Вы еще ничего не выбрали :(

Что лучше, литий-ионный или литий-полимерный аккумулятор?

11 октября 2018 г.

Статья об отличиях между Li-ion и Li-Pol аккумуляторами. Анализируем, какой аккумулятор лучше по разным критериям – литий-ионный или литий-полимерный.

Аккумуляторы производятся по различным технологиям, которые постоянно совершенствуются. На пике популярности сейчас находятся литий-ионные ячейки, но им составляют достойную конкуренцию литий-полимерные ХИТ. Фактически они стали усовершенствованной вариацией литий-ионных источников тока. В данной статье мы разберемся, чем отличается Li-ion от Li-Pol, каковы их характерные особенности, плюсы и минусы.

Аккумуляторы в виде батареек фото

Особенности элементов питания типа Li-ion

Литий-ионные ячейки состоят из катодного и анодного материалов, между которыми находится пористый сепаратор c пропиткой из жидкого электролита. В роли материала катода в них обычно выступает:

  • литий-марганцевая шпинель – LiMn2O4;
  • кобальтат лития – LiCoO2;
  • литий-феррофосфат – LiFePO4.

Впервые Li-ion аккумулятор был создан под брендом Sony в 1991 году. Благодаря малому саморазряду и высокому эксплуатационному ресурсу такие накопители энергии получили широкое распространение и постепенно вытеснили более ранние технологии (NiCd, NiMH). Немаловажными преимуществами литий-ионных элементов питания стали отсутствие эффекта памяти, простота зарядки, легкий вес, высокая плотность токов разряда и накапливаемой энергии.

Из Li-ion ячеек создаются аккумуляторные батареи разнообразных размеров, форм, напряжения и емкости. Они подходят для эксплуатации в широком температурном диапазоне – от -20 до +60 °С. Но работа в морозы и летний зной приводит к ускоренному старению химических источников тока. Для защиты от опасных состояний – перезаряда, критического падения напряжения, перегрева и т.д. – используется специальная защитная плата. Она оберегает ячейки и собираемые из них аккумуляторные батареи от возможного повреждения при выходе какого-либо параметра за допустимые пределы.

Особенности литий-полимерных аккумуляторов

Li-tion аккумулятор фото

Чтобы разобраться, что лучше, Li-polymer или литий-ионный аккумулятор, уточним различия между ними. Литий-полимерные ячейки содержат уже не пористый сепаратор с пропиткой из жидкого электролита, а сухой полимерный материал. Он не является электрическим проводником, но не препятствует движению и обмену между ионами. Новая технология обеспечила элементам питания еще более компактные размеры, высокую плотность энергии, улучшенные показатели надежности и безопасности.

С использованием литий-полимерной технологии можно создать химический источник тока любой формы и размера. Но изначально производители столкнулись со значительным недостатком Li-Pol ячеек – слабой проводимостью, которая препятствовала использованию таких ХИТ для питания современных портативных устройств. Решить проблему удалось благодаря применению гелеобразного электролита.

Современные Li-polymer элементы питания содержат мембрану с электролитом. Она создается из пористого полиэтилена или пропиленового разделителя, наполненного полимером. При взаимодействии с жидким электролитом он переходит в гелеобразное состояние. Благодаря своим особенностям, Li-polymer элементы широко применяются везде, где важны компактность, высокая безопасность и вариативность форм.

В чем разница Li-ion и Li-Pol аккумуляторов?

Ключевые отличия Li-ion и литий-полимерного аккумулятора приведены в сравнительной таблице:

Критерий оценивания

Li-ion

Li-Pol

Число циклов заряд-разряд

У литий-кобальтовых и литий-марганцевых ячеек – 500–1000, у литий-феррофосфатных – 1000–2000.

800–1000

Саморазряд

Низкий – до 6% в первый месяц, затем еще меньше. Защитный контур в среднем потребляет около 3%запасенной энергии ежемесячно.

Еще меньше – до 5% в месяц.

Эффект памяти

Нет

Нет

Масса (при равной емкости)

Немного больше

Низкая – благодаря использованию электролита в форме геля и частичному исключению из конструкции металлических компонентов.

Плотность энергии на единицу массы

Большая. У кобальт-литиевых элементов – 150–190 Втч/кг, у литий-марганцевых – 100–135 Втч/кг, у литий-феррофосфатных – 90–120 Втч/кг.

Еще выше – 130–200 Втч/кг.

Диапазон рабочих температур

От -20 до +60 °С, желательно – от 0 до +30 °С.

Аналогичный

Номинальное напряжение

3,6 В

3,7 В

Конечное напряжение разряда

2,8 В

3 В

Оптимальный ток нагрузки долях от значения емкости)

<1С

<1С

Пиковый ток нагрузки

˃2С

˃2С

Режим заряда

Заряд током 0,1…1С до 4,1…4,2 В, далее при неизменном напряжении.

