Устройство литий ионного аккумулятора: Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы |

Внутреннее устройство литий-ионного аккумулятора | KV.by

В прошлой статье цикла читатели “КВ” ознакомились с правилами эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей. Теперь же пришло время погрузиться в глубины химии литий-ионных аккумуляторов.

Попытки создания вторичных химических источников тока восходят к двадцатым годам прошлого века. Исследователей привлекала высокая теоретическая ёмкость таких аккумуляторов.

Препятствием на пути к литиевому аккумулятору стала высокая реакционная способность лития. Даже в 1980-х промышленные литиевые аккумуляторные батареи представляли весьма взрыво- и огнеопасные изделия со средней циклируемостью в 50 циклов. Основной причиной выхода из строя литиевых аккумуляторов было прорастание дендритов лития, образующихся при циклировании, до электрода с противоположным знаком, что приводило к короткому замыканию внутри элемента и быстрому разогреву. При этом литий бурно реагировал с органическим электролитом, что достаточно часто приводило к взрыву.

Прогресс в области электроники усилил потребность в ёмких и лёгких перезаряжаемых источниках тока, а также создал предпосылки к появлению систем управления аккумуляторными батареями (BMS). В 1992 году корпорация Sony представила миру новое видение аккумулятора на основе лития.

В новых аккумуляторах металлический литий был заменён более безопасной ионной формой. Для обеспечения безопасности аккумуляторные батареи оснащались системой BMS (контроль режимов заряда и разряда позволил резко снизить риск появления в аккумуляторе металлического лития – основного виновника взрывоопасности литий-ионного аккумулятора).

Первый литий-ионный аккумулятор имел положительный электрод на основе кобальтата лития, положительный электрод на основе углерода (Sony применила кокс – материал, получаемый при термической обработке каменного угля) и электролит на базе гексафторфосфида лития, растворённого в органическом растворителе.

Поскольку Sony не спешила делиться патентом на свои новые аккумуляторы, другие производители нашли выход из положения в применении новых химических составов электродов и изменении свойств электролита.

Первые модификации затронули структуру отрицательного электрода – кокс заменяли на графит различной степени зернистости. Однако химики Sony настолько удачно применили дешёвый кокс с великолепными характеристиками, что другим производителям аналогичных аккумуляторов с графитовыми электродами пришлось пройти долгий путь до подбора правильной структуры графитового порошка, обеспечивающего такие же параметры при эксплуатации.

Поскольку литий-кобальтовый положительный электрод уже был запатентован Sony, то взоры исследователей обратились к альтернативным вариантам – электроды создавались на базе литий-марганцевых, литий-железо-фосфатных и многих других химических составляющих.

Многие из новых электродов показали себя с лучшей стороны и оказались востребованными рынком. В настоящее время наибольшее распространение получили литий-марганцевые, литий-кобальтовые и литий-железофосфатные литий-ионные аккумуляторы.

С помощью замечательной бесплатной программы 3D-моделирования Blender мне удалось схематично представить кристаллические решётки различных вариантов положительных электродов литий-ионных аккумуляторов.

Как вы можете видеть, для литий-кобальтовой кристаллической решётки характерно расположение ионов лития послойно. Такое расположение предсказывает достаточно хорошие разрядные характеристики аккумулятора, однако стабильность подобной кристаллической решётки относительно низка, поэтому литий-кобальтовые аккумуляторы плохо переносят разряд большими токами.

Для литий-марганцевых аккумуляторов характерно “трёхмерное” расположение ионов лития в кристаллической решётке положительного электрода. Такое расположение ведёт к хорошей переносимости высоких токов разряда и достаточно хорошей стабильности электрода в процессе эксплуатации.

Литий-железофосфатные отрицательные электроды весьма стабильны – что очень хорошо видно по крепкой кристаллической решётке с “каналами” для ионов лития. Однако этот факт резко ограничивает подвижность ионов лития и такими электродами стали пользоваться относительно недавно – после того, как производителям удалось создать электроды, собираемые из частиц литий-железофосфата размером в сотни нанометров (размер частиц в сто раз меньше, чем у “3D” литий-марганцевых аккумуляторов, следовательно, общая площадь на четыре порядка выше – и этот факт кардинально улучшает характеристики литий-железофосфата).

Приобретя модную нынче приставку “нано-” к своему названию, литий-железофосфатные аккумуляторы оказались одними из самых перспективных для дальнейшего использования в мощных устройствах (их можно использовать даже как стартерные аккумуляторы для автомобилей).

Кроме материала для отрицательного электрода, производители научились применять в качестве электролита полимерный материал с включениями гелеобразного литий-проводящего наполнителя. Такие литий-ионные аккумуляторы с полимерным электролитом сейчас стали стандартом для миниатюрных устройств.

Разработки в области полимерных электролитов позволили создать твёрдый электролит, проводящий ионы лития по механизму обмена ионов внутри матрицы электролита. Такой электролит позволил вернуть к жизни захиревшие аккумуляторы с электродами из металлического лития.

Твёрдый электролит создаёт в месте контакта с металлическим литием поверхность, препятствующую образованию дендритов лития при циклировании, что позволяет забыть об основной проблеме, приводящей к возгоранию и взрыву литиевых аккумуляторов.

Как всегда, в бочке мёда оказалась хорошая примесь дёгтя – литий-полимерные аккумуляторы могут работать только при температурах свыше 40 градусов Цельсия (так как ионная проводимость твёрдого электролита при комнатной температуре ничтожна). Необходимость высокой рабочей температуры диктует необходимость системы подогрева аккумулятора – поэтому можно не верить производителям, гордо маркирующим свои аккумуляторы для мобильных телефонов как “Li-Pol” (на самом деле это литий-ионный аккумулятор с полимерным электролитом).

Как бы мне не хотелось закончить статью, однако осталась ещё тема отрицательного электрода в литий-ионном аккумуляторе. В настоящее время появляются разработки на базе титаната лития (с модной приставкой “нано-“). Сочетание этих электродов с положительными электродами на основе литий-железофосфата сулит резкое увеличение срока жизни и уровня безопасности литий-ионных аккумуляторов.

Конечно же, в небольшой статье невозможно охватить такую ёмкую тему, как химия основанных на литии вторичных химических источников тока, однако беглый обзор существующих решений поможет читателю не утонуть в огромной массе рекламных заявлений производителей. Каждые полгода появляются новые разработки на ниве литий-ионных аккумуляторов, и только время и опыт могут дать ответы на вопросы соответствия эксплуатационных характеристик, заявленных производителями, реальным показателям.

Дмитрий СПИЦЫН,
sdisle.com/battery

Как устроены литий-полимерные аккумуляторы и принцип их работы

Как устроены литий-полимерные аккумуляторы и принцип их работы

Литий-полимерный аккумулятор (литий-ионный полимерный аккумулятор) — это усовершенствованная конструкция литий-ионного аккумулятора. В качестве электролита используется полимерный материал. Используется в мобильных телефонах, цифровой технике, радиоуправляемых моделях.

В начале 90-х годов, когда промышленное использование литий-ионных аккумуляторов уже во всю набирало обороты, были разработаны и первые литиевые аккумуляторы в форме пакетов — литий-полимерные аккумуляторы (обозначение «Li-Pol» или «Li-Po»).

Таким образом, литий-полимерные аккумуляторы стали более поздней разновидностью литий-ионных аккумуляторов. Но если в литий-ионных аккумуляторах электролит применяется жидкий, то у литий-полимерных собратьев это уже полимерный состав, по консистенции – гель. Благодаря полимерной основе, аккумуляторы данного типа обладают более высокой удельной энергоемкостью, чем другие.

Именно по этой причине сегодня литий-полимерные аккумуляторы особенно широко внедрены во множество мобильных устройств, где малый вес крайне важен (гаджеты, радиоуправляемые игрушки и т. д.)

Типичный литий-полимерный аккумулятор содержит в своей конструкции четыре основные части: положительный электрод (анод), отрицательный электрод (катод), сепаратор и электролит. В качестве сепаратора может выступать такой полимер, как микропористая полиэтиленовая или полипропиленовая пленка. Поэтому даже если электролит практически и является жидкостью, полимерный компонент в аккумуляторе неизменно присутствует.

Положительный электрод, в свою очередь, может быть разделен на три части: литий-переходный материал (оксид лития-кобальта или литий-оксид марганца), проводящая добавка и полимерное связующее — поливинилиденфторид. Что касается отрицательного электрода, то он содержит тоже три части, только вместо оксидов на нем присутствует углерод (графит).

Принцип действия литий-полимерного аккумулятора, как и принцип действия аккумулятора литий-ионного основан на обратимом встраивании (интеркаляции и деинкаляции) ионов лития в материал положительного и отрицательного электродов, при этом проводящей средой для ионов лития служит электролит, а микропористый сепаратор нужен здесь для того, чтобы препятствовать соприкосновению противоположных электродов друг с другом.

Сепаратор, таким образом, исключает миграцию частиц самих электродов, пропуская лишь ионы лития. В разряженном состоянии напряжение между электродами находится в диапазоне от 2,7 до 3 вольт, а в заряженном достигает 4,2 вольт (для аккумулятора на основе оксида литий-кобальта). Для литий-железофосфата (разновидность литий-ионного аккумулятора) эти значения будут иными – от 1,8 до 2,0 вольт в разряженном состоянии и от 3,6 до 3,8 вольт в заряженном.

Для каждого аккумулятора характерные значения рабочих напряжений указываются в документации, кроме того каждый аккумулятор должен быть оснащен защитной схемой, не допускающей выхода напряжения за пределы допустимого диапазона. Если же ячейки собираются в батареи будучи соединены последовательно, то обязательно наличие балансирующего контроллера, который будет удерживать заряд каждой ячейки на приемлемом уровне.

Литий-полимерные аккумуляторы традиционно отличаются от обычных литий-ионных аккумуляторов гибким, а не жестким каркасом. В итоге ячейка не только оказывается на 20% легче, но также имеет колоссальное преимущество, которое заключается в возможности производить аккумуляторы практически любой желаемой формы (для ноутбуков, планшетов и прочих мобильных устройств это крайне важно). Кроме того уровень саморазряда литий-полимерных аккумуляторов составляет всего около 5% в месяц.

Наконец, следует отметить количество рабочих циклов, которое у литий-полимерных аккумуляторов достигает 900. А при разрядных токах в 2С (удвоенное значение номинальной емкости) емкость бытовых аккумуляторов данного типа снижается лишь на 20% за все время жизни. Для специальных же применений, с нетипично большими рабочими токами, разрабатываются специальные литий-полимерные аккумуляторы, способные безболезненно отдавать в нагрузку токи на порядок превышающие величину номинала.

Ранее ЭлектроВести писали, что растущий спрос на аккумуляторы провоцирует кризис. Главные мировые поставщики аккумуляторов — это южнокорейские гиганты Samsung и LG. Политика Сеула привела к тому, что за последний год использование батарей на внутреннем рынке выросло.

По материалам electrik.info

Разборка заводских литий-ионных аккумуляторов формата 18650 / Хабр

Всем привет! Давно меня просили сравнить заводские батареи 18650 в сравнении с поддельной батареей 18650 с «алиэкспресса».

На тесте три банки из аккумуляторов ноутбуков Futjitsu-Siemens (синяя банка), Lenovo (красная банка), HP (зеленая банка). Аккумуляторные батареи с длительными сроками хранения, больше пяти лет. Поэтому ресурс у них плачевный, но некоторые батареи еще работают. Аккумуляторы подходят для питания фонариков или других гаджетов, аккумуляторы хоть и старые, но справляются со своей задачей.
Номера на банках:
— LG LGES318650, синяя банка;
— Noname NK6M4ED030541, красная банка;
— Sony US8650GRG5, зеленая банка.
Красный аккумулятор, как написали в комментариях, возможно это банка Sanyo.

