È possibile scaricare completamente una batteria agli ioni di litio. Caricabatteria agli ioni di litio. Metodo di ricarica reversibile

Le batterie agli ioni di litio sono state recentemente ampiamente utilizzate nei più diversi dispositivi- dalle auto elettriche agli smartphone e ai giocattoli. Considerando che tali batterie sono estremamente esigenti sul livello di tensione durante la ricarica, è importante utilizzare caricabatterie standard. Se vuoi che qualcuno ti serva il più a lungo possibile, devi rispettare alcune semplici regole quando lo carichi. Quali sono queste regole per le batterie agli ioni di litio, lo diremo in questo articolo.

Prima di tutto, è importante capire che le moderne batterie agli ioni di litio differiscono in modo significativo dalle più comuni batterie precedenti al cadmio o all'idruro di litio metallico, sia nelle sfumature del processo di ricarica stesso, sia nelle caratteristiche di funzionamento e conservazione. Ciò significa che dovresti dimenticare i consigli che hai appreso in precedenza sui predecessori delle batterie agli ioni di litio e impararne di nuovi.

Caricamento corretto delle batterie agli ioni di litio.

Se stiamo parlando di una nuova batteria, deve essere caricata prima di utilizzarla in qualsiasi dispositivo. Per quanto riguarda le batterie di questo tipo per biciclette elettriche e altri veicoli elettrici, l'errore più comune quando si utilizzano le batterie per la prima volta è utilizzarle subito dopo l'acquisto. I conducenti alle prime armi spesso presumono che le batterie vengano vendute cariche. Questo è vero: i produttori caricano le batterie, ma solo la metà e senza la prima carica completa, la capacità e la durata della batteria si riducono.

Un altro punto importante è che non è consigliabile portare la batteria a una scarica completa. La batteria dovrebbe essere ricaricata dopo ogni viaggio anche più breve su un e-scooter o e-bike. Se impari questa regola, puoi aumentare significativamente la durata della batteria. Pertanto, subito dopo che la batteria agli ioni di litio si è scaricata, deve essere ricaricata.

Sfortunatamente, i venditori non qualificati spesso raccomandano agli acquirenti di portare la batteria a una scarica completa dopo la prima carica. Si sconsiglia vivamente di farlo, quindi si corre il rischio di affrontare un guasto improvviso di una nuova batteria. Forse i venditori negligenti fanno una raccomandazione del genere per motivi mercenari - dopotutto, quando la batteria si guasta, dovrai acquistarne una nuova.

Le batterie agli ioni di litio sono molto sensibili alle alte temperature, quindi fai attenzione a non surriscaldarle. Quando si utilizza la batteria a temperature entro +25 gradi, si ottengono la risorsa massima e la massima potenza di corrente. Pertanto, assicurarsi che la batteria non sia esposta al sole per lungo tempo ed evitare di riporre la batteria in una stanza dove la temperatura è superiore al massimo specificato.

Nel caso in cui il litio batteria agli ioniè rimasto a lungo al freddo, prima di caricarlo deve essere riscaldato a temperatura ambiente. Non è possibile caricare la batteria subito dopo essere stati al freddo. Tali sbalzi di temperatura improvvisi possono causare danni irreparabili alla batteria.

Il processo di ricarica di una batteria agli ioni di litio in sé non è difficile: è necessario prima collegarlo a un dispositivo di ricarica standard, quindi collegare il dispositivo alla rete elettrica. Dopo aver ricevuto una carica completa, scollegare semplicemente la batteria dal caricabatterie.

Le batterie agli ioni di litio non sono così esigenti come le loro controparti al nichel-metallo idruro, ma richiedono comunque un po' di manutenzione. Aderendo a cinque semplici regole, non solo puoi prolungare il ciclo di vita delle batterie agli ioni di litio, ma anche aumentare il tempo di funzionamento dei dispositivi mobili senza ricaricare.

Non consentire lo scarico completo. Le batterie agli ioni di litio non hanno un cosiddetto effetto memoria, quindi possono e, inoltre, devono essere caricate senza attendere che si scarichino a zero. Molti produttori calcolano la durata di una batteria agli ioni di litio come un numero di cicli di scarica completa (fino allo 0%). Per batterie di qualità, questo è 400-600 cicli... Per prolungare la durata della batteria agli ioni di litio, caricare il telefono più spesso. In modo ottimale, non appena la carica della batteria scende al di sotto del segno del 10-20%, è possibile caricare il telefono. Ciò aumenterà il numero di cicli di scarica a 1000-1100 .
Gli esperti descrivono questo processo con un indicatore come la profondità di scarica. Se il telefono è scaricato fino al 20%, la profondità di scarica è dell'80%. La tabella seguente mostra la relazione tra il numero di cicli di scarica di una batteria agli ioni di litio e la profondità di scarica:

Scarica ogni 3 mesi. Una carica completa per lungo tempo è dannosa per le batterie agli ioni di litio tanto quanto essere costantemente scaricate a zero.
A causa del processo di ricarica estremamente instabile (spesso ricarichiamo il telefono secondo necessità e dove funziona, da USB, dalla presa, da batteria esterna e così via.) Gli esperti consigliano di scaricare completamente la batteria una volta ogni 3 mesi, quindi caricarla al 100% e tenerla in carica per 8-12 ore. Questo aiuta a ripristinare i cosiddetti flag di carica della batteria alta e bassa. Puoi leggere di più su questo.

