تخلیه روی الکترود منفی، لیتیوم از کربن جدا شده و به اکسید کبالت الکترود مثبت تبدیل می‌شود. در طول فرآیند شارژ، فرآیندها به صورت معکوس انجام می شود. به نظر می رسد که هیچ لیتیوم فلزی در سیستم وجود ندارد، اما یون های آن کار می کنند و از یک الکترود به الکترود دیگر حرکت می کنند و جریان الکتریکی ایجاد می کنند.

واکنش های روی الکترود منفی

تمام مدل های تجاری مدرن باتری های لیتیوم یون دارای یک الکترود منفی ساخته شده از مواد حاوی کربن هستند. فرآیند پیچیده ترکیب لیتیوم به کربن تا حد زیادی به ماهیت این ماده و همچنین ماده الکترولیت بستگی دارد. ماتریس کربن در آند دارای ساختار لایه ای است. ساختار را می توان سفارشی (گرافیت طبیعی یا مصنوعی) یا به طور جزئی (کک، دوده و غیره) سفارش داد.

در طول میان‌سازی، یون‌های لیتیوم لایه‌های کربن را از هم جدا می‌کنند و خود را بین آن‌ها قرار می‌دهند. بینابینی های مختلفی به دست می آید. در حین میان‌اندازی و بینابینی، حجم ویژه ماتریس کربن به‌طور ناچیز تغییر می‌کند. علاوه بر مواد کربنی، می توان از نقره، قلع و آلیاژهای آنها در الکترود منفی استفاده کرد. آنها همچنین سعی دارند از مواد کامپوزیتی با سیلیکون، سولفید قلع، ترکیبات کبالت و ... استفاده کنند.

واکنش های روی الکترود مثبت

سلول های لیتیوم اولیه (باتری ها) اغلب از مواد مختلفی برای ساخت الکترود مثبت استفاده می کنند. این کار را نمی توان در باتری انجام داد و انتخاب مواد محدود است. بنابراین، الکترود مثبت باتری لیتیوم یونی از نیکل لیتیه یا اکسید کبالت ساخته شده است. اسپینل لیتیوم منگنز نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

تحقیقات در حال حاضر روی مواد فسفات مخلوط یا اکسید مخلوط برای کاتد در حال انجام است.همانطور که کارشناسان ثابت کرده اند، چنین موادی ویژگی های الکتریکی باتری های لیتیوم یون را بهبود می بخشد. روش هایی برای اعمال اکسیدها به سطح کاتد نیز در حال توسعه است.

واکنش هایی که در باتری لیتیوم یونی در حین شارژ اتفاق می افتد را می توان با معادلات زیر توصیف کرد:

الکترود مثبت

LiCoO 2 → Li 1-x CoO 2 + xLi + + xe -

الکترود منفی

С + xLi + + xe — → CLi x

در طول فرآیند تخلیه، واکنش ها در جهت مخالف انجام می شود.

شکل زیر به صورت شماتیک فرآیندهایی را نشان می دهد که در باتری لیتیوم یونی در حین شارژ و دشارژ اتفاق می افتد.

طراحی باتری لیتیوم یون

باتری های Li─Ion با توجه به طراحی خود در طرح های استوانه ای و منشوری ساخته می شوند.طرح استوانه‌ای نشان دهنده یک رول الکترود با مواد جداکننده برای جدا کردن الکترودها است. این رول در محفظه ای از آلومینیوم یا فولاد قرار می گیرد. الکترود منفی به آن متصل است.

کنتاکت مثبت به شکل یک پد تماس در انتهای باتری خروجی می شود.

باتری های لیتیوم یونی با طراحی منشوری با چیدن صفحات مستطیلی شکل روی هم ساخته می شوند. چنین باتری هایی باعث می شود بسته بندی متراکم تر شود. مشکل در حفظ نیروی فشاری روی الکترودها است. باتری‌های منشوری با مجموعه‌ای از الکترودها وجود دارد که به صورت مارپیچی پیچیده شده‌اند.

طراحی هر باتری لیتیوم یونی شامل اقداماتی برای اطمینان از عملکرد ایمن آن است. این در درجه اول به جلوگیری از گرم شدن و احتراق مربوط می شود. مکانیزمی در زیر پوشش باتری تعبیه شده است که با افزایش ضریب دما مقاومت باتری را افزایش می دهد. هنگامی که فشار داخل باتری بیش از حد مجاز افزایش می یابد، مکانیسم ترمینال مثبت و کاتد را می شکند.

علاوه بر این، برای افزایش ایمنی عملیات، باتری های Li-Ion باید از برد الکترونیکی استفاده کنند. هدف آن کنترل فرآیندهای شارژ و دشارژ، جلوگیری از گرمای بیش از حد و اتصال کوتاه است.

در حال حاضر تعداد زیادی باتری لیتیوم یون منشوری در حال تولید هستند. آنها در گوشی های هوشمند و تبلت ها کاربرد پیدا می کنند. طراحی باتری های منشوری اغلب می تواند بین تولید کنندگان مختلف متفاوت باشد، زیرا آنها یکپارچه واحد ندارند. الکترودهایی با قطبیت مخالف توسط یک جداکننده از هم جدا می شوند. برای تولید آن از پلی پروپیلن متخلخل استفاده می شود.