Синий аккумулятор LG после разборки оказался не таким качественным, ожидал большего. Видно, что есть неплотная набивка внутренней основы батареи, что наводит на мысль о малой длине катода и анода. Ёмкость у такой батареи будет ниже заявленной.

Разбирая аккумуляторы 18650 или другие литий-ионные аккумуляторы, стоит подходить к этому процессу с повышенной аккуратностью, дабы не закоротить аккумулятор. Как видно на фото, даже аккуратная разборка привела к повреждению элемента, что привело к началу экзотермической реакции с нагревом аккумулятора. Но так как банка разобрана, то это процесс ограничился выделением неопределенного газа, возможно кислорода.

Аккумуляторы на тесте имеют схожее внутренне строение. Только синяя банка отличается дренажным клапаном и неплотной набивкой. Длина катода и анода в этой банке меньше, чем в красной и зеленой.

Аккумуляторные батареи сильно отличаются по строению дренажного клапана. Самый сложный в исполнении клапан — у зеленой банки. Самый простой — у синей банки. Такое ощущение, что при производстве синих банок для LG сэкономили.

Качественные по исполнению оказались аккумуляторные батареи Sony, Noname (красная банка, возможно Sanyo). В этих аккумуляторах сложный дренажный клапан, плотная набивка элементов батареи. По всем показателям выигрывает красная банка (возможно Sanyo) и аккумулятор Sony. Заводская банка LG выполнена некачественно, но лучше чем у подделки с «алиэкспресс». Разборку поддельного аккумулятора можно посмотреть в видео — youtu.be/r1xHjmWZimI, где плотность набивки внутреннего элемента маленькая.

Так выглядит разобранный элемент аккумулятора, на котором видно медную фольгу — анод, алюминиевую фольгу — катод. На анод нанесена углеродная матрица с внедренными ионами лития, которая образует структуру литий углерод шесть — LiC6. Катод состоит из алюминиевой фольги покрытой литерованным оксидом кобальта — LiСоO2.
Электроды между собой разделены пористым полипропиленовым сепаратором, а вся сборка помещается в электролит. 

Конечная таблица. Параметры измерений приблизительны. По моему мнению выиграл красный аккумулятор Noname (возможно Sanyo), но аккумулятор Sony так же показал хорошие результаты, что не сказать о банке LG.

Не разбирайте литий-ионные аккумуляторы в домашних условиях — покалечитесь или спалите окружающее пространство.
Видео процесса:

На этом все. Надеюсь, кому-то будет интересен данный материал.

Если в статье обнаружатся какие-то ошибки, дайте знать в ЛС. Всем спасибо за внимание.

Литий-ионный аккумулятор: устройство, принцип работы, характеристики

Сложно представить себе жизнь современного человека без мобильного телефона, планшета, ноутбука, mp3 плеера, колонки и прочих переносных портативных гаджетов. Но вряд ли можно было бы представить себе их работу без качественного источника питания. Одним из наиболее распространенных вариантов для электроснабжения переносных устройств является литий-ионный аккумулятор. Как устроен и чем примечателен такой аккумулятор, мы рассмотрим в этой статье.

Устройство и принцип работы

Литий, как химический элемент давно известен способностью легко отдавать заряд за счет одного электрона расположенного на внешней орбите. Однако в соединениях литий стабилизируется, и его соли плохо вступают в реакцию. В  Li-Ion аккумуляторах задача применения свойств этого химического элемента для питания электрических потребителей решается за счет конструктивных особенностей.

Рис. 1. Устройство литий-ионного аккумулятора

Конструктивно литий-ионный аккумулятор состоит из следующих частей:

• Положительно заряженный электрод – выполняется из алюминиевой фольги. Как правило, он выполняется из трех слоев, первый из которых представляет собой алюминий, а другие два – это порошковые или гелиевые напыления. В состав покрытия включаются проводящие основы и углеродистые структуры.
• Отрицательно заряженный электрод – композитный элемент изготавливаемый на основе медной фольги, которая покрывается наноструктурированными солями лития. Которые представлены соединениями лития с железом или кобальтом, их  наносятся на медную  поверхность посредством проводящего клея.
• Электролит – предназначен для наполнения пространства между анодом и катодом. В ходе эксплуатации литий-ионного аккумулятора электролит пропускает положительные ионы лития, но являются непроходимым препятствием для отрицательно заряженных электронов. Как правило, жидкий электролит выполняется на основе литиевых солей.
• Сепаратор или разделитель – применяется для отделения анода от катода, позволяет избежать необратимой химической реакции в случае внутреннего короткого замыкания пластин или при прорастании дендритов. Чаще всего выполняется из пористого листового полиэтилена, находящегося в слое электролита.

В соответствии с п.3.6 ГОСТ Р МЭК 62660-1-2014 под литий-ионным аккумулятором следует понимать такой аккумулятор, у которого при заряде от катода ионы лития переходят в анод, а в случае разряда через нагрузку перемещаются обратно. На этапе изготовления источника питания система положительного и отрицательного электрода находится в стабильном состоянии.

Рис. 2. Изначально система литий-ионного аккумулятора в стабильном состоянии

Как только к обкладкам будет приложено зарядное напряжение, под его воздействием начнется процесс выделения электронов из атомов лития, с образованием положительно заряженных ионов.

Рис. 3. Под воздействием зарядного напряжения из атомов выделятся электроны

Электроны начнут притягиваться к медному электроду, но не смогут проникнуть через толщу электролита. Поэтому элементарные заряженные частицы начнут перемещаться по замкнутой цепи.

Рис. 4. Электроны по замкнутой цепи перейдут от катода к аноду

В то время как положительно заряженные ионы лития смогут беспрепятственно проникнуть через электролит и перейдут в пористый графитовый слой. Таким образом, происходит накопление заряда в литий-ионном аккумуляторе, процесс продолжается до насыщения катодной зоны.

Рис. 5. Ионы лития переместятся через электролит

В итоге получается такое состояние литий-ионного аккумулятора, при котором отрицательный электрод обладает определенным зарядом, но его состояние крайне нестабильно. Скопившиеся под воздействием постороннего источника питания ионы лития и электроны уравновешивают друг друга.

Рис. 6. Заряженное состояние литий-ионного аккумулятора

Такой баланс заряда в литий-ионном аккумуляторе сохраняется до тех пор, пока к его выводам не подключат какую-либо нагрузку.

При подключении любого электрического прибора для электронов, расположенных в отрицательно заряженном электроде, появиться путь для перемещения в направлении катода.

Рис. 7. При подключении нагрузки электроны переместятся обратно к катоду

Электроны будут перемещаться по внешней электрической цепи, а положительно заряженные ионы лития пройдут сквозь электролит литий-ионного аккумулятора. Направленное движение отрицательно заряженных ионов и создает электрический ток. По мере перемещения заряженных частиц от отрицательного электрода к положительному, аккумулятор будет разряжаться, а для восстановления энергии, его потребуется подзарядить снова.

Характеристики

В эксплуатации литий-ионного аккумулятора опираются на его технические параметры. К основным характеристикам батарей данного типа относят:

• Плотность энергии – измеряется в Вт*ч/кг, для литий-ионных аккумуляторов, чаще всего, находится в пределах от 90 до 120.
• Удельная мощность – определяет количество энергии в единице веса, составляет порядка 1 – 1,8 кВт/кг.
• Процент саморазряда – определяет количество растрачиваемой аккумулятором энергии за период времени. Для литий-ионных моделей составляет 2 – 3% в месяц. При условии нахождения батареи в комнатной температуре саморазряд составляет только 7% в год.
• Допустимый диапазон температур – для литий-ионных аккумуляторов, чаще всего составляет от  — 30 до +50°С, но в некоторых моделях  может варьировать в пределах от – 60 до +70°С.
• Число циклов – указывает количественное выражение для возможности разряда и последующего заряда до выхода  литий-ионного аккумулятора со строя. В зависимости от модели и конструктивных особенностей составляет от 2 до 5тысяч циклов. А при 0,5 – 1 тысяче, как правило, теряется порядка 20% начальной емкости.
• Минимальное и максимальное напряжение – для литий-ионных аккумуляторов наименьшая величина составляет в пределах 2,2 – 2,5В, а наибольшая составляет 4,25 – 4,35В.   
• Время заряда – при оптимальном режиме составляет около 2 – 4 часов.

Преимущества и недостатки

В последнее время литий-ионные аккумуляторы заняли свою весомую нишу в сфере независимых источников питания и продолжают вытеснять другие модели. Такой успех объясняется рядом весомых преимуществ:

• Обладают высокой энергетической плотностью, в сравнении с щелочными, кислотными, никель-кадмиевыми и никель-металлогидридными. 
• В сравнении с другими видами, один элемент характеризуется куда большей величиной напряжения, которую тот способен выдать.
• Характеризуются довольно большим количеством циклов заряда и разряда, благодаря чему могут похвастаться более длительным сроком эксплуатации.
• Может функционировать в достаточно широком температурном диапазоне.
• В сравнении с другими типами аккумуляторов, не содержит веществ, представляющих  угрозу экологии.

Однако, на ряду с преимуществами, литий-ионные аккумуляторы характеризуются и некоторыми недостатками. Так, в случае несоблюдения основных режимов заряда или эксплуатации  батарея может не только выйти со строя, но и загореться. В случае понижения температуры менее допустимого предела, емкость аккумулятора может снизиться до 20%. При избыточном заряде литий-ионный быстро выходит со строя.

Особенности эксплуатации

В случае неправильной эксплуатации литий-ионные аккумулятор быстро выходят со строя. Как могли заметить некоторые владельцы мобильных телефонов, такая батарея часто вздувается, что мешает нормальному закрытию крышки.

Рис. 8. Вздутие литий-ионной батареи

Подобная ситуация является следствием выделения большого количества газов, которые и раздувают корпус Li-Ion батареи. В то же время, при правильной эксплуатации, источник питания прослужит в 10 раз дольше.

Одним из важнейших правил для литий-ионных источников питания является соблюдение умеренного температурного режима. Не допускается как чрезмерный перегрев, к примеру, оставлять моблиьный телефон на пляже под воздействием прямых солнечных лучей, возле обогревателей или в автомобиле на палящем солнце. В равной степени, как и резкие переохлаждения. В случае выявления чрезмерного нагрева в ходе заряда, необходимо прекратить процедуру и вынуть литий-ионную батарею для охлаждения.

В случае выявления испорченной и уже вздутой батареи, ни в коем случае не следует пытаться ее проколоть или отремонтировать. Лучше замените е на новую в целях собственной безопасности, но внимательно следите за соблюдением основных режимов и правильным зарядом.

Особенности зарядки

От правильного заряда зависит продолжительность работы литий-ионного аккумулятора и величина  емкости, в сравнении с заводскими характеристиками. Так, следует отметить следующие особенности:

• Не стоит допускать полного разряда – хоть это и не однозначное утверждение, но постоянное использование накопленной в аккумуляторе электроэнергии на 100% очень быстро приведет к изнашиванию элементов. Но, здесь существует небольшая оговорка, один раз в три месяца, такую процедуру необходимо выполнять для сохранения верхнего и нижнего предела.
• Литий-ионные аккумуляторы обладают пусть и незначительным, но эффектом памяти. Поэтому заряжать их лучше полностью, так как постоянный недостаток заряда будет снижать емкость.
• Несмотря на наличие защиты от перезаряда практически во всех литий-ионных батареях, не стоит заряжать их более, чем предусмотрено заводом изготовителем.
• Для заряда обязательно используйте оригинальные блоки питания, так как применение нетиповых устройств может отрицательно сказаться на сроке службы литий-ионных аккумуляторов.