Negozio parzialmente carico... La migliore condizione per la conservazione a lungo termine di una batteria agli ioni di litio è tra il 30 e il 50 percento di carica a 15 ° C. Se la batteria viene lasciata completamente carica, la sua capacità diminuirà notevolmente nel tempo. Ma la batteria, che ha accumulato polvere sullo scaffale per molto tempo scaricata a zero, molto probabilmente non è più un inquilino: è tempo di inviarla al riciclaggio.
La tabella seguente mostra la capacità residua di una batteria agli ioni di litio in base alla temperatura di conservazione e al livello di carica se conservata per 1 anno.

Utilizzare il caricatore originale. Poche persone sanno che nella maggior parte dei casi il caricabatterie è integrato direttamente nei dispositivi mobili e l'esterno scheda di rete abbassa solo la tensione e rettifica la corrente dell'alimentazione domestica, cioè non influisce direttamente sulla batteria. Alcuni gadget, come le fotocamere digitali, non hanno un caricabatterie integrato e quindi le loro batterie agli ioni di litio sono inserite in un "caricatore" esterno. È qui che l'uso di un caricabatterie esterno di dubbia qualità al posto di quello originale può influire negativamente sulle prestazioni della batteria.

Non surriscaldare. Bene, il peggior nemico delle batterie agli ioni di litio è l'alta temperatura: non sopportano affatto il surriscaldamento. Pertanto, non consentire il contatto con dispositivi mobili luce solare diretta e non lasciarli nelle immediate vicinanze di fonti di calore come stufe elettriche. Temperature massime consentite alle quali è possibile utilizzare le batterie agli ioni di litio: da –40°C a +50°C

Inoltre, puoi vedere

Leggendo i "consigli per il funzionamento" delle batterie sui forum, ti chiedi involontariamente: o le persone hanno saltato la fisica e la chimica a scuola, o pensano che le regole per il funzionamento delle batterie al piombo e ioniche siano le stesse.
Cominciamo con i principi della batteria agli ioni di litio. Sulle dita, tutto è estremamente semplice: c'è un elettrodo negativo (di solito in rame), ce n'è uno positivo (in alluminio), tra di loro c'è una sostanza porosa (separatore) satura di elettrolita (impedisce il " transizione "non autorizzata" di ioni di litio tra gli elettrodi):

Il principio di funzionamento si basa sulla capacità degli ioni di litio di essere incorporati nel reticolo cristallino di vari materiali - solitamente grafite o ossido di silicio - con la formazione di legami chimici: di conseguenza, durante la carica, gli ioni sono incorporati nel reticolo cristallino, accumulando così una carica su un elettrodo, quando si scaricano, rispettivamente, tornano su un altro elettrodo , dando l'elettrone di cui abbiamo bisogno (chi è interessato a una spiegazione più accurata dei processi in corso - google intercalation). L'elettrolita utilizzato sono soluzioni contenenti acqua che non contengono un protone libero e sono stabili in un'ampia gamma di tensioni. Come puoi vedere, nelle batterie moderne tutto è fatto in modo abbastanza sicuro: non c'è litio metallico, non c'è nulla che possa esplodere, solo gli ioni scorrono attraverso il separatore.
Ora che tutto è diventato più o meno chiaro con il principio di funzionamento, passiamo ai miti più comuni sulle batterie agli ioni di litio:

Il primo mito. La batteria agli ioni di litio nel dispositivo non può essere scaricata allo zero percento.
In effetti, tutto sembra corretto e concorda con la fisica: quando viene scaricata a ~ 2,5 V, la batteria agli ioni di litio inizia a degradarsi molto rapidamente e anche una tale scarica può significativamente (fino al 10%!) Ridurne la capacità. Inoltre, quando si scarica a una tale tensione, non sarà più possibile caricarlo con un caricabatterie standard: se la tensione della cella della batteria scende al di sotto di ~ 3 V, il controller "intelligente" lo spegnerà in quanto danneggiato e se presente sono tutte queste celle, la batteria può essere trasportata nel mucchio della spazzatura.
Ma c'è una cosa molto importante, ma che tutti dimenticano: nei telefoni, tablet e altri dispositivi mobili, l'intervallo di tensione operativa sulla batteria è 3,5-4,2 V. Quando la tensione scende sotto i 3,5 V, l'indicatore mostra lo zero percento della carica e il dispositivo si spegne, ma fino a quando "critico" 2,5 V è ancora molto lontano. Ciò è confermato dal fatto che se colleghi un LED a una batteria così "scarica", può bruciare a lungo (forse qualcuno ricorda che i telefoni precedenti venivano venduti con torce accese da un pulsante indipendentemente dal sistema .spegni il telefono). Cioè, come puoi vedere, durante l'uso normale, non si verifica lo scarico a 2,5 V, il che significa che è del tutto possibile scaricare Akum allo zero percento.
Il secondo mito. Se il Li-Ion è danneggiato, le batterie esploderanno.
Tutti ricordiamo "esplosivo" Samsung Galaxy Nota 7. Tuttavia, questa è piuttosto un'eccezione alla regola: sì, il litio è un metallo molto attivo e non è difficile farlo esplodere nell'aria (e nell'acqua brucia molto intensamente). Tuttavia, le batterie moderne non utilizzano il litio, ma i suoi ioni, che sono molto meno attivi. Quindi, affinché si verifichi un'esplosione, è necessario impegnarsi al massimo: danneggiare fisicamente la batteria in carica (organizzare un cortocircuito) o caricarla con una tensione molto alta (quindi si danneggerà, ma molto probabilmente il controller lo farà si brucia semplicemente e non consente di caricare la batteria). Pertanto, se improvvisamente hai una batteria danneggiata o fumante tra le mani, non gettarla sul tavolo e scappare dalla stanza gridando "moriremo tutti" - mettila semplicemente in un contenitore di metallo e portala fuori sul balcone (in modo da non respirare la chimica) - la batteria sarà fumante per un po' e poi si spegnerà. L'importante è non inondarlo di acqua, gli ioni sono sicuramente meno attivi del litio, ma nonostante ciò, durante la reazione con l'acqua verrà rilasciata anche una certa quantità di idrogeno (e gli piace esplodere).
Il terzo mito. Quando la batteria agli ioni di litio raggiunge i 300 (500/700/1000/100500) cicli, diventa pericolosa e deve essere sostituita con urgenza.
Un mito, fortunatamente sempre meno in giro per i forum e senza alcuna spiegazione fisica o chimica. Sì, durante il funzionamento, gli elettrodi si ossidano e si corrodono, il che riduce la capacità della batteria, ma nient'altro che meno tempo lavoro autonomo e comportamento instabile al 10-20% della carica, questo non ti minaccia.
Il quarto mito. Non lavorare con batterie agli ioni di litio quando fa freddo.
Questa è più una raccomandazione che un divieto. Molti produttori vietano l'uso dei telefoni a temperature gelide e molti hanno sperimentato una scarica rapida e generalmente la disconnessione dei telefoni al freddo. La spiegazione è molto semplice: l'elettrolita è un gel contenente acqua e tutti sanno cosa succede all'acqua a temperature negative (sì, si congela in tal caso), rimuovendo così alcune aree della batteria dal lavoro. Ciò porta a una caduta di tensione e il controller inizia a considerarla come una scarica. Questo non è utile per la batteria, ma non è fatale (dopo il riscaldamento, la capacità tornerà), quindi se hai un disperato bisogno di usare il telefono quando fa freddo (usalo semplicemente - tiralo fuori da una tasca calda, guarda l'ora e nasconderlo non conta), quindi è meglio caricarlo al 100% e attivare qualsiasi processo che carichi il processore: questo si raffredderà più lentamente.
Il quinto mito. Una batteria agli ioni di litio gonfia è pericolosa e deve essere eliminata con urgenza.
Questo non è del tutto un mito, piuttosto una precauzione: una batteria gonfia può esplodere in modo banale. Da un punto di vista chimico, tutto è semplice: durante il processo di intercalazione, gli elettrodi e l'elettrolita si decompongono, a seguito del quale viene rilasciato gas (può anche essere rilasciato durante la ricarica, ma ne parleremo più avanti). Ma risalta molto poco, e perché la batteria sembri gonfia, devono passare diverse centinaia (se non migliaia) di cicli di ricarica (a meno che, ovviamente, non sia difettosa). Non ci sono problemi a liberarsi del gas: basta forare la valvola (in alcune batterie, si apre da sola a sovrapressione) e spurgarla (non consiglio di respirarli), dopodiché puoi coprire il foro con resina epossidica. Ovviamente, questo non riporterà la batteria alla sua capacità precedente, ma almeno ora non scoppierà sicuramente.
Sesto mito. Le batterie agli ioni di litio sono dannose per il sovraccarico.
Ma questo non è più un mito, ma una dura realtà - durante la ricarica, c'è una grande possibilità che la batteria si gonfi, scoppi e prenda fuoco - credimi, c'è poco piacere nell'essere spruzzato con l'elettrolita bollente. Pertanto, tutte le batterie hanno controller che semplicemente non consentono di caricare la batteria al di sopra di una certa tensione. Ma qui devi essere estremamente attento nella scelta di una batteria: i controller dell'artigianato cinese possono spesso fallire e penso che non sarai soddisfatto dei fuochi d'artificio dal telefono alle 3 del mattino. Naturalmente, lo stesso problema esiste nelle batterie di marca, ma in primo luogo, ciò accade molto meno spesso lì e, in secondo luogo, l'intero telefono verrà sostituito in garanzia. Di solito questo mito dà origine a quanto segue:
Il settimo mito. Quando raggiungi il 100%, devi rimuovere il telefono dalla carica.
Dal sesto mito, questo sembra ragionevole, ma in realtà non ha senso alzarsi nel cuore della notte e rimuovere il dispositivo dalla ricarica: in primo luogo, i malfunzionamenti del controller sono estremamente rari e, in secondo luogo, anche quando il 100% sull'indicatore viene raggiunta, la batteria viene ricaricata per un po' di tempo fino alle correnti basse molto, molto massime, che aggiungono un altro 1-3% della capacità. Quindi, in effetti, non dovresti essere così eccessivamente riassicurato.
Mito otto. Puoi caricare il dispositivo solo con il caricabatterie originale.
Il mito si svolge a causa della scarsa qualità dei caricabatterie cinesi - a una tensione normale di 5 + - 5% volt, possono emettere sia 6 che 7 - il controller, ovviamente, appianerà tale tensione per un po 'di tempo, ma nel migliore dei casi porterà alla combustione del controller, nel peggiore dei casi - a un'esplosione e (o) un guasto scheda madre... Succede anche il contrario: sotto carico, il caricabatterie cinese emette 3-4 volt: questo porterà al fatto che la batteria non può essere caricata completamente.