Аналогичный

Формы

Цилиндрические и призматические. Разные типоразмеры, наиболее распространенный – 18650.

Очень гибкие, независящие от стандартных типоразмеров ячеек, толщина элементов от 1 мм.

Перепад напряжения при разряде

Незначительный

Незначительный

Требования к обслуживанию

Не требуется

Не требуется

Безопасность

Обязательно использование контура защиты от перезаряда, перегрева и других критических состояний.

Высокая. Риск возгорания при чрезмерном заряде – минимальный, благодаря полностью исключенной вероятности утечки электролита в окружающую среду.

Естественное старение

До 1% ежемесячно. При низких температурах – быстрее.

Менее активный. Примерно на 20% за 2 года.

Стоимость

Ниже

Выше – из-за использования более дорогостоящих технологий производства.


Чем лучше литий-ионные аккумуляторы?

Li-ion элементы питания хорошо известны потребителям. Они имеют очень широкую сферу применения, более низкую стоимость и стандартизированные типоразмеры, позволяющие с легкостью выбрать модель подходящих габаритов. Они успешно используются для питания цифровой техники, персонального электротранспорта, шуруповертов, инвалидных колясок, домашних роботов, мобильных аппаратов и многих других устройств.

Краткий перечень достоинств и недостатков литий-ионных источников тока приведен в таблице:

Преимущества

Недостатки

Высокая плотность энергии и разрядного тока.

Высокая чувствительность к перезаряду. Необходимость использования встроенной микросхемы-контроллера, не допускающей перегрева.

Отсутствие эффекта памяти.

Значительное снижение емкости при низких температурах.

Компактность и небольшой вес.

Опасность взрыва при перезарядке или механическом повреждении. Необходимость бережного отношения.

Долгий срок службы – более 1000 циклов.

Естественное старение.

Принятие высоких токов заряда, способность восполнить 90% емкости за 30–40 минут.

 

Нетребовательность к обслуживанию.

 

Малый саморазряд.

 

Выгодное соотношение цены и качества.

 

Способность работать при температуре от -20 до + 60 °С.

 


Чем лучше литий-полимерные аккумуляторы?

За счет отсутствия жидкого электролита в своем составе, литий-полимерные ХИТ максимально безопасны в применении, компактны и производятся во всевозможных конфигурациях, толщиной от 1 мм. Их оболочка нередко производится из легкого металлизированного полимера. Производством ХИТ с гель-полимерным электролитом занимается множество компаний. Они используют различные электродные материалы, формулы электролита и производственные технологии, поэтому и характеристики готовых продуктов отличаются.

Такие накопители энергии массово используются в мобильных телефонах, смартфонах, MP3-плеерах, другой портативной технике, квадрокоптерах, камерах видеонаблюдения, игрушках, страйкбольных ружьях. Основные достоинства и недостатки Li-polymer элементов приведены в таблице:

Преимущества

Недостатки

Возможность получения очень тонких аккумуляторов практически любой формы.

Чувствительность к низким температурам.

Повышенная безопасность эксплуатации – устойчивость к повреждениям, меньший риск утечки электролита, исключение вероятности взрыва или самовозгорания.

Чувствительность к перезаряду – по этой причине нельзя использовать элементы с нарушенной герметичностью или неисправным контроллером.

Высокая плотность энергии и разрядного тока.

Более высокая цена.

Отсутствие эффекта памяти.

 

Компактность и небольшой вес.

 

Долгий срок службы – до1000 циклов.

 

Нетребовательность к обслуживанию.

 

Замедленный процесс старения и саморазряда.

 

 

Выводы: выбираем между Li-ion от Li-Pol аккумуляторами

При выборе подходящего типа накопителя энергии нужно учесть сферу и условия его предстоящего применения, стоимость и степень безопасности. Литий-полимерные ХИТ оптимально подходят для применения в условиях, когда важно минимизировать вес и размеры источника питания с обеспечением максимальной безопасности. Но они чувствительны к минусовым температурам, поэтому не очень удобны для оснащения портативных устройств и инструментов.

Литий-ионные ячейки стоят дешевле, бывают цилиндрической или призматической формы и разнообразных типоразмеров. По большинству критериев они не уступают литий-полимерным элементам. На практике преимущества полимерных устройств малозаметны. Основные отличия заключаются в форме и величине аккумуляторов – Li-ion производятся стандартных типоразмеров, а Li-Pol – произвольной формы.

Технология производства Li-Pol и Li-ion аккумуляторов постоянно совершенствуется, приводя к устранению имеющихся недостатков. Элементы питания становятся еще более долговечными и безопасными в эксплуатации, уверенно справляются со своими задачами и успешно работают даже в жестких условиях. Что касается характеристик аккумуляторов, они больше зависят от качества используемого сырья и технологии изготовления, а не просто от типа катода.

Читайте в нашей предыдущей статье о том, как и чем правильно смазывать амортизационную вилку на велосипеде.

comments powered by HyperComments