Список использованной литературы

• Кедринский И.А., Яковлев В.Г. «Li-ионные аккумуляторы» 2002
• Медведев Б.С., Налбандян В.Б., Гутерман В.Е. «Материалы литий-ионных аккумуляторов» 2007
• Попова C.С., Денисов А.А., Денисова Г.П. «Химические источники тока. Литий — ионные аккумуляторы пленочной конструкции» 2009
• Мельничук О. В. «Особенности заряда и разряда литиевых аккумуляторных батарей и современные технические средства управления этими процессами» 2016

Как работает литиевая батарея – подробное устройство

Обновленная статья от: 10.11.2020

---

Литий-ионные аккумуляторы – универсальный тип элементов питания. Они используются в смартфонах, фонариках, портативной технике, специнструменте, источниках 

бесперебойного питания. Литий-ионные батареи обеспечивают автономное питание складской и клининговой техники, электромобилей, гольфкаров, инвалидных колясок, гироскутеров, самокатов, велосипедов на электротяге и многих других устройств.

Источники питания на основе лития отличаются высокой энергоемкостью при относительно малых размерах и массе. Дополнительными их преимуществами выступают:

• большой ресурс – более 1000 полных циклов заряд-разряд;
• малый саморазряд – не более 5–10 % в год;
• высокая токоотдача;
• широкий диапазон допустимых температур – от -20 до +60 °С при работе, от 0 до +45 °С при подзарядке;
• простота и удобство использования.

Литиевый аккумулятор – устройство и принцип работы

В структуре Li-ion аккумулятора есть катод из производных лития на алюминиевой фольге и графитовый анод на фольге из меди. В качестве производных лития используются различные соединения: LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiNiO2, LiMnRON, LiC6, LiMnO2, Li4Ti5O12 и др. Между катодом и анодом находится пористый сепаратор, пропитанный электролитом с функциями проводника. Заряд переносят ионы лития, легко встраиваемые в кристаллическую решетку пористого углерода и вызывающие соответствующую химическую реакцию.

Конструкция из электродов и находящегося между ними сепаратора сворачивается в виде рулона и помещается в герметичную оболочку из стали, алюминия или полимерного материала. При этом электроды подсоединяются к токосъемникам. В итоге получаются Li-ion элементы цилиндрической или призматической формы – в зависимости от принципа сворачивания фольги. Самый распространенный типоразмер Li-ion аккумуляторов в форме цилиндра – 18650.

Как работает Li-ion аккумулятор

Принцип действия литий-ионного аккумулятора заключается в создании необходимых условий для перемещения ионов лития между катодом и анодом:

1. При подаче на электроды напряжения ионы лития отрываются от катода, переходят через сепаратор к графитовому аноду и встраиваются в его молекулярную структуру. В результате протекает реакция окисления, и аккумулятор заряжается.
2. При подаче нагрузки ионы лития перемещаются обратно к катоду. Углеродистая пластинка на медной фольге становится «минусом», а производные лития на алюминии – «плюсом».

Задачи и функции BMS платы

Слабым местом Li-ion аккумуляторов считается их чувствительность к перезарядам и глубоким разрядам. Чтобы напряжение элементов автоматически поддерживалось в безопасном диапазоне, батарея оснащается BMS платой контроля и защиты. Она автоматически размыкает выходные ключи – отключает АКБ от нагрузки при критическом разряде и от сети при полном заряде. БМС плата оберегает элементы питания и от короткого замыкания. В таких ситуациях напряжение на элементах питания резко просаживается, и мгновенно срабатывает защита от глубокого разряда. Тем самым модуль защиты продлевает срок службы АКБ.

Основой BMS платы выступает микросхема. В ней есть полевые транзисторы, используемые для раздельного управления защитой на протяжении заряда и разряда ячеек. Плата защиты следит, чтобы напряжение на каждой ячейке не превышало 4,2 В и не опускалось ниже 2,3 В. Также в схеме обычно присутствует датчик, замеряющий уменьшение напряжения на полевых транзисторах. Функции измерительного шунта выполняет переходное сопротивление транзисторов. В ряде плат дополнительно используется детектор токовых перегрузок.

Как работает контроллер заряда в литиевой батарее

Контроллер заряда – важная составляющая зарядного устройства, которая обеспечивает правильный режим подзарядки. Для литиевых элементов это режим CC/CV – вначале осуществляется зарядка при неизменном токе, а затем – при стабильном напряжении.

Контроллер ограничивает зарядный ток и контролирует объем энергии, поступающей на ячейки в единицу времени. Избыточную энергию он рассеивает в виде тепла. При достижении порога срабатывания 4,2 В контроллер переключается в режим стабилизации напряжения и плавно уменьшает ток заряда.

Режимы работы литиевых АКБ

Есть 2 основных режима использования литиевых АКБ:

1. Буферный – например, в современных источниках бесперебойного питания. Батарея в таком случае постоянно подпитывается от электросети, а при перебоях в электроснабжении – отдает накопленный заряд подключенному к ней оборудованию. Когда электроснабжение от сети восстанавливается, АКБ снова подзаряжается и находится в режиме постоянной готовности к дальнейшему использованию.
2. Циклический – подразумевает чередование фаз заряд-разряд, когда после пассивной фазы восстановления заряда следует продолжительная фаза активной работы. В таком режиме работают аккумуляторные батареи электровелосипедов и других видов персонального электротранспорта, погрузчиков, поломоечных машин, электромобилей, мотолодок, мобильных кофемашин и другой техники. Срок службы таких АКБ измеряется не годами, а количеством циклов глубокого разряда (до 80%) и последующего заряда.

Литий-ионные батареи успешно используются и в буферном, и в циклическом режиме. Если эксплуатация АКБ подразумевает жесткие условия и частые глубокие разряды, лучше всего с такими задачами справляются литий-железо-фосфатные батареи (LiFePO4). В частности, они используются для питания лодочных электромоторов, складской и клининговой техники, е-байков и других видов электротранспорта.

Старение и деградация литиевых АКБ

В результате циклического заряда-разряда литиевые аккумуляторы постепенно «стареют» – ионы лития не всегда возвращаются в свое исходное положение, состояние катода меняется, в системе накапливаются продукты окисления. В итоге аккумуляторная батарея медленно и безвозвратно утрачивает часть своей емкости.

Считается, что при потере 30% исходной емкости жизненный цикл батареи завершается. При потере емкости на 50% батарея подлежит утилизации. Рабочий ресурс батареи определяется как количество полных циклов заряда-разряда до тех пор, когда емкость АКБ снизится на 20%. В среднем ресурс Li-ion аккумуляторов составляет 1000 циклов, у моделей вида LiFePO4 – более 2000, а у литий-титанатных – более 20 000.

Рекомендации по использованию

Чтобы продлить срок службы Li-ion батарей, нужно:

1. Следовать рекомендациям производителя по их эксплуатации.
2. Не превышать рекомендованный зарядный ток. Оптимальным током заряда считается значение, равное 50% номинальной емкости батареи. Так, для АКБ емкостью 10 Ач оптимальный зарядный ток составляет 5 А. Исключение – современные литий-титанатные модели. Они допускают токовые нагрузки до 10С.
3. Избегать перезаряда, глубокого разряда батарей, их длительного хранения в разряженном состоянии, механических повреждений, перегрева и переохлаждения.

Используйте литиевые АКБ правильно, и они долго будут радовать вас отличными рабочими характеристиками.

Предлагаем для ознакомления обзор электрических фэтбайков – электровелосипедов с толстыми колесами.

Литий-ионные аккумуляторные батареи – Особенности интерфейса и менеджмента ЛИАБ – ПАО Сатурн

Обеспечение надежности и безопасности ЛИАБ

Защита от перезаряда и переразряда внешне обеспечивается электронным устройством, абсолютно надежным в управлении.

Внутреннее КЗ предотвращается конструктивно: обертыванием (пакетированием) электродов сепараторами и тем, что при этом между электродами находится трехслойный сепаратор, который при достижении критической температуры теряет пористость (заплавляется) и останавливает электрохимический процесс.

Исключение из цепи отказавших или аномально деградировавших аккумуляторов выполняется применением байпасных переключателей.

Основные требования, которые предъявляются к байпасному переключателю для литий-ионной аккумуляторной батареи для космического аппарата, это надежность, минимальные энергетические потери, минимальная масса, сохранение неразрывности цепи ЛИАБ при переключении и механическая и радиационная стойкость.

Схема подключения байпасного переключателя и временная диаграмма работы переключателя обеспечивает сохранение неразрывности при переключении цепи соединения аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

Таким образом, отказ любого элемента не приводит к отказу ЛИАБ. Надежность ЛИАБ обеспечивается также всеобъемлющей квалификацией (в том числе ресурсными испытаниями) и тщательным контролем при изготовлении.

Устройство литиевых аккумуляторных батарей

 В настоящей статье рассматриваются наиболее перспективные литий-ионные аккумуляторы. 

Устройство литиевых аккумуляторов

Электроды современных аккумуляторов изготавливаются путём нанесения катодного материала на алюминиевую фольгу (катод) и, соответственно, анодного материала – на медную фольгу. В химический состав катодного материала входят, чаще всего, литиевые соли кобальтовой кислоты и твёрдые растворы литиевых солей никелевой кислоты. В качестве анодного материала используют литиевые соли фосфорной кислоты. Электролит представляет собой гелеобразную массу, в состав которой входят соли лития.
Электролитом пропитываются так называемые сепараторы – конструкции, имеющие пористую структуру. Электроды и сепараторы размещаются в герметичном корпусе. Для токосъёма предусмотрены присоединительные клеммы. Корпус аккумулятора снабжён предохранительным клапаном избыточного давления, срабатывающим в аварийных ситуациях. Отличительными особенностями литий-ионных аккумуляторов являются малый вес, продолжительный срок службы и большая удельная ёмкость на единицу массы и объёма. Аккумуляторы при хранении и эксплуатации не загрязняют окружающую среду, они соответствуют всем мировым стандартам по экологии. Вместе с тем, – это самые дорогие из всех современных аккумуляторов. 

Существует несколько разновидностей литий-ионных аккумуляторов. Различают аккумуляторы литий-марганцевые, литий-полимерные, литий-железо-фосфатные. Области применения, режимы работы, положительные и отрицательные характеристики  всех аккумуляторов на основе лития, его сплавов и солей во многом схожи.

    Цены на литий-ионные аккумуляторы достаточно высокие. Они соизмеримы со стоимостью хорошего велосипеда и в случае установки на электровелосипед, стоимость такого транспорта всегда будет выше, чем электровелосипеда, укомплектованного  свинцово-кислотными батареями. 

 Литий-марганцевые аккумуляторы

 В этих аккумуляторах анодный электрод изготавливается из химически чистого лития, а катод – из диоксида марганца. Электролит представляет собой органическое вещество, состав которого является секретом предприятия-изготовителя. Аккумуляторы собираются в батареи из  мягких полимерных корпусов, в виде стандартизованных цилиндров и таблеток. Батареи широко используются для питания разнообразной электротехнической и электронной аппаратуры, в частности, для ноутбуков,  автономных охранных и противопожарных  сигнализаций, цифровых фото- и кинокамер, систем реанимации и искусственных органов человеческого тела, в испытательных станциях, для электротранспорта – электромобилей и электровелосипедов.  Номинальное напряжение на контактах одного ячейки аккумулятора колеблется в пределах 3,15-3,3 В (здесь и далее под напряжением аккумулятора имеется в виду напряжение одного аккумуляторного элемента, в отличие от номинального напряжения аккумуляторной батареи, которую в быту ошибочно называют «аккумулятором»). Рабочее напряжение аккумулятора – 3,0 В. Фактически, оно является наибольшим по сравнению с другими аналогичными аккумуляторами. Габаритные размеры аккумуляторов цилиндрической формы находятся в пределах 14 – 39 мм (диаметры), высота от 25 до 34 мм. Удельная ёмкость одного аккумулятора может достигать 10 Ампер часов. Таблеточные аккумуляторы имеют диаметры в пределах 16 – 30 мм, высоту 1,2 – 10,5 мм.  Их ёмкость может  быть до 950 мА-ч.    Срок службы аккумулятора,  при условии правильной эксплуатации, может доходить до 10 лет.