Come si può vedere da tutta una serie di malintesi, non tutti hanno una spiegazione scientifica, e ancor meno peggiorano effettivamente le caratteristiche delle batterie. Ma questo non significa che dopo aver letto il mio articolo, devi correre a capofitto e acquistare batterie cinesi economiche per un paio di dollari - tuttavia, per la durata, è meglio prendere le copie originali o di alta qualità di quelle originali.

I processi di carica e scarica di eventuali batterie ricaricabili procedono sotto forma di reazione chimica. Tuttavia, la ricarica delle batterie agli ioni di litio è un'eccezione alla regola. La ricerca scientifica mostra l'energia di tali batterie come il movimento caotico degli ioni. Le dichiarazioni degli esperti meritano attenzione. Se le batterie agli ioni di litio sono correttamente caricate scientificamente, questi dispositivi dovrebbero durare per sempre.

Gli scienziati vedono i fatti della perdita della capacità utile della batteria, confermati dalla pratica, negli ioni bloccati dalle cosiddette trappole.

Pertanto, come con altri sistemi simili, i dispositivi agli ioni di litio non sono immuni da difetti nel processo di utilizzo nella pratica.

I caricabatterie per i design agli ioni di litio hanno alcune somiglianze con quelli progettati per i sistemi al piombo.

Ma le principali differenze tra tali caricabatterie si vedono nella fornitura di tensioni sovrastimate alle celle. Inoltre, si notano tolleranze di corrente più strette, oltre all'esclusione della carica intermittente o flottante quando la batteria è completamente carica.

Un dispositivo di alimentazione relativamente potente che può essere utilizzato come dispositivo di accumulo di energia per progetti di fonti energetiche alternative

Se hanno una certa flessibilità in termini di connessioni/disconnessioni di tensione, i produttori di sistemi agli ioni di litio rifiutano fortemente questo approccio.

Le batterie agli ioni di litio e le regole di funzionamento di questi dispositivi non consentono la possibilità di un sovraccarico illimitato.

Pertanto, non esiste un cosiddetto caricabatterie "miracoloso" per batterie agli ioni di litio che possa prolungare la durata di servizio per molto tempo.

Non è possibile ottenere ulteriore capacità agli ioni di litio tramite la ricarica a impulsi o altri trucchi noti. L'energia agli ioni di litio è una sorta di sistema "pulito" che accetta una quantità di energia strettamente limitata.

Ricarica di batterie al cobalto

I design classici delle batterie agli ioni di litio sono dotati di catodi, la cui struttura è costituita da materiali:

cobalto,
nichel,
manganese,
alluminio.

Tutti sono solitamente caricati con tensioni fino a 4,20 V / I. La deviazione consentita non è superiore a +/- 50 mV / I. Ma ci sono anche alcuni tipi di batterie agli ioni di litio a base di nichel che possono essere caricate fino a 4,10 V/I.

Le batterie agli ioni di litio con miscela di cobalto sono dotate di circuiti di protezione interni, ma questo momento raramente salva da un'esplosione della batteria in una modalità di sovraccarico

Ci sono anche sviluppi di batterie agli ioni di litio, dove la percentuale di litio è aumentata. Per loro, la tensione di carica può raggiungere 4,30 V / I e oltre.

Bene, l'aumento della tensione aumenta la capacità, ma la tensione che va oltre le specifiche è irta della distruzione della struttura della batteria.

Pertanto, per la maggior parte, le batterie agli ioni di litio sono dotate di circuiti di protezione, il cui scopo è mantenere la velocità stabilita.

Addebito completo o parziale

Tuttavia, la pratica dimostra: le batterie agli ioni di litio più potenti possono richiedere più di alto livello tensione a condizione della sua alimentazione a breve termine.

