Li-Ion или Li-Polymer- Аккумуляторы

Лучшие современные малогабаритные гальванические источники питания — это элементы, использующие в качестве активного компонента соединения лития. Этот материал имеет самую меньшую массу из всех доступных для практического использования металлов, благодаря чему он обладает самым большим электрохимическим потенциалом. Это позволяет получать наиболее высокую плотность тока на единицу веса изготовляемых батарей.

Элементы питания, изготовленные по технологии, использующей литиевые электроды и включения этого металла в состав электролита, имеют прекрасные технические параметры, высокую емкость, большой рабочий ток, долговечность и компактность.

Одними из наиболее распространенных видов таких АКБ являются литий-ионные (Li Ion) и литий-полимерные (Li Polymer) изделия. Они имеют много схожих конструктивных особенностей, но и некоторые различия, влияющие на их эксплуатационные характеристики.

Рассмотрим подробнее, какие особенности и отличия имеют аккумуляторы, изготовленные по этим технологиям.

«Литий-ионный полимерный» аккумулятор (Li-ion-Polymer) — что это такое?

В любом современном устройстве применяется не истинный Li-Polymer, а выполненный в «мягкой» оболочке с немного изменённым гелеобразным электролитом литий-ионный аккумулятор. Для правильного обозначения используются особые аббревиатуры.

Завидев надпись «Li-ion Polymer», многие пользователи поневоле впадают в ступор.

Мы рассказывали, что так делает компания Apple при печати стикеров на ячейки для iPhone. Также «литий-ионным полимерным» обозначают аккумуляторы Xiaomi, Huawei и других производителей.

Делать выбор, какую технологию применить в смартфоне, планшете, ноутбуке должны инженеры и разработчики электроники. И уж точно никак не простые люди.

Поэтому никто в корпорациях не заботится о каких-то удобных маркировках или маркетинговых пояснениях «что лучше».

И всё же мы постарались объяснить, исходя из каких соображений в одних моделях ставят Li-ion, а в других Li-Polymer.

Современный li pol (LiPo) аккумулятор представляет собой результат технологического перехода к новому типу батареи с сухим или гелевым электролитом.

По электрохимическому типу это литий-ионный заряжаемый элемент питания, способный выдавать напряжение 3,3 — 4,2 В с номиналом 3,7 В и значительным разбросом емкости от 40 до 8000 мАч.

Главным стимулом для его разработки послужило понимание необходимости создать батарею без жидкой составляющей в банке — это позволило уменьшить габариты изделия и существенно расширить ряд типоразмеров.

Где применяются?

Для портативных устройств, таких как смартфоны и ноутбуки, иногда оптимальнее выбирать форм-фактор pouch-cell, в котором изготавливают только ячейки Li-Polymer. По этой же причине всё чаще они размещаются в таких приложениях, как электроинструмент и электромобили.

Такой тип литиевого аккумулятора (Li-Po/Li-Poly) используется, например, в смартфонах, также в ряде «Айфонов».

Литий-полимерные аккумуляторы несколько лет назад были распространены значительно меньше традиционных литий-ионных. Их дороже производить, сложнее обеспечить безопасную перевозку из-за мягкого незащищённого корпуса, большие партии обходятся дороже в сравнении с традиционными литий-ионными ячейками.

Раньше их применяли в основном в радиоуправляемых моделях, квадрокоптерах, в очень маленьких гаджетах (вроде фитнес-браслетов или электронных сигарет). Сегодня Li-Polymer встречаются уже по всему списку приложений Li-ion. Их иногда помещают в жёсткие корпуса, они становятся доступнее и по цене.

Емкость маркировка, виды и размеры литий полимерных аккумуляторов

Емкость li pol или LiPo батарей за счет вариаций типоразмеров, конструкции и типа сборки распределена в широком диапазоне. У надежного производителя РОБИТОН li pol аккумуляторы выпускаются с показателем 40 — 8000 (и более) мАч. Основные потребительские и эксплуатационные характеристики отражены в маркировке:

Например, LiPol АКБ ROBITON LP383450 3.7В 800мАч PK1 имеет размеры 4 х 34 х 50 мм, первое измерение округлено вверх до 4 при фактической толщине 3,8 мм, оснащен защитной платой, накапливает 800 мАч энергии. Подобрать типоразмер одноэлементного аккумулятора можно под любое устройство, в том числе и под установку на планке для соединения в батарею.

