Чем отличается литий полимерный аккумулятор от ионного

Литиевые аккумуляторы на сегодняшний день являются наиболее совершенными источниками запасаемой электрической энергии. Высокие эксплуатационные и технические характеристики делают их незаменимыми при использовании в портативных устройствах с повышенными требованиями к качеству питания. Литий-ионные и литий- полимерные аккумуляторы имеют некоторые отличия, но в целом технологии и области применения очень похожи. Оба типа аккумуляторов имеют одинаковое напряжение единичной ячейки, используют идентичные зарядные устройства.

История развития технологии

Зарождение технологии литиевых батарей началось в 1912 году. Первые попытки создать перезаряжающиеся источники энергии потерпели неудачу из за чрезвычайно высокой активности лития, приводившей к взрывам и самовозгораниям. Дальнейшие усилия были направлены на обеспечение безопасности во время заряда и использования, поиск новых, более дешёвых материалов и химических составов.

Первые действующие образцы Li-ion батарей с жидким электролитом появились в начале девяностых годов. Пионером практического использования технологии в бытовых устройствах стала корпорация SONY. В дальнейшем произошёл бурный рост популярности новых источников питания.

В процессе эволюции разработчики нашли способ отчасти избавиться от проблем, присущих Li-ion батареям с жидким электролитом. Такой заменой выступили относительно твёрдые полимеры в виде ионопроводящих плёнок. Применение полимерного электролита вывело технологию литиевых батарей на более высокий уровень безопасности. В связи с отсутствием необходимости иметь прочный металлический корпус, полимерные батареи могут изготавливаться толщиной от 1 мм, способны принимать практически любую форму, встраиваться в любую конфигурацию оборудования. Использование полимеров значительно снижает риск возникновения проблем при неправильном использовании. В качестве меры обеспечения безопасности, в большинстве случаев встроенный модуль электронной защиты является обязательным компонентом Li-ion и Li-poly батарей.

Сходство и различия

Основные различия батарей заключаются во внутреннем устройстве и применяемых технологиях изготовления. При этом основные электрические и эксплуатационные характеристики по большей части схожие.

Li-ion

Ячейка состоит из корпуса с анодом, катодом и сепаратором, пропитанным жидким или гелеобразным электролитом. Наличие жидкого электролита требует прочного металлического корпуса, что ограничивает конструкцию в свободе выбора формы. Как правило, это цилиндрические элементы, типа 18650, похожие на привычные солевые и щелочные батарейки или никелевые аккумуляторы, только другого размера. Изменение габаритов сделано с целью предотвращения попыток заряда неспециализированными зарядными устройствами и использования вместо обычных элементов, так как имеются отличия в технологии заряда и напряжении ячеек.

Li-poly

Содержат внутри сухой, либо с небольшим процентом геля, полимерный заполнитель. В качестве электролита используется полимерный наполнитель, который не проводит электричество, но не препятствует обмену ионами между анодом и катодом. Полностью сухой полимерный электролит не способен работать при комнатных температурах, так как нормальный ионообмен в полимере начинается только при температуре от 60°С и выше. По этой причине технология сухого полимера широкого практического распространения в быту не получила. То, что сегодня называется литий полимерным аккумулятором, является гибридом в виде полимера с добавлением небольшого количества геля. Полимерные батареи свободны от ограничений форм и размеров.

Литий полимерный и литий ионный аккумулятор имеют небольшую разницу энергетических характеристик.  Вследствие лучшей проводимости жидкого электролита ионные ячейки обладают лучшими характеристиками.

Причины популярности

Литиевые аккумуляторы  обладают рядом положительных качеств, обусловивших их широкое распространение, таких как:

• высокая плотность энергии на единицу объёма;
• возможность быстрого заряда;
• способность отдавать в нагрузку токи, кратные емкости;
• низкий саморазряд;
• небольшая удельная масса;
• отсутствие необходимости обслуживания в течение всего срока службы.

Обозначенные положительные качества в разной мере присущи обоим типам аккумуляторов. Небольшая разница заключается в особенностях конструкции. Так, Li-ion элементы обладают несколько большей массой из-за присутствия металлического корпуса. Li-poly заключены в лёгкий пластиковый контейнер или плотную плёнку, что снижает габариты и массу изделия.

Напряжение единичной ячейки у обоих типов одинаковое и составляет около 3,7В. Алгоритмы зарядки полностью идентичны, что позволяет использовать одни и те же зарядные устройства (ЗУ) для любых литиевых аккумуляторов.

Комфортные условия работы батарей создаются при комнатной температуре, около 20°C. Оптимальные условия хранения достигаются при температуре 0-10°С с уровнем заряда 40%. При соблюдении таких условий, саморазряд исправных аккумуляторов находится на уровне 2-3% в год с минимальной потерей ёмкости.

Энергоёмкость Li-poly незначительно уступает Li-ion вследствие худшей проводимости полимерного электролита. Остальные характеристики практически идентичны.

Недостатки

Технология обладает и некоторыми недостатками, среди которых:

• повышенная требовательность к режимам заряда и разряда
• подверженность старению
• вероятность воспламенения, взрыва.

Литиевые батареи особенно требовательны к условиям и режимам заряда. Отклонение максимального напряжения всего на десятые доли вольта приводит к их быстрой деградации и выходу из строя. Ни в коем случае нельзя применять ЗУ для NiCa, NiMH, щелочных и свинцовых аккумуляторов.

Литиевые аккумуляторы обоих типов в равной мере подвержены старению. При покупке следует обращать внимание на дату выпуска. Если срок хранения с момента производства более одного года, от покупки такого источника питания лучше воздержаться.

Технология производства постоянно совершенствуется и всё же проблемы с безопасностью имеют место. Как правило, они связаны с нарушением условий хранения и эксплуатации. Высокие температуры, превышение номинального тока нагрузки, использование неспециализированных ЗУ являются основной причиной проблем.

Подводя итоговое сравнение, не касаясь тонкостей вроде химического состава электродов и электролита, основные отличия сведены в таблицу:

Основные отличия для обычного пользователя несущественны, так как большая часть портативных устройств изначально комплектуется тем или иным типом батареи и покупателю нет необходимости уточнять или выбирать их. Оба типа батарей имеют сходные электрические характеристики и могут использоваться взамен друг друга, если позволяют габариты. Исключение составляют особые случаи, когда требуются повышенные разрядные токи, низкая масса. Например, мощный беспроводной электроинструмент, тяговые батареи электромобилей или авиамоделизм.

В чем разница между литий-ионным и литий полимерным аккумулятором: видео

Читайте также:

• Как правильно заряжать литий полимерный аккумулятор
• Как правильно заряжать литий ионные аккумуляторы
• Вздулся аккумулятор в телефоне — что делать