Con questa opzione, l'efficienza di ricarica è di circa il 99% e la cella rimane fredda durante l'intero tempo di ricarica. È vero, alcune batterie agli ioni di litio si riscaldano di 4-5°C quando sono completamente cariche.

Forse questo è dovuto alla protezione o all'elevata resistenza interna. Per tali batterie, la carica deve essere interrotta quando la temperatura supera i 10°C a una velocità di carica moderata.

Batterie agli ioni di litio nel caricatore durante la ricarica. L'indicatore mostra quando le batterie sono completamente cariche. Un ulteriore processo minaccia di danneggiare le batterie

I sistemi a miscela di cobalto sono completamente carichi alla soglia di tensione. In questo caso la corrente scende fino al 3-5% del valore nominale.

La batteria mostrerà una carica completa anche quando viene raggiunto un certo livello di capacità, che rimane invariato per lungo tempo. La ragione di ciò potrebbe essere un aumento dell'autoscarica della batteria.

Aumento della corrente di carica e della saturazione della carica

Va notato che l'aumento della corrente di carica non accelera il raggiungimento di uno stato di carica completa. Il litio raggiungerà la sua tensione di picco più velocemente, ma ci vorrà più tempo per caricarsi fino a quando la capacità non sarà completamente satura. Tuttavia, caricare la batteria con una corrente elevata aumenta rapidamente la capacità della batteria a circa il 70%.

Le batterie agli ioni di litio non devono essere completamente caricate, come nel caso dei dispositivi al piombo. Inoltre, è questa opzione di ricarica che è indesiderabile per gli ioni di litio. In effetti, è meglio non caricare completamente la batteria perché l'alta tensione "sforza" la batteria.

Selezione di una soglia oltre basso voltaggio oppure la rimozione completa della carica di saturazione aiuta a prolungare la vita della batteria agli ioni di litio. È vero, questo approccio è accompagnato da una diminuzione del tempo di rilascio di energia dalla batteria.

Va notato qui: i caricabatterie per uso domestico, di regola, funzionano alla massima potenza e non supportano la regolazione della corrente di carica (tensione).

I produttori di caricabatterie domestici agli ioni di litio considerano la lunga durata della batteria meno importante del costo di complicare i circuiti.

Caricabatterie agli ioni di litio

Alcuni caricabatterie domestici economici seguono spesso un metodo semplificato. Caricare la batteria agli ioni di litio per un'ora o meno, senza passare alla carica di saturazione.

L'indicatore di pronto su tali dispositivi si accenderà quando la batteria raggiunge la soglia di tensione nella prima fase. Allo stesso tempo, lo stato di carica è di circa l'85%, che spesso soddisfa molti utenti.

Questo caricabatterie domestico è offerto per funzionare con batterie diverse, anche con batterie agli ioni di litio. Il dispositivo ha un sistema di regolazione della tensione e della corrente, che è già buono

I caricabatterie professionali (costosi) si distinguono per il fatto che abbassano la soglia della tensione di carica, allungando così la vita della batteria agli ioni di litio.

La tabella mostra le potenze calcolate durante la ricarica con tali dispositivi a diverse soglie di tensione, con e senza carica di saturazione:

Tensione di carica, V/cella	Capacità di interruzione dell'alta tensione,%	Tempo di ricarica, min	Capacità a piena saturazione,%
3.80	60	120	65
3.90	70	135	75
4.00	75	150	80
4.10	80	165	90
4.20	85	180	100

Non appena la batteria agli ioni di litio inizia a caricarsi, la tensione aumenta rapidamente. Questo comportamento è paragonabile al sollevamento di un carico con un elastico quando c'è un effetto di ritardo.

La capacità verrà raggiunta alla fine quando la batteria è completamente carica. Questa caratteristica di carica è tipica per tutte le batterie.

Maggiore è la corrente di carica, più luminoso è l'effetto elastico. La bassa temperatura o la presenza di una cella con un'elevata resistenza interna non fa che aumentare l'effetto.

La struttura di un accumulatore agli ioni di litio nella sua forma più semplice: 1- meno bus di rame; 2 - bus positivo in alluminio; 3 - anodo di ossido di cobalto; 4- catodo di grafite; 5 - elettrolita

Valutare lo stato di carica leggendo la tensione di una batteria carica non è pratico. La misurazione della tensione a circuito aperto (senza carico) dopo che la batteria è rimasta a riposo per diverse ore è il miglior indicatore di valutazione.

Come con altre batterie, la temperatura influisce sul minimo allo stesso modo in cui influisce sul materiale attivo di una batteria agli ioni di litio. , laptop e altri dispositivi è stimato contando i ciondoli.

Batteria agli ioni di litio: soglia di saturazione

La batteria agli ioni di litio non è in grado di assorbire la carica in eccesso. Pertanto, quando la batteria è completamente satura, la corrente di carica deve essere rimossa immediatamente.