طراحی باتری های Li-Ion و دیگر انواع باتری های لیتیومی همیشه مهر و موم شده است. این یک الزام اجباری است، زیرا نشت الکترولیت مجاز نیست. اگر نشتی داشته باشد، الکترونیک آسیب می بیند. علاوه بر این، طراحی مهر و موم شده از ورود آب و اکسیژن به باتری جلوگیری می کند. اگر داخل شوند، باتری را در نتیجه واکنش با الکترولیت و الکترودها از بین می برند. تولید قطعات برای باتری های لیتیومی و مونتاژ آنها در جعبه های خشک مخصوص در فضای آرگون صورت می گیرد. در این مورد از تکنیک های پیچیده جوشکاری، آب بندی و ... استفاده می شود.

در مورد مقدار جرم فعال باتری لیتیوم یونی، سازندگان همیشه به دنبال مصالحه هستند. آنها نیاز به دستیابی به حداکثر ظرفیت و اطمینان از عملکرد ایمن دارند. رابطه زیر مبنا قرار می گیرد:

A o / A p = 1.1، که در آن

A o - جرم فعال الکترود منفی؛

و n جرم فعال الکترود مثبت است.

این تعادل از تشکیل لیتیوم (فلز خالص) جلوگیری می کند و از آتش سوزی جلوگیری می کند.

پارامترهای باتری های لیتیوم یونی

باتری های لیتیوم یونی که امروزه تولید می شوند دارای ظرفیت انرژی ویژه و ولتاژ کاری بالایی هستند. ولتاژ دومی در بیشتر موارد بین 3.5 تا 3.7 ولت است. شدت انرژی بین 100 تا 180 وات ساعت بر کیلوگرم یا 250 تا 400 وات بر لیتر است. مدتی پیش، سازندگان نمی توانستند باتری هایی با ظرفیت بالاتر از چندین آمپر ساعت تولید کنند. اکنون مشکلات بازدارنده توسعه در این مسیر برطرف شده است. بنابراین، باتری های لیتیومی با ظرفیت چند صد آمپر ساعت شروع به فروش کردند.

جریان تخلیه باتری های لیتیوم یونی مدرن بین 2 تا 20 درجه سانتی گراد است. آنها در محدوده دمای محیط از -20 تا +60 درجه سانتیگراد کار می کنند. مدل هایی وجود دارند که در دمای -40 درجه سانتیگراد کار می کنند. اما ارزش این را دارد که فوراً بگوییم که سری باتری های ویژه در دمای زیر صفر کار می کنند. باتری‌های لیتیوم یون معمولی برای تلفن‌های همراه در دمای زیر صفر غیرقابل کار می‌شوند.

میزان خود تخلیه این نوع باتری در ماه اول 4-6 درصد است. سپس کاهش می یابد و به درصدی در سال می رسد. این به طور قابل توجهی کمتر از باتری های نیکل کادمیوم و نیکل هیدرید فلز است. عمر سرویس تقریباً 400-500 سیکل شارژ-دشارژ است.

حالا بیایید در مورد ویژگی های عملکرد باتری های لیتیوم یون صحبت کنیم.

عملکرد باتری های لیتیوم یونی

شارژ باتری های Li─Ion

شارژ باتری های لیتیوم یون معمولاً ترکیبی است. ابتدا آنها با جریان ثابت 0.2-1C شارژ می شوند تا زمانی که به ولتاژ 4.1-4.2 ولت برسند. و سپس شارژ با ولتاژ ثابت انجام می شود. مرحله اول حدود یک ساعت و مرحله دوم حدود دو ساعت طول می کشد. برای شارژ سریعتر باتری، از حالت پالس استفاده می شود. در ابتدا باتری های Li-Ion با گرافیت تولید شد و حد ولتاژ 4.1 ولت در هر سلول برای آنها تعیین شد. واقعیت این است که در یک ولتاژ بالاتر در عنصر، واکنش های جانبی شروع شد و عمر این باتری ها را کوتاه کرد.

به تدریج با دوپینگ گرافیت با افزودنی های مختلف این معایب برطرف شد. سلول های لیتیوم یون مدرن تا 4.2 ولت بدون هیچ مشکلی شارژ می شوند.خطا 0.05 ولت در هر عنصر است. گروه‌هایی از باتری‌های Li─Ion برای بخش‌های نظامی و صنعتی وجود دارد که در آن‌ها به افزایش قابلیت اطمینان و عمر طولانی نیاز است. برای چنین باتری هایی، حداکثر ولتاژ در هر سلول 3.90 ولت است. آنها چگالی انرژی کمی کمتر دارند، اما عمر مفید بیشتری دارند.

اگر باتری لیتیوم یونی را با جریان 1C شارژ کنید، زمان به دست آوردن کامل ظرفیت 2-3 ساعت خواهد بود. هنگامی که ولتاژ به حداکثر افزایش یابد و جریان به 3 درصد مقدار در ابتدای فرآیند شارژ کاهش یابد، باتری کاملاً شارژ در نظر گرفته می شود. این را می توان در نمودار زیر مشاهده کرد.

نمودار زیر مراحل شارژ باتری Li─Ion را نشان می دهد.

فرآیند شارژ شامل مراحل زیر است:

• مرحله 1. در این مرحله حداکثر جریان شارژ از باتری عبور می کند. تا رسیدن به ولتاژ آستانه ادامه می یابد.
• مرحله 2. در یک ولتاژ ثابت روی باتری، جریان شارژ به تدریج کاهش می یابد. این مرحله زمانی متوقف می شود که جریان به 3 درصد مقدار اولیه کاهش یابد.
• مرحله 3. اگر باتری ذخیره شده باشد، در این مرحله یک شارژ دوره ای برای جبران خود تخلیه وجود دارد. این تقریباً هر 500 ساعت انجام می شود.
  از روی تمرین مشخص است که افزایش جریان شارژ باعث کاهش زمان شارژ باتری نمی شود. با افزایش جریان، ولتاژ سریعتر به مقدار آستانه افزایش می یابد. اما مرحله دوم شارژ بیشتر طول می کشد. برخی از شارژرها (شارژرها) می توانند یک باتری Li─Ion را در یک ساعت شارژ کنند. در چنین شارژرهایی مرحله دوم وجود ندارد، اما در واقع باتری در این نقطه حدود 70 درصد شارژ می شود.