Для зарядки всех типов литиевых аккумуляторов,  выпускаются специальные автоматические зарядные устройства, со световой сигнализацией, извещающей о начале и окончании процесса зарядки. Эти устройства могут поставляться в комплекте с аккумуляторной батареей или отдельно. В состав зарядных устройств входят элементы автоматики, не допускающие аварийных  режимов и превышения напряжения зарядки.

 

Литий-полимерные аккумуляторы

   Рабочее напряжение таких аккумуляторов составляет 3,7 В. Максимальная удельная ёмкость одного аккумулятора может достигать 4.2 Ампер часа. Электролит представляет собой полимерный гелеобразный продукт. Габаритные размеры варьируются в широких пределах. Толщина аккумулятора, чаще всего, колеблется от 1,9  до 10 мм. Ширина – от 9,5 до 49 мм. Длина – от 22 до 61 мм. Область применения аккумуляторов достаточно обширна. Аккумуляторы питают различные электронные устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, электроинструменты, электрифицированные игрушки. Могут использоваться для электровелосипедов и электромобилей. В последние годы начинают использоваться в комплекте с альтернативными источниками электроэнергии – ветрогенераторами, солнечными батареями. В таких областях применяются аккумуляторные ячейки большой ёмкости – до 90 Ампер часов. В процессе эксплуатации аккумуляторы допускают не менее 500 перезарядок после полного разряда. Чем меньше процент разряда, – тем больше циклов аккумулятор может выдержать без существенного ухудшения характеристик. Все аккумуляторы, сделанные  на основе лития, –  не загрязняют окружающую среду, поскольку являются герметичными и не содержащими ядовитых и опасных химических веществ.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы

   Описываемая конструкция катода впервые была разработана и применена в Соединённых Штатах Америки в 1996 году. Началом же промышленного производства этой модификации аккумуляторов явился 2003 год. В этих аккумуляторах катод изготовлен из материала, в состав которого входит двойная железо-литиевая соль фосфорной  кислоты. Номинальное напряжение одной полностью заряжённой ячейки аккумулятора составляет 3,65 В.  Каждый  аккумулятор допускает от 800 до 2000 перезарядок в течение 10 лет. Стоимость такого катодного аккумуляторного материала  значительно ниже, чем стоимость материала, в состав которого входит кобальт. Кроме того, такой материал не ядовит и обладает значительной термостойкостью. Недостатком материала является то, что он обеспечивает получение гораздо меньшей ёмкости, чем аналогичные вышеупомянутые материалы. Это значит, что для получения необходимой ёмкости, батарею придётся набирать из большего количества ячеек.

Особенности эксплуатации литиевых аккумуляторов:

1. Не пытайтесь создать мощную литиевую батарею из отдельных незащищенных элементов, которые можно приобрести у китайских производителей! Такая батарея не будет иметь встроенной системы защиты от короткого замыкания, перезаряда и переразряда, от повышения температуры, и поэтому может запросто взорваться при замыкании ее контактов или при нагревании, а также – во время заряда (перезаряда). К тому же, она, если не взорвется, прослужить гораздо меньше, ведь ее ток разряда ничем не будет ограничен.
2. Ни в коем случае не нагревайте литиевую батарею! При повышении температуры растет давление газа внутри литиевой батареи, что также может привести к взрыву. По этой причине не следует оставлять открытую литиевую батарею от прямыми солнечными лучами. Это не приведет к взрыву, но укоротит срок службы аккумулятора.
3. Не закорачивайте выводы литий-ионной аккумуляторной батареи. Не надейтесь только на электронику (встроенную систему защиты от короткого замыкания), будьте внимательны.
4. Заряжайте литиевые аккумуляторы правильно! – Используйте специально созданные для этого зарядные устройства, в которых автоматически контролируется ток заряда. 
5. Заряд литиевой батареи необходимо проводить только при положительной температуре!!!
6. При подключении нескольких литиевых батарей, используйте аккумуляторы от одного производителя – одного номинала, в одном и том же техническом состоянии.
7. Хранить литиевые аккумуляторы желательно в сухом, прохладном месте, защищенном от воздействия прямых солнечных лучей при t от 3 до 5 °С. Хранение при более высокой температуре может  привести к уменьшению ресурса АКБ. При длительном хранении (зимнее время) литиевую аккумуляторную батарею необходимо зарядить примерно на 45%. Крайне нежелателен полный разряд АКБ. Если это произошло то, то АКБ необходимо как можно быстрее зарядить. Долгое хранение в разряженном состоянии литиевой АКБ может привести к выходу ее из строя. При любых признаках повреждения литиевого аккумулятора – трещина в корпусе, ржавчина, вмятина – эксплуатировать его нельзя.
8. Если во время хранения или эксплуатации литиевого аккумулятора вы заметили его сильный нагрев, шипение выходящего газа, появление едкого белого дыма, то немедленно прекратите эксплуатацию такого аккумулятора и переместите его в безопасное для других людей место. Если из аккумулятора вылился электролит – не допускайте его контакта с кожей, проветрите помещение, аккумулятор утилизируйте.
9. Не разбирайте, не сжигайте, и не выбрасывайте литиевые батареи в мусорные баки. Их следует утилизировать отдельно: при разгерметизации литиевого аккумулятора и попадании внутрь воды, происходит реакция с выделением водорода, что чревато возгоранием, и даже взрывом.
10. Горящие литиевые батареи нельзя тушить водой – это приведет к образованию водорода, и с помощью углекислотного огнетушителя – литий вступает в реакцию с углекислотой. Можно применять только порошковые огнетушители, или – сухим песком, поваренной солью, пищевой содой, а также накрывая горящий аккумулятор плотной термостойкой тканью.

      Большинство литиевых аккумуляторов производятся, в основном, в Китае, –  здесь имеется хорошая сырьевая база, но имеются и американские, европейские и российские предприятия по выпуску  различных модификаций литий ионных аккумуляторов. 

 

Литий-ионные батареи – Промышленные устройства и решения

＜ Пожалуйста, обратите внимание на следующий момент, прежде чем рассматривать покупку ＞
■ Как правило, мы не продаем литий-ионные батареи цилиндрического и призматического типа.

Что такое литий-ионный аккумулятор?

Литий-ионные батареи генерируют постоянный ток за счет химических реакций. Когда батареи разряжены и заряжены, ионы лития перемещаются между электродами (катодом и анодом) внутри батарей.Обычно катодный материал состоит из оксидов переходных металлов на основе кобальта, никеля или марганца, а материал анода состоит из графита.
Катод и анод изготовлены с использованием слоистой структуры, и ионы лития расположены между слоями. Во время заряда ионы лития перемещаются от катода к аноду. Во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду.

Литий-ионный аккумулятор

Основные характеристики

・ Высокая плотность энергии : Литий-ионные батареи обладают большей плотностью энергии по сравнению с другими типами аккумуляторных батарей (никель-металлогидридная батарея, никель-кадмиевая батарея, свинцово-кислотная батарея), что позволяет батареям становиться меньше и легче.
・ Большая мощность: Поскольку рабочее напряжение литий-ионной батареи выше, чем у других типов аккумуляторных батарей, она может поддерживать большую мощность.
・ Длительный срок службы: Перезаряжаемые батареи можно использовать повторно путем зарядки. Срок службы литий-ионного аккумулятора определяется как количество полных циклов зарядки / разрядки. Чем больше количество циклов полной зарядки / разрядки, тем дольше прослужат батареи.

Прочность литий-ионных батарей Panasonic

Высокая емкость и высокая безопасность – сильные стороны аккумуляторов Panasonic, особенно аккумуляторов большой емкости (или аккумуляторов с высокой плотностью энергии).По мере увеличения емкости (или плотности энергии) становится все более важным обеспечить безопасность батарей. В результате Panasonic продолжает разрабатывать лучшие материалы для аккумуляторов и производственные процессы, а также работать над улучшением технологии управления аккумулятором, которая позволит безопасно использовать аккумуляторы Panasonic, особенно при наложении слоев от элемента к блоку, модулю и системе. Эти действия помогают батареям Panasonic поддерживать очень высокую надежность.
Максимально используя батарею Panasonic, Panasonic может предложить наилучшее подходящее решение для различных областей применения.

Литий-ионный аккумулятор

Содержание

Введение в литий – Почему Flux Power использует LiFeP04 – Система управления батареями

Знакомство с литий-ионными аккумуляторами

Литий-ионные батареи были изобретены в 1980 году Джоном Гуденафом; они были коммерциализированы в 1991 году компанией Sony. В последнее десятилетие литий-ионные батареи стали доминирующим химическим составом аккумуляторных батарей почти во всех отраслях промышленности.Литий-ионный, по сравнению с предыдущими популярными химическими веществами (свинцово-кислотный, никель-кадмиевый и щелочной), во многих отношениях лучше. С развитием технологий безопасная и мощная батарея остро нуждается. Литий – наиболее энергоемкий химический состав, который используется, и с дополнительными функциями может быть самым безопасным. Энергия лития – активная область исследований, поэтому каждый год разрабатываются новые химические продукты. Некоторые из самых популярных химикатов:

1. Титанат лития (LTO)
2.Оксид лития-кобальта (LCO)
3. Литий-никель-марганцевый кобальт (NMC)
4. Литий-железо-фосфат (LFP)

Хотя это все литиевые батареи, между ними есть ключевые различия.

LTO имеет очень долгий срок службы и широкий диапазон температур. Они способны выдерживать большие токи заряда, превышающие 10 ° C. Они имеют одну из самых низких плотностей энергии (2,4 В / элемент) среди всех литиевых батарей и являются одними из самых дорогих.

LCO стал очень популярным из-за своей высокой плотности энергии (3,6 В / элемент). Кобальт – очень энергоемкий материал, но он чрезвычайно летуч и дорог. Это ресурс, который быстро истощается и, по оценкам, иссякнет через 50 лет или из-за недавнего увеличения его потребления. LCO имеет много недостатков, они не могут выдерживать большие токи заряда, очень чувствительны к температуре и имеют короткий срок службы.

NMC – это быстро развивающаяся химия, на момент ее написания.Смешивание никеля, марганца и кобальта дает очень хорошо продуманную батарею. Благодаря высокой плотности энергии (3,6 В / элемент) и меньшему использованию кобальта, он стал одним из самых востребованных аккумуляторов в отрасли. Из-за более низкой концентрации кобальта он безопаснее, чем LCO. Его жизненный цикл длиннее, чем у LCO, но короче, чем у LTO. Он может выдерживать токи заряда до 2 ° C и более широкий диапазон температур. Также важно знать, что батареи, содержащие кобальт, требуют большего количества функций безопасности, которые делают батареи более дорогими.

LFP популярен в отраслях с интенсивным использованием и суровыми условиями эксплуатации. Хотя этот химический состав имеет немного более низкую плотность энергии (3,2 В / элемент), он может выдерживать множество злоупотреблений. Он имеет длительный срок службы, дешевле и намного безопаснее, поскольку не содержит кобальта и может выдерживать очень широкий диапазон температур. Он также может выдерживать токи разряда до 20С. В целом это самая безопасная и надежная химия.