Безопасны ли LiPo аккумуляторы?

Особенность конструкции LiPo элементов питания считается повышенный уровень безопасности при использовании и хранении.

Пластинчатый твердый и гелевый электролит в герметичном корпусе в отличие от АКБ с жидким наполнением не вытекает. Это существенно снижает сразу несколько рисков.

Известная для всех АКБ проблема вздутия для LiPo аккумуляторов менее фатальна за счет гибкости корпуса. Но эксплуатировать вздутый элемент нельзя! Это может привести к разрыву корпуса.

Важным критерием безопасности является температура — LiPo элементы чувствительны к перегреву при зарядке и использовании. Нагрев может вызвать эффект «перезаряда» из-за снижения внутреннего сопротивления, а это опасно.

Как заряжать LiPo аккумуляторы в эксплуатационном режиме

Важно! — у LiPo батарей нет эффекта памяти! Применять к ним цикл полного разряда и полного заряда не имеет смысла, скорее это даже вредит изделию.

Начинать подзарядку можно с любого значения, но следует помнить, что общее количество циклов составляет примерно 500, потом начинается деградация элемента и потеря емкости сначала около 20 %.

Полный цикл от 0 до 100 % имеет смысл только в тех случаях, когда на устройстве, в котором установлен LiPol аккумулятор, неправильно работает контроллер питания, нужна калибровка этого элемента. Проводить ее стоит не чаще чем в 2 — 3 месяца. Допускать полный разряд и хранение литиево-полимерного аккумулятора в таком состоянии не рекомендуется.

LiPo аккумулятор заряжается с постоянным балансом тока и напряжения. Контроллер зарядного устройства изменяет эти параметры в определенном порядке.

При заряде сборки из литиево-полимерных батарей необходимо применять зарядные устройства с балансировкой банок, чтобы не возникало перетока заряда между элементами.

Ток заряда li pol аккумуляторов

Ток заряда регулируется зарядным устройством и контроллером защитной платы. Он находится в пределах 0,5 — 1 А. Попеременный заряд выполняется автоматически с преобладанием по току или напряжению.

Для LiPo АКБ сила тока важнее, чем напряжение.

Применять самодельные зарядки нельзя! При превышении порога тока АКБ вздуется.

Хранение и эксплуатация lipo литий полимерных аккумуляторов

Длительность службы определяется количеством циклов заряда и разряда по факту. Обычно LiPo аккумулятор сохраняет работоспособность в пределах 500 — 600 циклов, но эта цифра меняется по мере развития технологии. Использование в условиях критических температур и повышенного разряда, частое доведение до нулевого уровня могут снизить срок службы элемента.

Рабочая температура

Литий полимерный аккумулятор эффективно работает при положительных температурах, не превышающих 50 — 60 С. При охлаждении до 0 С возможно некоторое снижение емкости, но оно будет незаметно для мобильного устройства. Температура ниже -18 С может быть критичной для работы батареи, возможен очень быстрый разряд.

При этом важно помнить, что температура воздуха и батареи отличаются — если вы совершаете звонок с мобильного телефона на морозе, то батарея просто не успевает остыть до потери работоспособности. Но если подержать телефон на морозе без защиты минут 15, то батарея остынет и сразу потеряет заряд.

Утилизация литиевых аккумуляторов

Утилизация LiPo аккумуляторов возможна только на специальном оборудовании с извлечением электролита. Разбирать эти батареи нельзя! — это может привести к нагреву и пожару.

Выбрасывать литий полимерные батареи можно только в специальные контейнеры, приняв меры к тому, чтобы выводы не соприкасались. При повреждении корпуса следует

• поместить элемент в герметичную не проводящую ток тару
• обеспечить отсутствие контакта с влагой
• использовать защитные перчатки
• желательно защитить лицо и глаза от попадания геля и возможного повышения температуры.