Una carica a corrente costante può portare alla metallizzazione delle celle al litio, che viola il principio di garantire il funzionamento sicuro di tali batterie.

Per ridurre al minimo la formazione di difetti, scollegare la batteria agli ioni di litio il prima possibile quando raggiunge il suo picco di carica.

Questa batteria non richiederà più la carica che dovrebbe. A causa di una carica impropria, ha perso le sue principali proprietà di accumulo di energia.

Non appena la carica è terminata, la tensione della batteria agli ioni di litio inizia a diminuire. L'effetto di ridurre lo stress fisico si manifesta.

Per qualche tempo, la tensione a circuito aperto sarà distribuita tra le celle caricate in modo non uniforme con una tensione di 3,70 V e 3,90 V.

Qui, si attira anche l'attenzione sul processo quando una batteria agli ioni di litio, dopo aver ricevuto una carica completamente saturata, inizia a caricarne una adiacente (se inclusa nel circuito), che non ha ricevuto una carica di saturazione.

Quando le batterie agli ioni di litio devono essere sempre mantenute nel caricabatterie per assicurarsi che siano pronte, affidarsi a caricabatterie dotati di una funzione di carica di mantenimento.

Caricabatterie con funzione di carica di mantenimento a breve termine, si accende se la tensione a circuito aperto scende a 4,05 V/I e si spegne quando la tensione raggiunge i 4,20 V/I.

I caricabatterie progettati per la disponibilità online o il funzionamento in standby spesso riducono la tensione della batteria a 4,00 V/I e caricano solo le batterie agli ioni di litio a 4,05 V/I, impedendo loro di raggiungere il livello completo di 4,20 V/I.

Questa tecnica riduce la tensione fisica, intrinsecamente associata alla tensione tecnica, e aiuta a prolungare la durata della batteria.

Carica batterie senza cobalto

Le batterie tradizionali hanno una tensione nominale delle celle di 3,60 volt. Tuttavia, per i dispositivi che non contengono cobalto, la valutazione è diversa.

Quindi, le batterie al fosfato di litio hanno un valore nominale di 3,20 volt (tensione di carica 3,65 V). E le nuove batterie al litio-titanato (prodotte in Russia) hanno una tensione nominale delle celle di 2,40 V (ricarica 2,85).

Le batterie al fosfato di litio sono dispositivi di accumulo di energia che non contengono cobalto nella loro struttura. Questo fatto cambia in qualche modo le condizioni per caricare tali batterie.

I caricabatterie tradizionali non sono adatti per tali batterie, poiché sovraccaricano la batteria con la minaccia di un'esplosione. Al contrario, un sistema di ricarica per batterie prive di cobalto non fornirà una carica sufficiente di 3,60 V per una tradizionale batteria agli ioni di litio.

Superata la carica della batteria agli ioni di litio

La batteria agli ioni di litio funziona in modo sicuro entro i voltaggi operativi specificati. Tuttavia, le prestazioni della batteria diventano instabili se vengono caricate oltre i limiti operativi.

La ricarica a lungo termine di una batteria agli ioni di litio con una tensione superiore a 4,30 V, progettata per una potenza operativa di 4,20 V, è irta di metallizzazione al litio dell'anodo.

Il materiale del catodo, a sua volta, acquisisce le proprietà di un agente ossidante, perde la sua stabilità ed emette anidride carbonica.

La pressione della cella della batteria aumenta e se la carica continua, il dispositivo di protezione interno interviene a pressioni comprese tra 1000 kPa e 3180 kPa.

Se la pressione continua ad aumentare, la membrana protettiva si apre ad una pressione di 3.450 kPa. In questo stato, la cella di una batteria agli ioni di litio è sul punto di esplodere, e alla fine è esattamente ciò che accade.

Struttura: 1 - copertura superiore; 2 - isolante superiore; 3 - lattina d'acciaio; 4 - isolante inferiore; 5 - scheda dell'anodo; 6 - catodo; 7 - separatore; 8 - anodo; 9 - scheda del catodo; 10 - sfogo; 11 - PTC; 12 - guarnizione

L'operazione di protezione all'interno della batteria agli ioni di litio è associata ad un aumento della temperatura del contenuto interno. Una batteria completamente carica ha una temperatura interna più alta di una parzialmente carica.

Pertanto, le batterie agli ioni di litio sembrano essere più sicure se caricate a bassi livelli. Ecco perché le autorità di alcuni paesi richiedono l'uso di batterie agli ioni di litio negli aerei, sature di energia non superiore al 30% della loro piena capacità.

La soglia di temperatura interna delle batterie a pieno carico è:

130-150°C (per litio-cobalto);
170-180°C (per nichel-manganese-cobalto);
230-250°C (per litio-manganese).

Va notato che le batterie al litio fosfato hanno una migliore stabilità della temperatura rispetto alle batterie al litio manganese. Le batterie agli ioni di litio non sono le uniche a rappresentare un pericolo in caso di sovraccarico di energia.