	LTO	LCO	NMC	LFP
Напряжения	2.4 вольта	3,60 вольт	3,6 В	3,2 вольта
C-Rate	10C	1С	2C	20C
Срок службы	3000	500	1500	2500
Термический побег	280 ° С	150 ° С	210 ° С	270 ° С
Стоимость	1000 долларов США за кВт · ч	450 долларов США за кВт · ч	700 долларов за кВт · ч	400 долл. США за кВт · ч

Таблица 1: Сравнение LTO, LCO, NMC, LFP

Проще говоря, литий-ионная батарея относится к батарее с отрицательным электродом (анодом) и положительным электродом (катодом), которые переносят ионы лития между двумя материалами.Ионы лития перемещаются от анода к катоду во время разряда и оседают (интеркалируют) в положительный электрод (рис. 1), который состоит из лития и других металлов. Во время зарядки этот процесс обратный.

Рис. 1. Поток электронов и Li + Ion во время использования

Внутри ячеек имеется много слоев анода и катода с разделителем между ними. Между двумя пластинами также находится раствор электролита, обычно LiPF6, смешанный с жидким раствором.Эта комбинация материалов может быть уложена друг на друга (призматические ячейки) или намотана по спирали (цилиндрические ячейки). Клетки различаются по размеру и форме; некоторые из них заключены в пластиковый корпус, а другие – в алюминиевые. Корпус зависит от среды, в которой они находятся, а размер определяется объемом емкости, необходимой для приложения.

Рис. 2. Цилиндрические, призматические и карманные типы ячеек.

Каждый литий-ионный элемент имеет безопасный диапазон напряжения, в котором он может работать.Этот диапазон зависит от химического состава батареи. Например, батарея LFP при 0% состоянии заряда (SOC) составляет 2,8 В, а при 100% SOC – 3,6 В. Это считается безопасным рабочим диапазоном этой батареи. Понижение уровня SOC ниже указанного 0% может привести к ухудшению характеристик электродов. Это считается чрезмерной разрядкой. Если элемент постоянно чрезмерно разряжается, это может вызвать множество проблем, которые необратимо повредят аккумулятор. То же самое верно и для перезарядки, превышающей заявленное 100% SOC. Эти две ошибки побудили производителей аккумуляторов разработать защитные устройства и функции.

Батарея обычно состоит из множества ячеек, работающих вместе друг с другом. Рассмотрим элемент LFP с номинальным напряжением 3,2 В и емкостью 100 Ач. Для большинства приложений требуется более высокое напряжение и емкость, как это сделать? Для увеличения напряжения батареи несколько элементов должны быть соединены последовательно. Для увеличения емкости ячейки необходимо подключать параллельно. Например, предположим, что нам нужен аккумулятор на 12 В емкостью 300 Ач. С данной ячейкой LFP нам потребуется 4 ячейки последовательно и 3 модуля параллельно.В результате получится система с напряжением 12,8 В и емкостью 300 Ач.

Рисунок 3. Схема системы ячеек

Четыре основных компонента электролизера: анод, катод, сепаратор и раствор электролита.

Анод

Анод – это отрицательный электрод в ячейке. В литий-ионных батареях очень часто он состоит из лития и углерода, обычно графитового порошка. Ток может собираться благодаря медной пленке, которая совмещена с электродом.Чистота, размер частиц и однородность анода влияют на характеристики и емкость старения.

Катод

Катод – положительный электрод. Здесь вступают в игру все химические составы. Катод – это то, что определяет общий химический состав лития. Как и анод, токоприемник объединен с материалом, поэтому может происходить поток электронов. Катод обычно объединяют с алюминиевой пленкой. Как показано выше, существует много разных химикатов.Ключевыми различиями между ними являются температура, при которой они реагируют с электролитом (тепловой разгон), и создаваемое ими напряжение.

Электролит

Электролит позволяет переносить ионы лития между пластинами. Обычно он состоит из различных органических карбонатов, таких как этилен, карбонат и диэтилкарбонат. Различные смеси и соотношения различаются в зависимости от области применения ячейки. Например, для низкотемпературного применения раствор электролита будет иметь более низкую вязкость по сравнению с раствором, приготовленным для окружающей среды при комнатной температуре.Соли лития необходимы в смеси электролита, соль определяет проводимость раствора, а также способствует образованию поверхности раздела твердого электролита (SEI). В литиевых батареях гексафторфосфат лития (LiPF6) является наиболее распространенной литиевой солью. LiPF6 может производить плавиковую кислоту (HF) при смешивании с водой. SEI – это химическая реакция между металлическим литием и электролитом. В нормальных условиях производитель элемента обычно медленно заряжает элемент, чтобы сформировать ровный SEI на угольном аноде.

Сепаратор

Сепараторы литий-ионных элементов представляют собой пористые пластиковые пленки, предотвращающие прямой контакт анода и катода. Пленки обычно имеют толщину 20 мкм и имеют небольшие насыпи, которые позволяют ионам лития проходить сквозь них в процессе заряда и разряда. Сепаратор «отключения» является наиболее распространенным. Этот сепаратор закроет поры, чтобы предотвратить прохождение ионов лития, как только ячейка выйдет за пределы температурного диапазона или произойдет короткое замыкание. Сепараторы продолжают разрабатываться сегодня для повышения безопасности, а также увеличения емкости ячеек.Для дальнейшего ознакомления вы можете посмотреть эти две статьи. В верхней литиевой батарее используются модели и . Почему литий-ионная батарея лучше подходит для вилочных погрузчиков .

Почему Flux Power использует LiFeP04

Мы в Flux Power гордимся тем, что являемся экспертами в области решений для хранения энергии. Вот почему мы выбрали превосходный химический состав аккумуляторов, который был подтвержден десятилетиями исследований и внедрения во многих приложениях. Кроме того, наши решения по хранению энергии имеют множество преимуществ перед современными свинцово-кислотными технологиями.Дополнительные сведения о различиях между литий-ионными и свинцово-кислотными аккумуляторами см. В статье «Литий-ионные батареи лучше свинцово-кислотных для вилочных погрузчиков ».

Емкость и срок службы

Одним из наиболее важных преимуществ выбора литий-ионных аккумуляторов Flux Power является резкое увеличение плотности энергии по сравнению с нынешними решениями для свинцово-кислотных аккумуляторов. В Flux Power используется литий-железо-фосфат (LiFePO4), удельная энергия которого составляет ~ 110 ватт-часов на килограмм, по сравнению со свинцово-кислотными ~ 40 ватт-часами на килограмм.Что это значит? Наши батареи могут быть ~ 1/3 веса для аналогичных ампер-часов.

Литий-ионный аккумулятор Flux Power не только накапливает больше энергии, но и время цикла намного превышает срок службы свинцово-кислотных и многих других литиевых компонентов.

В нашей статье « 5 шагов для увеличения срока службы литий-ионной батареи, » вы найдете дополнительные советы, которые помогут вам максимально эффективно использовать батарею.

На химический состав каждого элемента батареи влияет глубина разряда, и чем глубже разряд, тем короче срок службы.Литий-ионный аккумулятор Flux Power может разряжаться на 80%, сохраняя при этом длительный срок службы (> 2000 циклов). Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов резко сокращается. Фактически, при глубине разряда 80% свинцово-кислотные батареи служат всего 400-500 циклов, что означает, что наши батареи служат в 5 раз дольше.

Вот правда, скрывающаяся за самыми большими (и самыми глупыми) мифами о батареях

Для объекта, который почти никогда не покидает наши ладони, смартфон иногда может показаться волшебным волшебством.И нигде это не проявляется так ярко, как когда дело доходит до непостоянной батареи, которая разряжается на 20 процентов быстрее, чем вы можете отключить Bluetooth и полностью избавиться от призрака после пары лет зарядки.

Чтобы исправить эти недостатки, мы придумали всевозможные мифы о батареях. Независимо от того, избегаете ли вы оставлять телефон заряжаться на ночь или отключать питание, чтобы дать батарее небольшой перерыв, мы всегда ищем способы немного повысить производительность наших перегруженных батарей, даже если этот метод не дает ужасных результатов. много смысла.

Чтобы помочь отделить науку от фольклора, мы попросили эксперта по батареям вынести свой вердикт по некоторым из наиболее распространенных мифов, объяснить научные данные, стоящие за слухами, и, возможно, дать нам несколько мудрых советов по продлению срока службы наших смартфонов. .

Даже когда ваша батарея разряжена на 100 процентов, все еще есть место для некоторого дополнительного заряда

True

В вашем смартфоне батареи больше, чем показывает отображаемый процент, но если вы использовали этот заряд, вы закончите резко сокращая общий срок службы батареи.В основе этой проблемы лежит тонкий компромисс между производителями. Увеличение доступного заряда в батарее сокращает количество раз, когда батарея может быть заряжена и разряжена без внутренних повреждений. Чтобы батареи хватило на сотни или тысячи циклов зарядки, производители устанавливают ограничения на количество заряда, которое могут разряжать батареи.

Чтобы понять почему, вам нужно немного узнать о том, как работают аккумуляторы. Внутренности большинства литий-ионных аккумуляторов, таких как аккумуляторы в смартфонах, ноутбуках и электромобилях, состоят из двух слоев: один из оксида лития-кобальта, а другой – из графита.Энергия высвобождается, когда ионы лития перемещаются из слоя графита в слой оксида лития-кобальта. Когда вы заряжаете аккумулятор, вы просто перемещаете эти ионы лития в другую сторону – из слоя оксида лития-кобальта обратно в графит.

Здесь мы и подходим к проблеме со сроком службы батареи и циклами зарядки. Выдвиньте слишком много этих ионов лития из слоя оксида лития-кобальта, и вся структура слоя испортится. «Атомная структура материала фактически разваливается, если удалить весь этот литий», – говорит Кент Гриффит, исследователь накопления энергии в Кембриджском университете.

Таким образом, хотя можно зарядить аккумулятор более чем на 100 процентов, единственный способ сделать это – извлечь больше этих важных ионов лития. «Это было бы похоже на вытаскивание всех опор из пола здания», – говорит Гриффит. Вы можете извлечь ионы лития, но удачи с их возвращением, если вы испортили внутреннюю структуру.

Вот почему производители устанавливают ограничения на количество заряда своих аккумуляторов. В большинстве случаев они настроены таким образом, что только около половины лития в слое оксида лития-кобальта удаляется за одну полную зарядку.«Ваша батарея могла бы дать вам больше заряда, если бы вы удалили половину лития, но вы не сможете делать это очень много раз».

Взрывная гонка за полностью изобретать аккумулятор для смартфона

Использование Wi-Fi и Bluetooth в фоновом режиме сильно расходует заряд батареи

True

Помимо экрана, одним из самых больших расходов на время автономной работы является энергия, которую ваш телефон тратит, пытаясь найти и подключиться к Wi-Fi или сети передачи данных.Если вы когда-нибудь замечали, что ваша батарея резко разряжается в поезде, вероятно, это связано с тем, что ваше устройство работает сверхурочно, чтобы подключиться к мобильной сети. «Если вы можете подключиться к чему-то стабильному, например, если в поезде есть Wi-Fi, вероятно, лучше подключиться к нему», – говорит Гриффит. Уменьшение яркости экрана и времени, на которое телефон ложится в спящий режим, также являются простыми способами продлить срок службы батареи.

Использование неофициального зарядного устройства приводит к повреждению вашего телефона

True

Не все зарядные устройства для телефонов одинаковы, и это может отрицательно сказаться на сроке службы аккумулятора вашего телефона.Зарядные устройства имеют всевозможные элементы управления, которые ограничивают количество подаваемого тока и останавливают его зарядку, когда аккумулятор полностью заряжен, но некоторые зарядные устройства сторонних производителей могут не иметь таких строгих настроек безопасности.

И если на батарею подается слишком большой ток, это может означать, что вырвется слишком много ионов лития и приведет к такому же виду деградации, о котором вы читали ранее. Это не означает, что все зарядные устройства сторонних производителей будут такими плохими, отмечает Гриффит, но вам все же, вероятно, лучше придерживаться официальной модели.