در مورد شارژ جت، برای باتری های لیتیوم یونی قابل استفاده نیست. این با این واقعیت توضیح داده می شود که این نوع باتری نمی تواند انرژی اضافی را هنگام شارژ مجدد جذب کند. شارژ جت می تواند منجر به انتقال برخی از یون های لیتیوم به حالت فلزی شود (ظرفیت 0).

شارژ کوتاه به خوبی تخلیه خود و از دست دادن انرژی الکتریکی را جبران می کند. شارژ در مرحله سوم هر 500 ساعت یکبار قابل انجام است. به عنوان یک قاعده، زمانی انجام می شود که ولتاژ باتری در یک عنصر به 4.05 ولت کاهش یابد. شارژ تا زمانی که ولتاژ به 4.2 ولت افزایش یابد انجام می شود.

شایان ذکر است مقاومت ضعیف باتری های لیتیوم یونی در برابر شارژ بیش از حد است. در نتیجه تامین بار اضافی روی ماتریس کربن (الکترود منفی)، رسوب لیتیوم فلزی ممکن است آغاز شود. فعالیت شیمیایی بسیار بالایی دارد و با الکترولیت تعامل دارد. در نتیجه آزاد شدن اکسیژن از کاتد شروع می شود که افزایش فشار در محفظه و کاهش فشار را تهدید می کند. بنابراین، اگر یک عنصر Li─Ion را با دور زدن کنترلر شارژ می کنید، اجازه ندهید ولتاژ شارژ بیش از آنچه سازنده باتری توصیه می کند افزایش یابد. اگر به طور مداوم باتری را شارژ کنید، عمر مفید آن کاهش می یابد.

سازندگان توجه جدی به ایمنی باتری های Li-Ion دارند. هنگامی که ولتاژ بالاتر از حد مجاز افزایش یابد، شارژ متوقف می شود. همچنین مکانیزمی برای خاموش کردن شارژ در زمانی که دمای باتری به بالای 90 درجه سانتیگراد می رسد تعبیه شده است. برخی از مدل های باتری مدرن دارای یک سوئیچ مکانیکی در طراحی خود هستند. هنگامی که فشار داخل محفظه باتری افزایش می یابد، فعال می شود. مکانیزم کنترل ولتاژ برد الکترونیکی قوطی را بر اساس حداقل و حداکثر ولتاژ از دنیای خارج جدا می کند.

باتری های لیتیوم یونی بدون محافظ وجود دارد. اینها مدلهای حاوی منگنز هستند. در صورت شارژ مجدد، این عنصر به مهار متالیزاسیون لیتیوم و آزادسازی اکسیژن کمک می کند. بنابراین دیگر نیازی به حفاظت در چنین باتری هایی نیست.

ویژگی های ذخیره سازی و دشارژ باتری های لیتیوم یونی

باتری‌های لیتیومی کاملاً خوب ذخیره می‌شوند و خود تخلیه در سال بسته به شرایط ذخیره‌سازی تنها 10-20 درصد است. اما در عین حال، تخریب سلول های باتری حتی در صورت عدم استفاده ادامه می یابد. به طور کلی، تمام پارامترهای الکتریکی یک باتری لیتیوم یونی ممکن است برای هر نمونه خاص متفاوت باشد.

به عنوان مثال، ولتاژ در حین دشارژ بسته به درجه شارژ، جریان، دمای محیط و غیره تغییر می کند. طول عمر باتری تحت تأثیر جریان ها و حالت های چرخه دشارژ-شارژ و دما است. یکی از معایب اصلی باتری های لیتیوم یونی حساسیت آنها به حالت شارژ-دشارژ است، به همین دلیل است که انواع مختلفی از محافظت را ارائه می دهند.

نمودارهای زیر مشخصات تخلیه باتری های لیتیوم یون را نشان می دهد. آنها وابستگی ولتاژ به جریان تخلیه و دمای محیط را بررسی می کنند.

همانطور که می بینید، با افزایش جریان تخلیه، افت ظرفیت ناچیز است. اما در عین حال، ولتاژ کار به طور محسوسی کاهش می یابد. تصویر مشابهی در دمای کمتر از 10 درجه سانتیگراد مشاهده می شود. همچنین شایان ذکر است افت اولیه ولتاژ باتری.

علاقه روزافزون مصرف کنندگان به گجت های موبایل و به طور کلی تجهیزات قابل حمل با تکنولوژی پیشرفته، تولیدکنندگان را مجبور می کند تا محصولات خود را در جهات مختلف بهبود بخشند. در عین حال، تعدادی پارامتر کلی وجود دارد که کار بر روی آنها در همان جهت انجام می شود. از جمله این موارد می توان به روش تامین انرژی اشاره کرد. همین چند سال پیش، فعالان فعال بازار می‌توانستند فرآیند جابجایی توسط عناصر پیشرفته‌تر با منشا نیکل-فلز هیدرید (NiMH) را مشاهده کنند. امروزه نسل های جدید باتری ها در حال رقابت با یکدیگر هستند. استفاده گسترده از فناوری لیتیوم یون در برخی بخش ها با موفقیت با باتری لیتیوم پلیمری جایگزین شده است. تفاوت یونی در واحد جدید برای کاربر معمولی چندان محسوس نیست، اما از برخی جنبه ها قابل توجه است. در عین حال، مانند رقابت بین عناصر NiCd و NiMH، فناوری جایگزینی بی عیب و نقص نیست و از برخی جهات نسبت به آنالوگ خود پایین تر است.