Ad esempio, anche le batterie piombo-nichel sono soggette a fusione e successiva accensione se la saturazione energetica viene eseguita in violazione del regime del passaporto.

Pertanto, l'uso di caricabatterie che si adattino perfettamente alla batteria è di fondamentale importanza per tutte le batterie agli ioni di litio.

Alcune conclusioni dell'analisi

La ricarica delle batterie agli ioni di litio è semplificata rispetto ai sistemi al nichel. Il circuito di carica è lineare, con limitazioni di tensione e corrente.

Un tale circuito è molto più semplice di un circuito che analizza le firme di tensione complesse che cambiano quando viene utilizzata la batteria.

Il processo di energizzazione delle batterie agli ioni di litio consente interruzioni, queste batterie non devono essere completamente sature, come nel caso delle batterie al piombo.

Circuito di controllo per batterie agli ioni di litio a bassa potenza. Una soluzione semplice con un minimo di dettagli. Ma il circuito non fornisce condizioni di ciclo che mantengono una lunga durata.

Le proprietà delle batterie agli ioni di litio promettono vantaggi nel funzionamento delle fonti energetiche rinnovabili (pannelli solari e turbine eoliche). In genere, una turbina eolica o un generatore raramente forniscono una carica completa della batteria.

Per gli ioni di litio, l'assenza di requisiti di carica di mantenimento semplifica il circuito del regolatore di carica. Una batteria agli ioni di litio non richiede un controller di equalizzazione di tensione e corrente come fanno le batterie al piombo.

Tutti i caricabatterie domestici e la maggior parte dei caricabatterie industriali agli ioni di litio caricheranno completamente la batteria. Tuttavia, gli attuali caricabatterie agli ioni di litio generalmente non forniscono la regolazione della tensione alla fine del ciclo.

Litio-ione, o Li — Ion, la batteria è necessaria per mantenere il buon funzionamento di un'ampia varietà di apparecchiature. Queste batterie ricaricabili funzionano con smartphone, tablet, laptop, trapani, torce elettriche e batterie a carica iniziale. La diffusione così capillare di questi modelli è dovuta all'elevato consumo energetico e alle ridotte dimensioni di questi elementi. Inoltre, le batterie agli ioni di litio sono classificate per 300-400 cicli. Nei dispositivi moderni, questa cifra arriva fino a 600 di questi cicli.

Ma in alcuni casi, le batterie si scaricano molto più velocemente, il motivo principale di questo fenomeno è considerato la modalità di utilizzo sbagliata. Pertanto, è così importante sapere come caricare correttamente una batteria agli ioni di litio e cos'è questo dispositivo.

Caratteristiche del lavoro

Tipicamente, una batteria agli ioni di litio è un corpo prismatico o cilindrico in alluminio o acciaio. All'interno c'è un pacchetto di elettrodi e si trovano i separatori. Il catodo è uno qualsiasi degli ossidi di litio: nichel nichelato (LiNiO2) o cobaltato (LiCoO2). Per questi scopi, possono essere utilizzati litio ferrofosfato (iFePO4) e spinello litio manganese (LiMn2O4). L'anodo è fatto di grafite, grafene e altri composti carboniosi.

Il processo di carica e scarica della batteria segue il principio di una sedia a dondolo. Nel corso del lavoro, gli ioni di litio vengono trasferiti da un elettrodo all'altro. Durante la scarica, il litio viene estratto o deiintercalato dal materiale di carbonio all'elettrodo negativo e intercalato nell'ossido all'elettrodo positivo. Quando le batterie vengono caricate, tutto avviene in ordine inverso. Nel corpo prismatico, gli elettrodi e i separatori sono piegati sotto forma di piastre rettangolari, il che fornisce una maggiore densità di imballaggio. Nelle batterie cilindriche, il contenuto viene arrotolato. Un'altra opzione è quella di rotolare in una spirale ellittica. Ciò consente di combinare entrambe le modifiche.

Sebbene molte batterie possano funzionare nell'intervallo da -40°C a +50°C, tenere presente che la capacità e le prestazioni variano a seconda della temperatura ambiente. Quando fa freddo, la capacità diminuisce e la batteria potrebbe scaricarsi. Un aumento delle temperature porta ad una diminuzione delle risorse e delle caratteristiche del dispositivo. Pertanto, non conservare le batterie al sole, vicino a stufe elettriche o altre fonti di calore.

Nota! Tutte le batterie al litio non hanno sistema comune standardizzazione. I modelli con le stesse specifiche potrebbero differire. Pertanto, l'uso di batterie ioniche di terze parti da parte di dispositivi può danneggiare la batteria stessa e tutte le apparecchiature.

Il caricabatterie potrebbe funzionare in modo diverso. In alcune apparecchiature, l'elemento che fornisce la ricarica stessa delle batterie agli ioni di litio è integrato nella batteria, nell'altra - il dispositivo non ha un tale gadget. Nel primo caso, è necessario l'adattatore di rete fornito per abbassare la tensione e raddrizzare la corrente. Molti dispositivi mobili vengono caricati in questo modo. Se parliamo di fotocamere digitali, la batteria al litio è alimentata da un caricabatterie esterno. L'utilizzo dell'adattatore sbagliato, nella migliore delle ipotesi, semplicemente non caricherà la batteria e, nella peggiore delle ipotesi, danneggerà sia la fotocamera che la batteria.