Зарядка телефона через компьютер или ноутбук приведет к повреждению аккумулятора

Неверно

Во всяком случае, более медленная зарядка, вероятно, хороша для аккумуляторов, говорит Гриффит. Это снова возвращается к тем ионам лития – вы чувствуете здесь какую-то тему? Чем медленнее вы заряжаете аккумулятор, тем меньше нагрузка на ионы лития и структуры, принимающие их, и тем меньше вероятность повреждения аккумулятора. Вот почему производители устанавливают ограничения на устройства, чтобы они не заряжались слишком быстро.

Время от времени отключение устройства помогает продлить срок службы батареи

Неверно

Это тоже миф, но не полностью необоснованный. До того, как литий-ионные батареи стали повсеместными, предпочтительными перезаряжаемыми батареями были никель-металлогидридные батареи. В этих батареях было невозможно получить точное показание уровня заряда батареи без полной разрядки и последующей подзарядки. «Если бы они были наполовину разряжены и перезаряжались, вы бы потерялись там, где были.Так что вам придется полностью разрядиться, чтобы отслеживать, – говорит Гриффит.

В литий-ионных батареях это уже не так. Современные аккумуляторы способны считывать свое состояние независимо от их уровня заряда, и когда ваше устройство не используется, нагрузка на аккумулятор почти такая же, как если бы он был полностью выключен, поэтому вы не слишком сильно отдадите батарее перерыва, если вы все равно выключили.

Китай берет верх над электромобилем Tesla (и побеждает)

Батареи хуже работают в холодном состоянии.

Ложь (в основном)

На самом деле все наоборот.«Использование аккумулятора при низких температурах и поддержание его в прохладном состоянии значительно увеличивает срок службы аккумулятора», – говорит Гриффит. Воздействие высоких температур на аккумулятор – гораздо более вероятный способ сократить его общий срок службы. «Вы же не хотите, чтобы ваша батарея была горячей. Вы не хотите, чтобы он перегревался во время зарядки, вы не хотите оставлять его на солнце или в машине ».

Но почему батареи так ненавидят тепло? Причина связана с жидкими электролитами, которые заполняют промежутки между слоями оксида лития-кобальта и графита (помните их?) И не дают двум компонентам соприкасаться.Это то, через что проходят ионы лития, когда они перемещаются между двумя слоями, поэтому это очень важно для конструкции батареи.

При высоких температурах эти жидкие электролиты начинают разрушаться, вызывая разрушение аккумулятора в течение всего нескольких сотен циклов зарядки. Это серьезная проблема для аккумуляторов электромобилей, которые часто проводят большую часть дня, сидя на ярком солнечном свете. Что касается вашего смартфона, то, если вы обычно держите его при комнатной температуре, у вас все в порядке.

Возможно, ваш телефон будет работать немного медленнее при низких температурах, и это связано с тем, что ионы лития движутся немного медленнее, а это означает, что аккумулятор не сможет обеспечить такое количество энергии для компонентов, если на улице очень холодно. Однако изменение, как правило, незначительное и не связано с каким-либо необратимым повреждением аккумулятора.

Оставление зарядного устройства подключенным к стене и включенным приводит к потере энергии

Ложь (ну, может быть, совсем немного)

С зарядными устройствами для телефонов и другими “ тупыми ” кабелями, у которых просто есть провод, их, вероятно, нет вообще потребляет энергию, если к ней не подключено какое-либо устройство.Когда дело доходит до кабелей для телевизора или ноутбука – или любого зарядного устройства, к которому прикреплен большой “ кирпич ” – они немного умнее, поскольку они часто потребляют небольшое количество энергии, в то время как они по существу ждут, пока телевизор или другое устройство не подключится. загрузка из режима ожидания. В прошлом потребление энергии этими устройствами составляло до 10 процентов от среднего счета за электроэнергию в домохозяйстве, но недавние изменения в законодательстве означают, что теперь они потребляют относительно небольшое количество энергии.

Вы должны дать батарее полностью разрядиться до 0 процентов перед подзарядкой

Неверно

Как ни странно, батареи испытывают наибольшую нагрузку, когда они полностью заряжены или полностью разряжены.Настоящая зона наилучшего восприятия для батареи – это 50-процентный заряд, поскольку это означает, что половина подвижных ионов лития находится в слое оксида лития-кобальта, а другая половина – в слое графита. Это равновесие снижает нагрузку на аккумулятор и увеличивает количество циклов зарядки, которое он может выдержать до выхода из строя.

Итак, если вы очень заинтересованы в том, чтобы аккумулятор работал как можно дольше, вы должны поддерживать его заряд между 20 и 80 процентами. Это означает, что он тратит как можно меньше времени с большим количеством ионов лития, набитых каждым слоем, ситуация, которая заставляет слои расширяться, оказывая на них физическую нагрузку.«Но если бы вы сделали это, вы бы получали только половину заряда каждый раз, когда использовали бы его», – говорит Гриффит. Может, тогда и нет.

100-процентная зарядка приведет к повреждению аккумулятора.

Верно (но не по той причине, которую вы думаете)

Этот миф тесно связан с вышеупомянутым мифом. Зарядка телефона таким образом, чтобы он оставался на 100% в течение ночи, не является хорошей новостью для аккумулятора, но это не потому, что вы набираете больше заряда, чем он может выдержать. Механизм «непрерывной зарядки» отключает зарядное устройство после того, как телефон полностью заряжен, и заряжает аккумулятор только тогда, когда он немного разряжается.

Проблема в том, что вы поддерживаете уровень заряда на уровне 100 процентов, что, как мы знаем из предыдущего мифа, подвергает батарею определенной нагрузке. «Это нехорошо, – говорит Гриффит, – но производитель батарей установил [ограничения на батарею], чтобы они не причиняли вреда».

Это лучшие смартфоны на любой бюджет в 2021 году

Хотите узнать больше о будущем энергетики?

Эта статья является частью нашей серии WIRED on Energy. Мы внимательно изучаем технологии и идеи, изменяющие то, как мы питаем наш мир, – от китайских автомобильных компаний, берущих на себя роль Tesla, до неиспользованных возможностей кормы.

Следите за хэштегом #WIREDonEnergy в Твиттере, чтобы быть в курсе всех наших репортажей.

Началась борьба с пожирателями энергии биткойнов

Взрывная гонка за полностью изобретать аккумулятор для смартфона

Батареи для питания летающего автомобиля вашей мечты не существует (пока)

Что такое литиевые батареи в портативной электронике

Развитие технологий производства батарей напрямую связано с миниатюризацией мобильной электроники, такой как сотовые телефоны, ноутбуки и планшеты.По мере того, как эти портативные устройства становятся меньше, аккумуляторные элементы и блоки, питающие их, соответственно сокращаются. Например, тенденция к созданию портативных и портативных электронных устройств меньшего размера изначально стимулировала быстрое распространение литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов. Тем не менее, инженеры-прикладники, которые разрабатывают наши портативные устройства, которые становятся все меньше и меньше, также должны учитывать требования к энергоемкости и безопасности в дополнение к требованиям к размеру, диктуемым аккумуляторной технологией.

Развитие литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионная аккумуляторная батарея

действительно сделала портативную электронику идеальной. Он имеет гораздо лучшую плотность энергии, чем предыдущие технологии аккумуляторов, такие как никель-кадмий (NiCd) и никель-металлогидрид (NiMH), особенно с учетом джоулей энергии на килограмм. Литий – не самый стабильный элемент, поэтому с появлением литий-ионных аккумуляторов возникло много новых проблем с безопасностью. Эти проблемы решены с помощью более сложных схем защиты.

Li-ion 18650 ячеек распространены в ноутбуках. По форме напоминающие цилиндры, они имеют диаметр 18 мм и длину 65 мм. Типичный аккумулятор для портативного компьютера состоит в среднем от четырех до шести 18650 ячеек, что позволяет ему работать в течение нескольких часов без подзарядки.

Около 10 лет назад литий-полимерные (LiP) элементы дебютировали на потребительском рынке. Благодаря своей тонкой, прямоугольной, настраиваемой форме мешочка, LiP-пакеты были привлекательными для дизайнеров, ищущих экономию места, особенно в сверхтонких ноутбуках, смартфонах и планшетах.Сегодня LiP-элементы используются в этих приложениях, а также в новейших смартфонах с большим экраном, также известных как фаблеты.

В последнее время на рынке ПК наблюдается тенденция к более тонким форм-факторам ноутбуков и планшетов в сочетании с высокопроизводительными процессорами, которые должны запускать сложные программы в режиме ПК, при этом обеспечивая возможность «мгновенного включения» в режиме планшета. Все эти тенденции в потребительских устройствах обусловили спрос на более крупные LiP-элементы с большей емкостью и более высокими токами разряда, что, в свою очередь, требует более высоких номинальных значений тока в устройствах защиты аккумуляторов, используемых в этих приложениях.

Проблемы защиты аккумулятора

Литий-аккумуляторные блоки

особенно чувствительны к сбоям, вызванным внешними короткими замыканиями, условиями неконтролируемой зарядки и чрезмерной перезарядкой, которые могут вызвать потенциально опасные перегрузки по току и перегрев. Более того, такие организации, как UL, IEC и IEEE, ввели в действие правила безопасности и установили требования к испытаниям литий-ионных и LiP аккумуляторов, чтобы продемонстрировать их устойчивость к короткому замыканию и перезарядке.

Производители компонентов руководствуются теми же тенденциями к миниатюризации и более тонким форм-факторам, которые влияют на рынок портативных устройств в целом. Например, компоненты защиты цепи должны помогать разработчикам аккумуляторных батарей решать их потребность в разработке безопасных и надежных продуктов, которые также соответствуют требованиям к малому форм-фактору.

Чтобы проиллюстрировать, как продукты для защиты цепей удовлетворяют этим требованиям, для защиты цепей блока литий-ионных аккумуляторов можно использовать самовосстанавливающиеся устройства с полимерным положительным температурным коэффициентом (PPTC) в форме ремня и диска, при этом экономя место (Рис.1) . Устройство PPTC «ремешок» имеет плоскую форму язычка, которая может быть встроена в различные аккумуляторные блоки, содержащие цилиндрические, призматические или LiP-элементы. Его также можно применить к конкретному химическому составу батарей или профилям использования (рис. 2) .

1. В схемах защиты литий-ионных и LiP-элементов обычно используется устройство PolySwitch PPTC. 2. «Ремешковые» устройства PPTC могут быть включены в различные аккумуляторные блоки для обеспечения защиты цепи.

«Дисковое» устройство PPTC – это диск без покрытия, сделанный из материала PTC, который может быть помещен в цилиндрический коллектор литий-ионного аккумулятора 18650, чтобы помочь защитить элементы во время транспортировки и обработки перед сборкой в ​​пакеты.Дисковое устройство также обеспечивает защиту неперезаряжаемых литиевых элементов размера AA и AAA, которые продаются индивидуально для использования потребителями (рис. 3) .

3. «Дисковые» устройства PPTC добавляются к аккумуляторным элементам 18650 для обеспечения защиты при транспортировке и транспортировке до сборки.

Кроме того, в ответ на растущее использование LiP-элементов большой емкости, устройство защиты от перегрева (TCO) MHP-TA объединяет биметаллический автоматический выключатель с PPTC. Устройство MHP-TA обеспечивает номинальное напряжение 9 В постоянного тока и более высокий номинальный ток, чем обычные устройства для крепления батарейного ремня, чтобы соответствовать требованиям безопасности для литий-полимерных и призматических аккумуляторов большей емкости (рис.4) .

4. Компактные гибридные устройства MHP-TA можно использовать для защиты тонких высокопроизводительных LiP-элементов.

Заключение

Литий-ионный элемент в настоящее время является наиболее широко используемой аккумуляторной технологией в мобильных устройствах. Другие передовые технологии быстро развиваются, чтобы удовлетворить стремительно растущий рынок портативной электроники. Согласно отчету исследовательской компании Navigant, выручка от продажи всех передовых аккумуляторов для портативных устройств питания превысит 7 долларов.1 миллиард в 2013 году и вырастет до более чем 12,4 миллиарда долларов к 2023 году.