دستگاه باتری لیتیوم یونی

اولین مدل از باتری های سریالی مبتنی بر لیتیوم در اوایل دهه 1990 ظاهر شد. با این حال، کبالت و منگنز سپس به عنوان الکترولیت فعال استفاده شد. در موارد مدرن، این ماده مهم نیست، بلکه پیکربندی قرارگیری آن در بلوک است. چنین باتری هایی از الکترودهایی تشکیل شده اند که توسط یک جداکننده با منافذ از هم جدا می شوند. جرم جداکننده به نوبه خود با الکترولیت آغشته می شود. در مورد الکترودها، آنها با یک پایه کاتدی روی فویل آلومینیومی و یک آند مسی نشان داده می شوند. در داخل بلوک توسط پایانه های جمع کننده جریان به یکدیگر متصل می شوند. نگهداری شارژ توسط بار مثبت یون لیتیوم انجام می شود. این ماده از این جهت مفید است که توانایی نفوذ آسان به شبکه‌های کریستالی مواد دیگر را دارد و پیوندهای شیمیایی تشکیل می‌دهد. با این حال، ویژگی های مثبت چنین باتری هایی به طور فزاینده ای برای کارهای مدرن ناکافی است، که منجر به ظهور سلول های Li-pol، که دارای ویژگی های بسیاری است، شد. به طور کلی، شایان ذکر است که شباهت منابع تغذیه لیتیوم یون با باتری های هلیوم با اندازه کامل برای اتومبیل ها وجود دارد. در هر دو مورد، باتری ها به گونه ای طراحی شده اند که استفاده از آنها از نظر فیزیکی کاربردی باشد. تا حدی، این جهت توسعه توسط عناصر پلیمری ادامه یافت.

طراحی باتری لیتیوم پلیمری

انگیزه بهبود باتری های لیتیومی نیاز به مبارزه با دو نقص باتری های لیتیوم یون موجود بود. اولاً، استفاده از آنها ایمن نیست و ثانیاً بسیار گران هستند. فناوران تصمیم گرفتند با تغییر الکترولیت از شر این معایب خلاص شوند. در نتیجه، جداکننده متخلخل آغشته به الکترولیت پلیمری جایگزین شد. لازم به ذکر است که پلیمر قبلاً برای نیازهای الکتریکی به عنوان یک فیلم پلاستیکی که جریان را هدایت می کند استفاده می شده است. در یک باتری مدرن، ضخامت عنصر Li-pol به 1 میلی متر می رسد، که همچنین محدودیت های استفاده از اشکال و اندازه های مختلف را از توسعه دهندگان حذف می کند. اما نکته اصلی عدم وجود الکترولیت مایع است که خطر اشتعال را از بین می برد. اکنون ارزش نگاهی دقیق تر به تفاوت های سلول های لیتیوم یونی را دارد.

تفاوت اصلی با باتری یونی چیست؟

تفاوت اساسی در کنار گذاشتن هلیوم و الکترولیت های مایع است. برای درک کامل تر از این تفاوت، ارزش آن را دارد که به مدل های مدرن باتری خودرو مراجعه کنید. نیاز به جایگزینی الکترولیت مایع، دوباره، به دلیل منافع ایمنی بود. اما اگر در مورد باتری های خودرو پیشرفت در همان الکترولیت های متخلخل با اشباع متوقف شود، مدل های لیتیومی یک پایه جامد کامل دریافت کردند. چه چیزی در مورد باتری لیتیوم پلیمری حالت جامد خوب است؟ تفاوت آن با یونی این است که ماده فعال به شکل صفحه در ناحیه تماس با لیتیوم از تشکیل دندریت در حین چرخه جلوگیری می کند. این عامل امکان انفجار و آتش سوزی اینگونه باتری ها را از بین می برد. این فقط در مورد مزایا است، اما در باتری های جدید نقاط ضعفی نیز وجود دارد.

عمر باتری لیتیوم پلیمری

به طور متوسط، چنین باتری هایی می توانند حدود 800-900 چرخه شارژ را تحمل کنند. این شاخص در مقایسه با آنالوگ های مدرن متوسط ​​است، اما حتی این عامل را نمی توان به عنوان تعیین کننده منبع یک عنصر در نظر گرفت. واقعیت این است که چنین باتری هایی بدون در نظر گرفتن ماهیت استفاده در معرض پیری شدید قرار دارند. یعنی حتی اگر باتری اصلا استفاده نشود عمر آن کم می شود. فرقی نمی کند که باتری لیتیوم یونی باشد یا سلول لیتیوم پلیمری. تمام منابع تغذیه مبتنی بر لیتیوم با این فرآیند مشخص می شوند. کاهش قابل توجهی در حجم را می توان ظرف یک سال پس از خرید مشاهده کرد. پس از 2-3 سال، برخی از باتری ها به طور کامل از کار می افتند. اما خیلی به سازنده بستگی دارد، زیرا در داخل بخش نیز تفاوت هایی در کیفیت باتری وجود دارد. مشکلات مشابهی در مورد سلول های NiMH رخ می دهد که به دلیل نوسانات دمایی ناگهانی در معرض پیری قرار دارند.