Литий-ионный (Li-ion)

У ячеек Li-ion жёсткий прочный (пластиковый или металлический) корпус (призматический или цилиндрический). Конструкция выполнена так, чтобы ячейки было безопасно извлекать и перевозить.

Внутри элемента помимо анода, катода и (не всегда) контроллера размещён жидкостный электролит. Обычно в виде литиевой соли в органическом растворителе. Электролит помогает проводить электричество между электродами.

 

Отличия литий-ионного от литий-полимерного аккумулятора

Во всех известных смартфонах, планшетах, ноутбуках, смарт-часах и других портативных гаджетах наиболее подходящий тип аккумулятора рассчитывается на этапе проектирования.

В «Battery University» (база знаний об аккумуляторах от международного инженерного сообщества) говорится, что в современных гаджетах практически не встречаются литиевые батареи на основе полимера. Нам предлагают литий-ионные полимерные батареи, в которых применяется ламинированная оболочка вместо жёстких корпусов, как у обычных литий-ионных батарей.

Чаще всего литий-полимерной батареей называют литий-ионный аккумулятор с тем же самым жидкостным электролитом, только загущенным и в эластичной полимерной оболочке с компактными габаритами.

Применение Li-Polymer позволяет

• устанавливать аккумуляторы в более изощрённых формах,
• компактнее размещать контроллер.

Например, так увеличивают ёмкость или добавляют больше компонентов при сохранении прежних габаритов (смартфон остаётся тонким, но больше держит заряд и предлагает ещё одну камеру).

Принципиальное отличие li pol или LiPo АКБ от ранее появившихся изделий — отсутствие жидкого электролита в корпусе банки.

Поскольку и пластина, и гель являются компонентами полимерного типа, название LiPo применимо в обоих случаях. Но гелевый и гибридный тип АКБ проще в производстве, потому более распространен и стоит несколько дешевле.

Важно! — к литий полимерным не относятся изделия недобросовестных производителей в пластиковом корпусе с жидким электролитом. Это полностью обнуляет все преимущества технологии.

Однобаночные li pol или LiPo элементы можно соединять в батареи по общим принципам — последовательное соединение даст сумму напряжений, параллельное — сумму токов разряда. Но при зарядке таких батарей требуется обязательная балансировка.

Li pol элементы питания отличаются от литий ионных в основном по физическому состоянию электролита.

В первом случае используется твердый полимерный электролит, либо пластины с включениями гелеобразного электролита, а во втором случае электроды разделены жидким активным веществом.

Использование полностью сухого электролита снижает его активность, поэтому для улучшения эксплуатационных характеристик батарей, в него добавляют вкрапления гелевого полужидкого электролита.

Использование полимерной электролитной прослойки вместо пористого сепаратора, наполненного электролитом, усложняет технологический процесс и удорожает его, но позволяет получить более удобные и безопасные при эксплуатации источники питания.

В то же время, использование сухого полимера

• уменьшает активность электролита
• обеспечивает приемлемые электрические параметры только при высокой температуре.

В связи с этим при производстве большинства современных литий-полимерных источников используется гибридная технология, при которой в сухой полимерный материал добавляются вкрапления гелеобразного электролита. Это увеличивает его ионную электропроводность при сохранении высоких эксплуатационных характеристик.

Литий-ионный или литий-полимерный?

Обычный человек скорее всего не заметит никакой разницы между литий-ионными и литий-полимерными батареями, когда использует их. Однако разница есть.

Литий-полимерные батареи новее литий-ионных и имеют мягкий пластичный корпус (pouch-cell). Они легче, компактнее с более высокой плотностью энергии за счёт тесного размещения комплектующих.

Литий-полимерные аккумуляторы, которые доступны в продаже, истинно не являются твердотельными или «сухими».

Твердотельные Li-Polymer производят в небольшом количестве. Изготавливать их сложно из-за дорогостоящей технологии твердотельного электролита. Купить в розницу практически невозможно.