Очевидно, что сегодняшняя технология литий-ионных аккумуляторов обусловлена ​​потребностями потребителей в приложениях с большей вычислительной мощностью и в более тонких и компактных корпусах. В ответ инженеры-конструкторы и производители компонентов должны продолжать поиск творческих решений, соответствующих этим требованиям.

Барри Бренц – менеджер по разработке полевых приложений в TE Circuit Protection , бизнес-подразделении TE Connectivity.Член IEEE и бывший офицер атомных подводных лодок ВМС США, он работал в энергетической и коммуникационной отраслях с 1989 года. Он получил степень бакалавра естественных наук в Техасском техническом университете. С ним можно связаться по телефону [email protected] .

Что нужно знать перед транспортировкой литиевых батарей или устройств IoT с батарейным питанием | Saft аккумуляторы

Планируете ли вы пересылку аккумуляторов или устройств Интернета вещей воздушным, морским, железнодорожным или автомобильным транспортом? Вы можете этого не осознавать, но существует ряд правил, которых необходимо придерживаться.Литиевые батареи классифицируются как опасные грузы при транспортировке. Поскольку миллиарды перезаряжаемых и неперезаряжаемых литиевых элементов и батарей служат источником питания для большинства потребительских и промышленных электронных устройств в мире, их доставка покупателям через обширные глобальные логистические цепочки часто остается без внимания.

Требования безопасности привели к ужесточению правил воздушного транспорта при транспортировке литиевых батарей. Несоблюдение этих правил может привести к серьезным последствиям, включая значительные штрафы.Помня об этом, вам и выбранному вами перевозчику важно уделить время тому, чтобы во время транспортировки эти литиевые батареи были надлежащим образом заявлены, промаркированы, упакованы и хранились .

Итак, что вам нужно знать перед отправкой литиевых батарей или устройств IoT с батарейным питанием?

1. Не все судоходные компании могут перевозить литиевые батареи.

Прежде всего, при транспортировке литиевых батарей автомобильным, морским, железнодорожным или воздушным транспортом, вам следует выбрать надежного перевозчика, у которого есть инструкции по доставке этих предметов, вместе с обученным персоналом, который понимает, как работают литиевые батареи и как обращаться с ними. их безопасно.FedEx, USPS, UPS или DHL могут выполнить эту работу, но есть и другие коммерческие перевозчики. Просто убедитесь, что у них есть контракт hazmat или предварительное одобрение для вашего конкретного типа литиевых батарей и следуйте правилам ООН / ИАТА / ИКАО / опасных грузов.

С 2016 года перевозка литий-ионных аккумуляторов на пассажирских самолетах массовыми партиями запрещена, поэтому вам нужно будет найти соответствующего перевозчика. Этот запрет не распространяется на батареи, упакованные или содержащиеся в оборудовании.Примечание. Существуют определенные воздушные суда, перевозящие только грузы, в соответствии с правилами ИКАО, которые разрешают перевозку литиевых элементов и батарей оптом.

Ответственность за упаковку и маркировку несет грузоотправитель. Вы должны будете предоставить перевозчику соответствующую документацию. Большинство из этих компаний предоставят вам Руководство по доставке, в котором указаны их особые требования к перевозке литий-ионных и литий-металлических батарей в соответствии с выбранным видом транспорта.Не забывайте, что большая часть грузовых перевозок в настоящее время является мультимодальной: груз может начать свой путь автомобильным транспортом, затем воздушным транспортом, а затем автомобильным или железнодорожным транспортом. Упаковка вашего груза для авиаперевозки – самый надежный способ убедиться, что он полностью соответствует необходимым требованиям.

2. Как маркировать посылку? Классификация и описание доставки.

Все опасные материалы подпадают под действие положений ООН и им присвоен один из девяти классов опасности. Литиевые батареи были отнесены к Классу 9 – Классификация прочих опасностей .

Кроме того, Комитет экспертов Организации Объединенных Наций по перевозке опасных грузов классифицировал опасные грузы под конкретными номерами ООН и «надлежащими отгрузочными наименованиями». Существует шесть возможных отгрузочных наименований (и этикеток) с соответствующими номерами ООН для отправлений литиевых батарей в зависимости от типа и конфигурации упаковки:

1. UN 3480 Литий-ионные батареи (перезаряжаемые)
2. ООН 3481 Литий-ионные батареи, содержащиеся в оборудовании
3. UN 3481 Литий-ионные батареи в упаковке с оборудованием
4. UN 3090 Литий-металлические батареи (неперезаряжаемые литиевые батареи)
5. ООН 3091 Литий-металлические батареи, содержащиеся в оборудовании
6. ООН 3091 Литий-металлические батареи в упаковке с оборудованием

Вам нужно будет указать размер батарей на этикетке вашего продукта.Литий-ионные батареи рассчитываются по номинальной мощности в ватт-часах (Втч) на элемент и в ватт-часах на аккумулятор. Обычно мощность указывается на самом аккумуляторе, так как теперь это обязательно (старые аккумуляторы, изготовленные до 1 января 2009 г., могут не иметь этой маркировки). Убедитесь, что вы подтвердили информацию у производителя, так как она может не быть указана на ячейке. Информация об аккумуляторах Saft указана в листе технических данных, доступном для каждой из наших аккумуляторов. Щелкните здесь, чтобы загрузить документацию по конкретному продукту.

3. Подтвердите свои полномочия: Краткое изложение теста UN 38.3

С 1 января 2020 года производители и последующие дистрибьюторы элементов или батарей должны предоставить сводный отчет об испытаниях или TSR – как указано в Руководстве ООН по испытаниям и критериям – до того, как литиевые элементы / батареи можно будет транспортировать. Это серия из 8 тестов, имитирующих безопасность при транспортировке и в условиях окружающей среды транспортировки, таких как: давление, температура, удары, вибрация, удары, высота и т. Д.Сводный отчет о тестировании включает в себя сводку результатов тестирования элемента или батарей. Без предоставления этого итогового отчета об испытаниях цепочке транспортной логистики доставка литиевых элементов и батарей запрещена.

В Saft мы проводим все собственные испытания и предоставляем сводный отчет об испытаниях UN 38.3 в Интернете. Просто щелкните ссылку выше или QR-код и укажите полный номер детали (P / N), чтобы получить соответствующий отчет об испытаниях.

Имейте в виду, что при выборе производителя аккумуляторов для перевозки могут быть предложены только элементы и аккумуляторы, произведенные в соответствии с программой управления качеством .

4. Как упаковать груз?

Упаковкой обычно занимается организация, которая отправляет посылку , поскольку они обычно подписывают декларацию об отгрузке, которая требует конкретной информации в зависимости от ряда параметров. Подробные требования к любой поставке литиевых батарей могут значительно различаться в зависимости от типа, размера, количества, конфигурации, веса, транспортера, пункта назначения и способа транспортировки батареи. Это также зависит от того, перевозите ли вы батареи или только элементы, элементы или батареи, упакованные с оборудованием (отдельно в одной упаковке), или элементы или батареи, содержащиеся в оборудовании. «Рекомендации по типовым правилам перевозки опасных грузов, двадцать первое пересмотренное издание (ST / SG / AC.10 / 1 / Rev.21)» является базовым справочным документом, лежащим в основе нормативной структуры для всех видов транспорта. Этот документ общедоступен по ссылке в приведенном ниже глоссарии.

Документ содержит подробные инструкции по классификации, упаковке и многим другим деталям, характерным для различных случаев перевозки для всех классификаций опасных грузов, включая, например, литиевые перезаряжаемые и неперезаряжаемые элементы и батареи;

1. Небольшие партии литий-металлических и литий-ионных элементов и батарей.
   а. Специальное положение, глава 3.3, 188 (a), (b) и т. Д.
2. Литиевые элементы и батареи при установке в оборудование.
   а. Особое положение Глава 3.3, 188 (e) и т. Д.

Инструкции по упаковке, относящиеся к различным видам транспорта, можно найти на соответствующих веб-сайтах учреждений и организаций, перечисленных в глоссарии в конце этого сообщения. В зависимости от продукта, который вы отправляете, куда вы отправляете и как, грузоотправитель должен будет соблюдать применимые требования к упаковке текущей редакции Типовых правил ООН по перевозке опасных грузов и требованиям других нормативных документов. органы (ICAO, IATA, IMDG, ADR, DOT, RID) в зависимости от предполагаемого вида транспорта; автомобильным, железнодорожным, воздушным, морским или мультимодальным транспортом.

Необходимо внимательно изучить любые дополнительные требования, предъявляемые различными видами транспорта. Дополнительные требования и ограничения могут быть наложены различными перевозчиками, многие из которых касаются перевозки литиевых батарей.
Для упаковки может потребоваться официальное тестирование, чтобы доказать, что она будет защищать ее содержимое во время транспортировки при падении, штабелировании, влажности и т. Д., Прежде чем будет разрешено перевозить литиевые элементы и батареи . К счастью, этот тип квалифицированной упаковки легко доступен и предварительно отобран у поставщиков по всему миру.

В настоящее время ежегодно отгружаются миллиарды батарей. Аварии с литиевыми батареями на транспорте очень редки благодаря правилам и высоким стандартам для воздушных, автомобильных, морских и железнодорожных перевозок. На первый взгляд это может показаться непростой задачей, но, напротив, совсем не сложно доставить ваши аккумуляторы или устройства с батарейным питанием, вам просто нужно знать, что вы делаете, прежде чем начинать! И вам необходимо убедиться, что выбранный вами оператор связи соответствует требованиям и регулярно публикует исправления.

Если вам нужен совет о том, как перевезти аккумуляторы Saft для Интернета вещей, свяжитесь с Saft по адресу [email protected], где ваш запрос будет направлен опытному специалисту Уэйну Питту, который поможет вам путь к безопасной подготовке ваших отправлений в соответствии с международными транспортными правилами.

Глоссарий

Сайт BAJ | Обязательно соблюдайте следующее при использовании литий-ионных батарей.