ایرادات

علاوه بر مشکلات پیری سریع، چنین باتری هایی به یک سیستم حفاظتی اضافی نیاز دارند. این به این دلیل است که تنش داخلی در مناطق مختلف می تواند منجر به فرسودگی شغلی شود. بنابراین برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و شارژ بیش از حد از مدار تثبیت کننده خاصی استفاده می شود. همین سیستم دارای معایب دیگری نیز می باشد. اصلی ترین محدودیت فعلی است. اما، از سوی دیگر، مدارهای محافظ اضافی باتری لیتیوم پلیمری را ایمن تر می کند. از نظر هزینه نیز با یونی تفاوت دارد. باتری های پلیمری ارزان تر هستند، اما نه چندان. قیمت آنها نیز به دلیل ارائه مدارهای حفاظتی الکترونیکی افزایش می یابد.

ویژگی های عملیاتی تغییرات ژل مانند

به منظور افزایش رسانایی الکتریکی، تکنولوژیست ها هنوز یک الکترولیت ژل مانند به عناصر پلیمری اضافه می کنند. هیچ صحبتی در مورد انتقال کامل به چنین موادی وجود ندارد، زیرا این با مفهوم این فناوری در تضاد است. اما در فناوری قابل حمل، اغلب از باتری های هیبریدی استفاده می شود. ویژگی آنها حساسیت به دما است. سازندگان استفاده از این مدل های باتری را در شرایطی از 60 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد توصیه می کنند. این نیاز همچنین یک طاقچه خاص از کاربرد را تعیین کرد. مدل های ژل را فقط می توان در مکان هایی با آب و هوای گرم استفاده کرد، البته نیازی به غوطه ور شدن در یک محفظه عایق حرارتی نیست. با این وجود، این سوال که کدام باتری را انتخاب کنید - Li-pol یا Li-ion - در شرکت ها چندان مهم نیست. در جایی که دما تأثیر خاصی دارد، اغلب از محلول های ترکیبی استفاده می شود. در چنین مواردی معمولاً از عناصر پلیمری به عنوان عناصر ذخیره استفاده می شود.

روش شارژ بهینه

زمان معمول شارژ باتری های لیتیومی به طور متوسط ​​3 ساعت است و در طول فرآیند شارژ دستگاه سرد می ماند. پر کردن در دو مرحله انجام می شود. در ابتدا، ولتاژ به مقادیر اوج می رسد و این حالت تا رسیدن به 70٪ حفظ می شود. 30 درصد باقیمانده در شرایط استرس عادی به دست می آید. سوال جالب دیگر این است که چگونه یک باتری لیتیوم پلیمری را شارژ کنیم اگر به طور مداوم نیاز به حفظ ظرفیت کامل آن دارید؟ در این صورت باید برنامه شارژ را رعایت کنید. انجام این روش تقریباً هر 500 ساعت کار با تخلیه کامل توصیه می شود.

اقدامات پیشگیرانه

در حین کار، فقط باید از شارژری استفاده کنید که با ویژگی ها مطابقت داشته باشد و آن را به شبکه ای با ولتاژ پایدار متصل کنید. همچنین لازم است وضعیت کانکتورها را بررسی کنید تا باتری باز نشود. توجه به این نکته مهم است که با وجود درجه بالایی از ایمنی، این باتری هنوز یک نوع باتری حساس به اضافه بار است. سلول لیتیوم پلیمر جریان بیش از حد، خنک شدن بیش از حد محیط خارجی و شوک های مکانیکی را تحمل نمی کند. با این حال، با توجه به همه این شاخص ها، بلوک های پلیمری هنوز هم قابل اعتمادتر از لیتیوم-یون هستند. با این حال، جنبه اصلی ایمنی در بی ضرر بودن منابع تغذیه حالت جامد نهفته است - البته به شرطی که مهر و موم شوند.

کدام باتری بهتر است - Li-pol یا Li-ion؟

این موضوع تا حد زیادی توسط شرایط عملیاتی و تاسیسات تامین انرژی مورد نظر تعیین می شود. مزایای اصلی دستگاه های پلیمری بیشتر توسط خود سازنده ها احساس می شود که می توانند آزادانه تر از فناوری های جدید استفاده کنند. برای کاربر، تفاوت به سختی قابل توجه خواهد بود. به عنوان مثال، در مورد نحوه شارژ باتری لیتیوم پلیمری، مالک باید توجه بیشتری به کیفیت منبع تغذیه داشته باشد. از نظر زمان شارژ، این عناصر یکسان هستند. در مورد دوام، وضعیت در این پارامتر نیز مبهم است. اثر پیری عناصر پلیمری را به میزان بیشتری مشخص می کند، اما تمرین نمونه های متفاوتی را نشان می دهد. به عنوان مثال، بررسی هایی در مورد سلول های لیتیوم یونی وجود دارد که تنها پس از یک سال استفاده غیرقابل استفاده می شوند. و پلیمری در برخی دستگاه ها به مدت 6-7 سال استفاده می شود.

نتیجه

هنوز افسانه ها و نظرات نادرست زیادی در مورد باتری ها وجود دارد که به تفاوت های ظریف مختلف در عملکرد مربوط می شود. برعکس، برخی از ویژگی های باتری توسط سازندگان خاموش می شوند. در مورد افسانه ها، یکی از آنها توسط باتری لیتیوم پلیمری رد شده است. تفاوت با آنالوگ یونی این است که مدل های پلیمری استرس داخلی کمتری را تجربه می کنند. به همین دلیل، جلسات شارژ باتری هایی که هنوز تمام نشده اند، تأثیر مضری بر ویژگی های الکترودها ندارد. اگر در مورد حقایق پنهان شده توسط تولید کنندگان صحبت کنیم، یکی از آنها به دوام مربوط می شود. همانطور که قبلا ذکر شد، عمر باتری نه تنها با نرخ متوسط ​​چرخه شارژ مشخص می شود، بلکه با از دست دادن اجتناب ناپذیر حجم مفید باتری نیز مشخص می شود.