Da cosa dipende la carica della batteria?

Alcune opzioni di batteria sono dotate di elementi di controllo che non consentono il superamento dei valori critici della carica. Se il valore è superiore, l'elemento interromperà il flusso di corrente e, se è inferiore, interromperà l'alimentazione dell'apparecchiatura. In questo modo si evitano surriscaldamenti e cortocircuiti. Se la potenza dello smartphone o del tablet mostra il 10-20 percento, il dispositivo dovrebbe essere messo in carica. Dopo che gli indicatori hanno raggiunto il massimo del cento per cento, è necessario lasciare l'attrezzatura in carica per un'altra ora e mezza o anche due ore. In caso contrario, il dispositivo verrà effettivamente addebitato solo per il 70-80 percento.

Ma le regole dicono che non dovresti caricare le batterie sempre al massimo. I produttori fissano consapevolmente le tariffe massime all'80%. Ciò è dovuto al fatto che durante la ricarica l'ossigeno si sviluppa più attivamente al catodo e sulla parte carboniosa si forma un deposito muschioso di litio metallico con un'elevata capacità elettrolitica. Ciò aumenta la probabilità di fuga termica, un successivo aumento della pressione e, di conseguenza, la distruzione e persino l'incendio della batteria.

Naturalmente, quest'ultimo accade abbastanza raramente, ma è inevitabile una diminuzione della durata della batteria con un sovraccarico costante. Se non si porta l'attrezzatura a scarico completo, il numero di cicli di lavoro può aumentare fino a un migliaio e mezzo.

Nota! L'unica opzione, in cui non si verifica una diminuzione della vita utile alla massima carica, sono batterie ricaricabili agli ioni di litio con manganese. L'aggiunta di manganese porta ad un significativo rallentamento nella reazione di evoluzione dell'ossigeno e metallizzazione dell'anodo. In tali dispositivi, i controller non sono forniti.

D'altra parte, per prolungare la vita della batteria, a volte è necessario portare la batteria a una scarica completa. Ciò è dovuto al fatto che è abbastanza difficile monitorare costantemente lo stato di carica. La mancanza di periodicità della ricarica porta al fatto che le letture della carica minima e massima, originariamente stabilite nel controller, vengono perse. A poco a poco, il dispositivo inizia a ricevere dati imprecisi sulla quantità di carica. Portare la batteria a scarica completa porterà all'azzeramento dei controller e alla fissazione del valore minimo. Il passaggio successivo consiste nel caricare l'apparecchiatura il più a lungo possibile, dalle 8 alle 12 ore circa. Durante questo tempo, il controller aggiornerà il valore massimo e la batteria si stabilizzerà.

Se prevedi di non utilizzare la batteria per un lungo periodo, dovresti:

caricare il dispositivo del 30-50%;
fornire una temperatura di conservazione di circa 150C;
posizionare l'attrezzatura in un luogo asciutto.

Le batterie completamente scariche perdono le loro prestazioni durante periodi di inattività prolungati e smettono di funzionare. Se si mette in deposito una batteria con una carica del 100%, nel processo si perderà una parte significativa della capacità.

Attenzione! Il cobalto è pericoloso per l'ambiente e per l'uomo, pertanto le batterie vecchie devono essere smaltite.

Regole generali di addebito

Se è necessario caricare la batteria dell'auto, è necessario utilizzare caricabatterie speciali. Il più è collegato al terminale positivo e il meno è collegato al negativo. Il regolatore è impostato al minimo e lasciato per diverse ore. Una carica completa corrisponde agli indicatori "0" o all'indicatore verde.

Evidenziamo i principi di base su come caricare e utilizzare correttamente e innocuamente le batterie agli ioni di litio:

Non dovresti aspettare costantemente la scarica completa della batteria;
In modalità normale, caricare una batteria agli ioni di litio con una carica del 10-20%;
È necessario utilizzare solo il caricabatterie standard;
Il ciclo da carica completa a carica massima va effettuato una volta ogni 2-3 mesi;
Mantenere le batterie parzialmente cariche;
Evitare il surriscaldamento e il raffreddamento significativo dell'apparecchiatura.

Consideriamo come caricare tramite un cavo USB da un computer, perché un adattatore USB viene spesso fornito con uno smartphone. È importante considerare qui che la velocità di ricarica sarà diversa da quella normale. Ciò è dovuto al fatto che la ricarica tramite la porta del PC è limitata a 0,5 ampere.

Se la ricarica avviene tramite un adattatore da un accendisigari in un'auto, dovresti confrontare attentamente le caratteristiche dell'adattatore standard e quello nuovo. In genere per gli smartphone, il valore è 1 ampere e per i tablet è richiesto 2 ampere.