Меры предосторожности при обращении с литий-ионными аккумуляторами Не оставляйте литий-ионные батареи в местах, подверженных воздействию прямых солнечных лучей, таких как приборная панель автомобиля или подоконник, или подверженных воздействию высоких температур, например, в автомобиле, припаркованном на солнце.Это может вызвать утечку литий-ионного аккумулятора. Не оставляйте литий-ионные батареи рядом с источниками тепла, такими как плита. Это может привести к перегреву, взрыву или возгоранию. Примечания по использованию литий-ионных батарей Перед использованием литий-ионного аккумулятора обязательно прочтите руководство по эксплуатации и все предупреждения на устройстве. Не проливайте воду, соленую воду, сок или другие жидкости на литий-ионный аккумулятор. Это может привести к выходу из строя защитной схемы, встроенной в аккумулятор, что приведет к заряду аккумулятора ненормальным током или напряжением, что приведет к перегреву, взрыву или возгоранию. Используйте зарядное устройство и адаптер переменного тока, предназначенные для литий-ионной батареи. Другие зарядные устройства или адаптеры переменного тока могут иметь другие характеристики зарядки, что может привести к перегреву и другим проблемам. Литий-ионный аккумулятор имеет определенную ориентацию положительных и отрицательных полюсов. Не вставляйте аккумулятор с силой в зарядное устройство или другое устройство, если оно не подходит. Подключение аккумулятора с перевернутыми положительными и отрицательными клеммами приведет к неправильной зарядке и может вызвать аномальные химические реакции внутри, которые приведут к утечке, перегреву, взрыву или возгоранию. Не подключайте литий-ионный аккумулятор напрямую к электрической розетке или гнезду прикуривателя автомобиля без использования зарядного устройства. Это может привести к поражению электрическим током или приложению высокого напряжения, которое создает слишком большой электрический ток, в результате чего литий-ионный аккумулятор выделяет тепло, взрывается или загорается. Не заряжайте литий-ионные аккумуляторы в местах, подверженных воздействию прямых солнечных лучей, например, на приборной панели автомобиля или на подоконнике, или в местах, подверженных воздействию высоких температур, например в автомобиле, припаркованном на солнце.Высокие температуры могут активировать встроенный защитный механизм, предназначенный для предотвращения несчастных случаев, предотвращая зарядку аккумулятора, или цепь защиты может сломаться, что приведет к подаче аномального тока или напряжения при зарядке и приведет к перегреву, взрыву или возгоранию. Не бросайте литий-ионные батареи в огонь, не нагревайте их на горячей плите или другими способами. Это не только приведет к расплавлению изолятора, повреждению газоотводного отверстия и механизма защиты, но также приведет к перегреву, взрыву или возгоранию. Не соединяйте положительную и отрицательную клеммы литий-ионной батареи с металлическими предметами. Не переносите и не храните литий-ионный аккумулятор вместе с металлическими предметами, такими как ожерелья, заколки для волос, монеты и ключи. Металлические предметы могут вызвать короткое замыкание положительной и отрицательной клемм литий-ионной батареи, что приведет к возникновению большого электрического тока, что может привести к перегреву, взрыву или возгоранию батареи или перегреву металлического предмета. Не бросайте литий-ионные батареи, не роняйте их с высоты и не подвергайте сильным ударам иным образом.Это может привести к деформации аккумулятора и повреждению встроенной схемы защиты. Это может привести к тому, что аккумулятор будет заряжен ненормальным электрическим током или напряжением, что приведет к перегреву, взрыву или возгоранию. Не забивайте гвоздь в литий-ионный аккумулятор, не ударяйте по нему молотком и не раздавливайте ногами. Это может деформировать литий-ионный аккумулятор и сломать встроенный механизм защиты, что приведет к перегреву, взрыву или возгоранию. Не наносите припой непосредственно на клеммы литий-ионного аккумулятора.Тепло расплавит изолятор, повредит газоотводное отверстие и защитный механизм и приведет к перегреву, взрыву или возгоранию. Не кладите литий-ионный аккумулятор в микроволновую печь, контейнер под давлением или другие подобные устройства. Внезапный нагрев может привести к повреждению уплотнения, что приведет к перегреву, взрыву или возгоранию. Не кладите горючие материалы на литий-ионный аккумулятор или над ним во время зарядки или разрядки. Это может привести к перегреву, взрыву или возгоранию. Не разбирайте и не модифицируйте литий-ионную батарею. Литий-ионные батареи имеют газоотводное отверстие и встроенный механизм защиты для предотвращения несчастных случаев. Их повреждение может привести к перегреву, взрыву или возгоранию аккумулятора. Если электрическое устройство не используется в течение длительного периода времени, извлеките литий-ионные батареи из устройства и храните их в сухом месте. Храните устройства, содержащие батарейки, и сами батарейки в недоступном для детей месте.Неправильное обращение с литий-ионными аккумуляторами опасно. Храните батарейки в недоступном для детей и домашних животных, чтобы предотвратить их лизание, глотание, жевание и т. Д. Литий-ионные батареи имеют ограниченный срок службы. Если батареи требуют постоянной подзарядки, замените их новыми. Если литий-ионный аккумулятор издает запах, перегревается, обесцвечивается, деформируется или реагирует необычным образом во время использования, зарядки или хранения, извлеките его из устройства или зарядного устройства и больше не используйте.Продолжение использования таких батарей может привести к перегреву, взрыву или возгоранию. Если батарея протекает или издает необычный запах, немедленно извлеките ее и поместите подальше от открытого огня. Утечка электролита легко воспламеняется и может вызвать взрыв или возгорание аккумулятора.

Как отправить литий-ионные батареи в 2020 году

В наши дни многие продукты питаются от батарей. И, естественно, многие из этих продуктов отправляются по всему миру.Проблема здесь в том, что эти батареи могут быть опасными и представлять угрозу безопасности, если они не упакованы и не отправлены должным образом. Эта статья покажет вам, как доставить литиевые батареи, не подвергая никому риск.

В каких продуктах есть литиевые батареи?

Вы можете этого не осознавать, но многие продукты и устройства, которые вы используете каждый день, содержат литиевые батареи. И, поскольку люди обращаются к онлайн-рознице, эти продукты отправляются по всему миру.Вот почему так важно, чтобы эти продукты и аккумуляторы были отправлены с осторожностью. Некоторые потребительские товары, в которых используются эти типы аккумуляторов, включают:

• Ноутбуки
• Планшеты
• Мобильные телефоны
• iPhone
• iPad
• Медицинские приборы
• Электроинструменты
• Измерительное оборудование
• Дроны Внешние автоматизаторы (AEDibr16) ).

Все эти устройства содержат батареи, которые классифицируются как опасные товары, и для этого есть веские причины.Вот несколько причин, по которым важно, чтобы ваши грузы соответствовали правилам перевозки литиевых батарей:

• Они легко воспламеняются и могут вызвать пожар при неправильной упаковке
• Они чутко реагируют на факторы окружающей среды
• короткое замыкание

Учитывая все это, очень важно, чтобы розничные продавцы и выбранные ими курьерские службы уделяли время тому, чтобы во время транспортировки эти литиевые батареи были правильно декларированы, упакованы, маркированы и хранятся надлежащим образом.

Правда о пересылке аккумуляторов по почте

Если вы когда-нибудь задумывались, «можно ли отправить аккумуляторы по почте?» тогда вам будет приятно узнать, что краткий ответ – да. Но это немного сложнее, чем положить аккумулятор в конверт и отправить его по почте. Чтобы снизить вероятность взрыва или повреждения ваших литиевых батарей во время транспортировки, вам следует использовать надежного курьера, у которого есть инструкции по доставке этих опасных предметов. К ним относятся

. Основная причина, по которой вы должны доверить этим курьерам задачу по доставке литиевых батарей наземным / морским транспортом / самолетом, заключается в том, что у них есть обученный персонал, который понимает, как работают литиевые батареи и как с ними безопасно обращаться.Они также понимают все подробные правила, которые необходимо соблюдать при транспортировке этих батарей.

Каковы требования для отправки этих устройств по почте?

Если вы планируете отправлять литиевые батареи, вам необходимо соблюдать определенные правила и требования. Некоторые из них включают:

• Литиевые батареи весом более 35 кг должны быть одобрены национальными властями перед отправкой
• Неисправные или поврежденные литиевые батареи не подлежат транспортировке
• Батареи должны быть упакованы для предотвращения короткого замыкания во время транспортировки
• Отработанные литиевые батареи, предназначенные для переработки, не следует перевозить по воздуху, если они не одобрены национальными властями и авиакомпанией
• Любая упаковка с транспортной этикеткой литиевой батареи также должна быть помечена как опасный груз и иметь необходимую документацию. для обеспечения безопасности может потребоваться специальная упаковка.

Литий-металлические батареи
Это батареи, в которых в качестве анода используется литий.Они имеют долгий срок службы и могут выдавать напряжение от 1,5 до 3,7 В. Однако не каждый курьер принимает посылки, содержащие литий-металлические батареи. Например, DHL запрещает отправку незакрепленных литий-металлических батарей с помощью службы DHL Time Definite Service.

Литий-ионные батареи
Основная характеристика литий-ионных батарей заключается в том, что они перезаряжаемые и поэтому часто используются в портативной бытовой электронике. Это батареи, которые нельзя сдать вместе с багажом во время полета.Однако, поскольку продукты с такими батареями очень распространены, многие курьеры принимают эти батареи, если они тщательно упакованы. DHL Express – одна из таких служб, которая принимает литий-ионные аккумуляторы.

Последствия несоблюдения требований
Курьеры, авиакомпании и правительства не зря руководствуются правилами по использованию аккумуляторов. Они могут быть опасными, если с ними не обращаться осторожно, а с последствиями будет трудно справиться.

В лучшем случае несоблюдение этих правил может означать, что ваш груз отклонен выбранным курьером, и вы не сможете доставить аккумулятор туда, куда он должен быть доставлен.

Однако, если вы наполовину декларируете свой товар и вас поймают, вы можете оказаться на линии и столкнуться с более серьезными последствиями. В наши дни большинство опасных грузов проверяются на предмет несоответствия, а штрафы могут достигать десятков тысяч долларов; Ваш бизнес также может быть занесен в черный список, и в будущем его отгрузка будет запрещена.

К сожалению, несоблюдение требований также может привести к трагическим последствиям. Если ваш аккумулятор не соответствует нормативным требованиям – возможно, он неправильно упакован и неправильно маркирован – это может привести к возгоранию или другой опасной ситуации.В результате этого произошли многочисленные авиакатастрофы и затопления лодок – и связанные с этим смертельные случаи.

10 советов по безопасной отправке аккумуляторов по почте

Чтобы убедиться, что вы в безопасности, вы должны убедиться, что ваши отправления соответствуют правилам перевозки аккумуляторов. Вот несколько советов по безопасной транспортировке литиевых батарей:

• Убедитесь, что батареи и клеммы хорошо защищены от короткого замыкания
• Закройте клеммы изолирующими непроводящими материалами
• Упакуйте каждую батарею полностью закрытой внутренняя упаковка для защиты клемм
• Не кладите тяжелые предметы на упакованные батареи
• Держите батареи подальше от других металлических предметов, которые могут вызвать короткое замыкание
• Избегайте включения устройств с установленными батареями во время транспортировки
• Наденьте защитное покрытие переключатели любого устройства с этими батареями для предотвращения случайного включения во время транспортировки
• Не храните батареи в условиях сильной жары
• Убедитесь, что батареи не повреждены или неправильно вставлены в устройства
• Поместите устройство в упаковку, чтобы избежать движения, которое может привести к случайной активации
• Пометьте посылку, чтобы было очевидно, что она ins литиевые батареи или опасные грузы.

Доставка аккумуляторов, установленных в потребительских товарах

Если ваш бизнес электронной коммерции требует, чтобы вы отправляли потребительские товары или продукты с установленными литиевыми батареями, вы должны знать, что вам придется преодолеть несколько препятствий, прежде чем вы сможете доставить свои товары в ваши клиенты. Это потому, что доставка товаров с батареями намного сложнее, чем обычная доставка.

Существует ряд правил, которые вы должны соблюдать, как государственных органов, так и международных организаций и курьеров.Эти правила могут включать в себя такие правила, как:

• Утверждение доставки вашего продукта национальными властями / курьером.
• Обеспечение надлежащей маркировки груза (может потребоваться этикетка «Опасные грузы»
• Упаковка груза в соответствии с конкретными инструкциями (например, для этого могут потребоваться специальные коробки или изоляционный материал).
• Возможно, вам потребуется упаковать ваш груз лицом, имеющим действующий сертификат HazMat

Во многих случаях вам также может потребоваться собрать несколько документов и сертификатов, прежде чем курьер примет вашу посылку для отправки.Ниже приведены некоторые документы, которые могут вам понадобиться для доставки литиевых батарей, содержащихся в продукте, однако вам следует проверить, требует ли ваш курьер что-либо конкретное, что не указано здесь:

• Контракт на перевозку опасных грузов: Некоторые курьеры, такие как UPS , попросит подписать отдельный договор на отправку посылки с литиевыми батареями; это рассматривается в индивидуальном порядке, поэтому вам нужно будет проверить, необходимо ли это для вашего груза.
• Паспорт безопасности материала (MSDS): Этот документ требуется для грузов, содержащих потенциально опасные материалы; Ваша авиакомпания или курьер могут попросить показать это, прежде чем они примут ваш груз.
• UN38.