گاهی اوقات صاحبان دستگاه های مختلف هنگام یافتن اطلاعات در مورد استفاده صحیح از باتری ها با مشکلات خاصی مواجه می شوند. این پرسش متداول کوتاه به این موضوع اختصاص دارد.
همه تلفن های مدرن، تلفن های هوشمند و PDA ها مجهز به باتری های مبتنی بر لیتیوم - لیتیوم یون یا لیتیوم پلیمر هستند، بنابراین در آینده در مورد آنها صحبت خواهیم کرد. این باتری ها ظرفیت و عمر مفید بسیار خوبی دارند، اما نیاز به رعایت دقیق قوانین عملکرد خاصی دارند.

قوانین اساسی برای شارژ و دشارژ باتری ها، که توسط یک دستگاه (کنترل کننده) تعبیه شده در باتری، و گاهی اوقات توسط یک کنترل کننده اضافی که در خارج از باتری، در خود PDA قرار دارد، کنترل می شود.

باتری باید در تمام طول عمر خود در شرایطی باقی بماند که ولتاژ آن از 4.2 ولت بیشتر نشود و کمتر از 2.7 ولت نباشد. این ولتاژها به ترتیب نشانگر حداکثر (100٪) و حداقل (0٪) شارژ هستند.

مقدار انرژی تامین شده توسط یک باتری زمانی که شارژ آن از 100٪ به 0٪ تغییر می کند ظرفیت آن است. برخی از سازندگان حداکثر ولتاژ را به 4.1 ولت محدود می کنند، در حالی که باتری بیشتر دوام می آورد، اما ظرفیت آن حدود 10٪ کاهش می یابد. همچنین گاهی اوقات آستانه پایین تا 3.0 ولت با همین عواقب بالا می رود.

عمر باتری تقریباً با 45 درصد شارژ بهتر است و با افزایش یا کاهش سطح شارژ، عمر باتری کاهش می یابد. اگر شارژ در محدوده های ارائه شده توسط کنترلر باتری باشد (به بالا مراجعه کنید)، تغییر در دوام چندان قابل توجه نیست، اما همچنان وجود دارد.

اگر بنا به شرایطی، ولتاژ باتری از حد تعیین شده در بالا، حتی برای مدت کوتاهی بیشتر شود، عمر آن به طور چشمگیری کاهش می یابد. چنین شرایطی تحت عنوان شارژ و تخلیه بیش از حد نامیده می شود و برای باتری بسیار خطرناک است.

کنترلرهای باتری طراحی شده برای دستگاه های مختلف، اگر با کیفیت مناسب ساخته شوند، هرگز اجازه نمی دهند ولتاژ باتری در هنگام شارژ از 4.2 ولت بیشتر شود، اما بسته به هدف باتری، ممکن است حداقل ولتاژ در هنگام تخلیه را به طرق مختلف محدود کند. بنابراین، در باتری در نظر گرفته شده برای مثلاً یک پیچ گوشتی یا یک موتور مدل ماشین، حداقل ولتاژ به احتمال زیاد واقعاً حداقل مجاز خواهد بود، اما برای یک PDA یا تلفن هوشمند این ولتاژ بالاتر خواهد بود، زیرا حداقل ولتاژ 2.7 ولت ممکن است به سادگی برای کار با الکترونیک دستگاه کافی نیست. به همین دلیل است که در دستگاه های پیچیده مانند تلفن، PDA و غیره. عملکرد کنترلر تعبیه شده در خود باتری توسط کنترل کننده در خود دستگاه تکمیل می شود.

قوانین عملیاتی که من و شما می توانیم بر آنها تأثیر بگذاریم و در نتیجه عمر باتری را به میزان قابل توجهی افزایش یا کاهش دهیم.

1. باید سعی کنید باتری را به حداقل شارژ نرسانید، و حتی بیشتر از آن به حالتی که دستگاه خاموش می شود، اما اگر این اتفاق افتاد، باتری را در اسرع وقت شارژ کنید.
2. هنگامی که شارژ کامل به دست نمی آید، نیازی به ترس از شارژ مجدد مکرر، از جمله شارژ مجدد جزئی، وجود ندارد. این به باتری آسیب نمی رساند. در این مورد، من با عقل سلیم هدایت می شوم: اگر در طول استفاده معمولی از PDA همیشه آن را قبل از رفتن به رختخواب شارژ می کنم، در صورت استفاده بسیار شدید (وای فای همیشه روشن، گوش دادن به موسیقی و غیره) وقتی شارژ به حداقل می رسد، من مستقیماً در محل کار بیزار نیستم، PDA را به هر USB موجود وصل کنید. اگر شارژر معمولی ندارید و به جای آن از یک شارژر USB مخصوص استفاده می کنید، مهم است که صبر نکنید تا شارژر کاملاً تخلیه شود، زیرا در این حالت ممکن است جریان از درگاه USB برای شروع فرآیند شارژ کافی نباشد.
3. برخلاف نظر بسیاری از کاربران، شارژ بیش از حد به باتری‌های لیتیومی آسیب می‌زند، نه کمتر و حتی بیشتر از تخلیه عمیق. البته کنترل کننده حداکثر سطح شارژ را کنترل می کند، اما یک نکته ظریف وجود دارد. به خوبی شناخته شده است که ظرفیت باتری به دما بستگی دارد. بنابراین، اگر، برای مثال، باتری را در دمای اتاق شارژ کرده و 100٪ شارژ دریافت کرده ایم، وقتی در سرما بیرون می رویم و دستگاه خنک می شود، سطح شارژ باتری ممکن است تا 80٪ یا کمتر کاهش یابد. اما ممکن است وضعیت برعکس نیز صادق باشد. باتری که در دمای اتاق تا 100 درصد شارژ می شود، وقتی کمی گرم شود، مثلاً 105 درصد شارژ می شود و این برای آن بسیار بسیار نامطلوب است. چنین شرایطی هنگام کار با ماشینی که برای مدت طولانی در گهواره بوده است رخ می دهد. در حین کار دمای دستگاه و همراه با آن باتری بالا می رود اما شارژ از قبل پر شده است... در این رابطه این قانون می گوید: اگر نیاز به کار در گهواره دارید ابتدا دستگاه را از شارژر جدا کنید. روی آن کار کنید و وقتی به حالت "مبارزه" می رود - شارژر را وصل کنید. به هر حال، این قانون در مورد صاحبان لپ تاپ و سایر ابزارها نیز صدق می کند.
4. شرایط ایده آل برای ذخیره سازی طولانی مدت باتری این است که خارج از دستگاه با شارژ حدود 50٪ باشد. باتری در حال کار برای ماه ها (حدود شش ماه) نیازی به مراقبت ندارد.