Сухие Li-Polymer практически вообще не заказывают для электроники. Сейчас их изготавливают редко. Этот тип полимерного электролита разработан в 1970-х, но так и не стал востребован из-за высокого внутреннего сопротивления ячеек и высокотемпературного режима работы.

Литий-ионный и литий-полимерный — это один и тот же тип аккумуляторов. Они могут иметь одинаковое время работы и характеристики. Лишь по-разному изготовлены ввиду предпочтений или ограничений производителя (сроки, бюджет, настроенные конвейеры).

Например, чтобы компактнее разместить внутри смартфона аккумулятор, Apple и Samsung делают его форму Г-образной. Такой фокус проще исполнить с Li-Polymer.

Но так делать дорого. Дизайн подходит в целом для топовых, дорогих и одновременно популярных моделей.

Г-образный аккумулятор в iPhone 12 Pro Max.

В гаджетах попроще с универсальными батареями изготавливают большие партии недорогих Li-ion в жёстких корпусах, которые к тому же и безопаснее перевозить. Они ничем не хуже, но с дизайном, как у флагманских тонких моделей, уже не разгуляешься.

Производители гаджетов вообще не любят об этом распространяться, потому что сложно объяснить и доказать (ведь даже на простую разницу Li-ion и Li-Polymer мы истёрли клавиатуру).

Что лучше выбрать li ion или li polymer

Между обоими видами батарей существует не столь большая разница, которая позволила бы сделать однозначный выбор в пользу того, или иного элемента питания. Выбор необходимого вида АКБ необходимо осуществлять в зависимости от каждого конкретного случая.

При необходимости использования компактных и неприхотливых батарей лучше остановить свой выбор на литий-полимерном варианте.

При необходимости обеспечить более долгий срок эксплуатации и получить более мощный разрядный ток, лучше использовать литий-ионный источник питания. Этот вариант является более приемлемым и при желании сэкономить средства на приобретении аккумулятора.

Оба вида аккумуляторов имеют отличные электрические характеристики, во много раз лучшие, чем у солевых, щелочных и металлогидридных элементов питания. При правильных условиях эксплуатации, недопущении сильного разряда и перезаряда, оба вида АКБ могут прослужить несколько лет, отдавая высокий ток и напряжение.

Какие есть отличия Li-Pol от Li-Ion в плане зарядки?

Существуют ли отличия в зарядных устройствах для аккумуляторов Li-Po и Li-Ion (литий-полимерных и литий-ионных)?

Если мы говорим о смартфонах и другой современной бытовой электронике, то для пользователя разницы в таких зарядниках нет.

У обоих типов аккумуляторов одинаковые материалы анода и катода, требуется одно и то же количество электролита. То есть заряжаются они по единым общим алгоритмам.

Однако есть некоторые отличия Li-Ion от Li-Pol, которые несущественны. Производители оправданно пренебрегают ими.

Некоторые профессиональные зарядные устройства предлагают особые продвинутые режимы зарядки. Так, например, предлагается выставить «Li-Ion» или «Li-Polymer». Разница будет в выборе напряжения для зарядки.

В теории у производителя должно быть техническое описание аккумулятора. В нём указано, какое напряжение следует выбирать для зарядки. То есть или 4,1В, или 4,2В. Но это в теории.

С точки зрения производителя аккумуляторов, зарядных устройств и мобильных гаджетов оба типа эквивалентны. В том числе и в плане зарядки.

Разница Li-Ion и Li-Polymer не учитывается инженером при выборе микросхемы зарядки.

Теперь вы знаете, что нет никакой разницы между зарядкой современных мобильных устройств на аккумуляторе Li-Ion (литий-ионном) и Li-Polymer (Li-Po/Li-Pol, то есть типичным литий-полимерным в электрохимической системе LCO, литий-кобальтовой).

А значит в обоих случаях вы можете использовать одно и то же зарядное устройство. Главное чтобы соответствовали спецификации адаптера и устройства.