و در نهایت، اطلاعات بیشتر.

1. برخلاف تصور رایج، باتری‌های لیتیومی، بر خلاف نمونه‌های نیکلی، تقریباً هیچ "اثر حافظه" ندارند، بنابراین به اصطلاح "آموزش" باتری لیتیومی جدید عملاً هیچ معنایی ندارد. برای آرامش خود کافی است یک یا دو بار باتری جدید را کاملاً شارژ و تخلیه کنید، عمدتاً برای کالیبره کردن کنترلر اضافی.
2. دارندگان دستگاه می دانند که می توانید باتری را هم از شارژر و هم از USB شارژ کنید. در عین حال، عدم امکان شارژ از USB اغلب باعث سردرگمی می شود. واقعیت این است که طبق "قانون" یک کنترل کننده USB باید جریانی در حدود 500 میلی آمپر را به دستگاه های جانبی متصل به آن برساند. با این حال، شرایطی وجود دارد که یا خود کنترلر نمی تواند چنین جریانی را تامین کند، یا دستگاه به یک کنترلر USB متصل است که نوعی ابزار جانبی از قبل روی آن آویزان است و مقداری از انرژی را مصرف می کند. بنابراین جریان کافی برای شارژ وجود ندارد، به خصوص اگر باتری بیش از حد خالی باشد.
3. باتری های حاوی لیتیوم واقعاً یخ زدن را دوست ندارند. همیشه سعی کنید از استفاده از دستگاه در یخبندان شدید خودداری کنید - در صورت فریب خوردن، باتری باید تعویض شود. خوب، البته، اگر دستگاه را از جیب داخلی گرم ژاکت خود بیرون بیاورید و چند یادداشت یا تماس بگیرید و سپس حیوان کوچک را برگردانید، مشکلی پیش نمی آید.
4. تمرین نشان می‌دهد که باتری‌های لیتیومی (نه فقط باتری‌ها) با کاهش فشار اتمسفر (در ارتفاعات بالا، در هواپیما) ظرفیت خود را کاهش می‌دهند. این به باتری ها آسیب نمی رساند، فقط باید این واقعیت را در نظر بگیرید.
5. این اتفاق می افتد که پس از خرید باتری با ظرفیت بالاتر (مثلاً 2200 میلی آمپر ساعت به جای 1100 میلی آمپر ساعت استاندارد)، پس از چند روز استفاده از باتری جدید، دستگاه شروع به رفتار عجیبی می کند: آویزان می شود، خاموش می شود، باتری به نظر شارژ می شود، اما به نوعی عجیب و غیره. P. این امکان وجود دارد که شارژر شما که با موفقیت بر روی باتری "بومی" کار می کند، به سادگی قادر به تامین جریان شارژ کافی برای یک باتری با ظرفیت بالا نباشد. راه حل این است که یک شارژر با جریان خروجی بالاتر بخرید (مثلاً 2 آمپر به جای 1 آمپر قبلی).

19.10.2010 10:53

اصل برگرفته از کلوچکوف در قوانین استفاده از باتری های لیتیوم یونی

ما در حال حاضر از نوشتن و گفتن همان تصورات غلط در مورد باتری های لیتیوم یون خسته شده ایم.
برای جلوگیری از این جنون، من از "قوانین استفاده از باتری های لیتیوم یونی" توسط یک منبع معتبر نقل قول می کنم:

استفاده صحیح از باتری تلفن همراه

• الکترودهای باتری‌های لیتیوم یونی در حال حاضر به دلیل فرآیند تولید، نیمی از شارژ را دارند، اما توصیه نمی‌شود فوراً یک باتری تازه را تحت بار آزمایش کنید. در ابتدا، باتری لیتیوم یونی باید به طور کامل شارژ شود. استفاده از باتری بدون شارژ اولیه می تواند ظرفیت در دسترس کاربر را به شدت کاهش دهد.
• پس از شارژ اولیه باتری، برای کالیبره کردن سیستم مدیریت باتری، توصیه می شود آن را به طور کامل تخلیه کنید. بلافاصله پس از تخلیه، باتری را دوباره شارژ کنید. چرخه های کالیبراسیون برای تلفن های همراه با باتری های لیتیوم یونی نباید به طور مکرر انجام شود (معمولاً یک چرخه شارژ و دشارژ کامل هر 3 ماه کافی است). خود چرخه های کالیبراسیون فقط برای نمایش صحیح پیش بینی ظرفیت باقی مانده باتری مورد نیاز هستند. سه تا چهار چرخه شارژ-دشارژ عمیق توصیه شده توسط برخی از کاربران و فروشندگان می تواند برای یک باتری لیتیوم یون جدید کشنده باشد.
• توصیه می شود از باتری های اورجینال تولید کننده تلفن همراه استفاده کنید. از آنجایی که عملکرد سیستم مدیریت باتری برای تلفن های همراه به شدت کاهش می یابد و شارژ توسط سیستم شارژ تلفن همراه مدیریت می شود، باتری یک سازنده شخص ثالث عمر کمتری خواهد داشت، زیرا سیستم شارژ ویژگی های غیر را نمی شناسد. -باتری های اصلی
• با توجه به این واقعیت که اثر "پیری" باتری های لیتیوم یونی در دمای بالا به شدت افزایش می یابد، توصیه می شود تلفن همراه را از منابع گرما (بدن انسان، نور مستقیم خورشید، رادیاتور گرمایش) دور نگه دارید.
• توصیه می شود باتری تلفن همراه را اغلب به طور کامل شارژ نکنید و همچنین قبل از رسیدن سطح شارژ به سطح قرمز نشانگر شارژ (تقریبا 20 درصد ظرفیت باقیمانده) باتری را شارژ نکنید.
• قدیمی شدن باتری های لیتیوم کبالت (متداول ترین باتری ها برای تلفن های همراه به طور مستقیم به سطح بار بستگی دارد). کمتر و کمتر با تلفن همراه خود صحبت کنید - این نه تنها باتری شما، بلکه شما را نیز سالم نگه می دارد.
• باتری‌هایی را که در سرما بوده‌اند تا زمانی که به دمای مثبت (سانتیگراد) گرم نشده‌اند شارژ نکنید - این یک نیاز مهم برای عملکرد ایمن باتری‌های لیتیوم یونی است.

استفاده صحیح از باتری لپ تاپ

• باتری لپ تاپ شامل یک سیستم مدیریت کامل است که اغلب به کاربر اجازه می دهد فراموش کند که آیا باتری را به درستی استفاده می کند یا خیر. با این حال، هنگام کار با لپ تاپ باید به چند نکته توجه داشت.
• هنگام اتصال برای اولین بار، باتری لپ تاپ باید کاملا شارژ شود و سپس سیستم کنترل را کالیبره کنید. کالیبراسیون با تخلیه کامل باتری تحت بار ثابت انجام می شود (شما باید تنظیمات BIOS را وارد کنید و لپ تاپ را هنگامی که برق را از برق جدا کنید تا زمانی که خاموش شود کار کند؛ بسیاری از تنظیم کننده های BIOS یک آیتم کالیبراسیون ویژه دارند که برای انجام این کار طراحی شده است). مطمئن شوید که باتری لپ تاپ خود را بلافاصله پس از تخلیه کامل شارژ کنید.
• کالیبراسیون باتری لپ تاپ معمولاً هر 1-3 ماه یک بار انجام می شود تا تأثیر "حافظه دیجیتال" را از بین ببرد - در حین کار بر روی باتری ، اشتباهات در تعیین ظرفیت باقی مانده به تدریج جمع می شوند که باعث کاهش عمر باتری لپ تاپ می شود.
• برای برخی از مدل‌های لپ‌تاپ، ابزارهای سازنده برای تنظیم سطح تخلیه باتری که در آن شارژ شروع می‌شود، وجود دارد. اگر باتری لپ‌تاپ به عنوان منبع تغذیه بدون وقفه عمل می‌کند (کار به صورت ثابت با برق اصلی انجام می‌شود)، تنظیم میزان تخلیه مجاز روی 40٪ و حفظ باتری در حالت نیمه خالی، عمر باتری را دو برابر می‌کند.
• برخی از لپ‌تاپ‌ها دارای باتری اضافی هستند. اگر برای مدت طولانی از آن استفاده نمی کنید، منطقی است که باتری اضافی را تا 40٪ تخلیه کنید، آن را در یک کیسه پلاستیکی با مهر و موم وکیوم بسته بندی کنید و کیسه را در محفظه یخچال در دمای 3-4 درجه سانتیگراد بگذارید. .

استفاده صحیح از باتری های Power Tools و دوربین های فیلمبرداری

• قوانین استفاده از باتری های Power Tools (عمدتاً باتری های پیچ گوشتی) و دوربین های فیلمبرداری با قوانین استفاده از باتری تلفن همراه تفاوت چندانی ندارد.
• با این تفاوت که استفاده از این وسایل در زندگی روزمره بسیار نادر است و هزینه باتری ها بالاست و به مرور زمان دسترسی به این باتری ها کمتر می شود. برای اطمینان از عمر طولانی این باتری ها، آنها را باید در حالت نیمه تخلیه شده در یخچال با دمای 3-4 درجه سانتیگراد، از پیش بسته بندی شده در یک کیسه پلاستیکی با مهر و موم وکیوم نگهداری کنید. قبل از استفاده، باتری باید با استفاده از شارژر استاندارد به طور کامل شارژ شود و در حین کار، باتری به طور کامل تخلیه نشود (در اولین فرصت، باتری را در حین کار شارژ کنید).
• در پایان مقاله ، می خواهم بگویم که اگرچه قوانین عملکرد به شما امکان می دهد تا پارامترهای باتری را برای مدت طولانی حفظ کنید ، اما زندگی شرایط عملکرد خود را دیکته می کند ، که اغلب با مفهوم عملکرد صحیح چنین فناوری پیشرفته ای ناسازگار است. چیزی به عنوان باتری لیتیوم یونی.