Химия литиевых аккумуляторов формата 18650: отличия, преимущества и недостатки

Обзор лучших аккумуляторов 18650

Следует выделить лучшие батареи литий-ионного типа, с типоразмером 18560. Для различных потребностей могут понадобится как элементы с защитой, так и высокотоковые, а потому в обзоре присутствует все АКБ, заслуживающие внимания. Рейтинг поможет определить какой аккумулятор 18650 лучше.

Все больше товаров привозится из Китая, аккумуляторы не исключение

А потому стоит обратить внимание на восток. АКБ EAIEP ICR18650-26F M обладает стандартными для АКБ 18560 соответствуют характеристики: номинальное напряжение 3,7 В, а емкость 2600 мАч

Качественный продукт китайского производства, стоимостью чуть более 150 рублей за штуку.

Для применения в фонарях отлично подойдет элемент с названием Liitokala HG2 18650, его номинальное напряжение составит 3,6 В, а емкость достигает 3000 мАч. Подойдет для использования в шуруповертах и электронных сигаретах, электросамокатах и в модельках детских игрушек.

Следующим стоит рассмотреть аккумулятор известного производителя Panasonic NCR18650B обладающий встроенной защитой и с повышенной емкостью 3400 мАч. Отличительной особенностью является высокое число заряда-разряда, производитель гарантирует не менее 1000.

Удивит аккумулятор Samsung ICR18650-26HM величиной тока разряда – 5,2 А. Емкость элемента 2600 мАч и отсутствие защиты, но порадует низкая стоимость батареи. Также производитель уверяет, что без потери мощности батарея продержится порядка 800 перезарядов. Сколько прослужит такой аккумулятор покажет практика.

Японский производитель Sony выпускает на рынок АКБ 18650 VTC5, емкость этой батареи 2600 мАч, но стоит учитывать мощность тока, она достаточно высока – 30 А. Также этот элемент не требует длительной зарядки, достаточно всего трех часов.

Одним из ярких представителей типоразмера 18650 является аккумулятор отечественного производителя Яркий ЛУЧ YLP SA1826. Стоит отметить, что модель продается в том числе за границей. Емкость элемента 2600 мАч, есть встроенная защита и даже порт микро USB. Потерю емкости аккумулятор несет после 500 циклов перезарядки.

Литий-ионные аккумуляторы используются в различных сферах жизни и все больше совершенствуются. Они отличаются по своей емкости, мощностью тока, наличием или отсутствием электронной защиты и, естественно, стоимостью. Для разных устройств следует подбирать определенную АКБ, это обезопасит прибор от возможного повреждения, а в некоторой технике производители рекомендуют использовать обычные батарейки. Поэтому перед применением аккумуляторов типа 18650 следует внимательно прочитать инструкцию к устройству.

Методы восстановления литий-ионных аккумуляторов

Лучшим вариантом является утилизация неисправного аккумулятора. Однако если купить новый нет возможности, разрешается попробовать наиболее безопасные способы восстановления емкости.

Избавляемся от газов

При неправильном использовании банки аккумулятора наполняются газом и вздуваются. Чтобы восстановить работоспособность АКБ, газообразные вещества нужно удалить. Для этого демонтируют верхний блок, под которым находится колпачок.

При использовании этого способа нужно помнить о таких опасных моментах:

механическое повреждение аккумулятора;
выход из строя электронных компонентов батареи;
возможность взрыва или воспламенения при соприкосновении катода и анода.

Используем холодильник

Считается, что после глубокого разряда можно, поместив его в морозильник. Батарею кладут в полиэтиленовый пакет. Через полчаса АКБ вставляют в телефон, который подключают к на минуту. После этого ждут нагревания корпуса батареи до комнатной температуры.

Способ заряд-разряд

Увеличить емкость батареи можно путем многократного разряда и заряда. Разряжают смартфон, пользуясь ресурсоемкой игрой или специальной программой.

Кратковременный возврат емкости

Ненадолго увеличить срок службы li-ion аккумулятора помогает использование блока питания, подающего напряжение 5-12 В. В схему включают резистор номиналом 330-1000 Ом. Контакты устройства соединяют с клеммами АКБ, соблюдая полярность. Для обнаружения плюса и минуса используют мультиметр. Параметры тока и напряжения должны соответствовать заявленным в инструкции.

Схема для кратковременного .

“Дикий” метод восстановления

Способ подразумевает удаление контроллера и замыкание клемм-токовыводов. Для этого используют любой металлический предмет. После этого контроллер устанавливают обратно. Перед началом процедуры рекомендуется удалить наклейку с корпуса батареи.

Как правильно эксплуатировать и хранить литий-ионный аккумулятор

Важно следить за тем, чтобы в батарее всегда находилось хотя бы минимальное количество заряда. Любую ионную батарейку нельзя доводить до полного разряда

Если она не используется и будет полностью разряжена, это приведет к короткому сроку ее службы. На сохранность АКБ сильно действует температурный фактор.Не заряжайте и не хранителитиевые аккумуляторы при чрезмерно высоких и низких температурах, так как показатель их емкости быстро начнет падать.

Li-ion чувствительны к перемене напряжения. Если U в зарядном устройстве повысить даже незначительно (например, всего на 4%), АКБ будет терять емкость с каждым циклом «заряда-разряда».

Несмотря на все положительные характеристики, приобретать Li-ion впрок не имеет смысла: батарея за 2 года теряет около 4% своей емкости

Во время покупки обязательно нужно обратить внимание на дату изготовления. Если с момента производства прошло больше времени, такой аккумулятор покупать не рекомендуется

Обычный срок хранения АКБ — 2 года, но сейчас фирмы-производители изобрели способ, позволяющий хранить их более длительное время. В батарею добавляется специальный консервант, позволяющий хранить ее больше двух лет. При наличии консерванта в электролите перед первым использованием АКБ следует полностью разрядить, проведя ей своеобразную тренировку в виде двух или трех циклов «заряд-разряд». При таком расконсервировании электролит в аккумуляторе постепенно распадается, и батарея выходит на свой обычный уровень емкости.

Если с литиевыми элементами этого не делать, АКБ приобретет «эффект памяти», а далее, поскольку консервант до сих пор находится внутри, при подаче заряда и увеличении аккумуляторного тока он начнет быстро распадаться, и может произойти вздутие аккумулятора.

Если с ионными АКБ обращаться внимательно и аккуратно, соблюдая все условия хранения, при правильной эксплуатации они будут служить долго, а уровень емкости в таких аккумуляторах длительное время останется на высоком уровне.

Особенности литиевых аккумуляторов

Первые экспериментальные батареи на основе лития без возможности подзарядки появились в начале прошедшего века. Однако их применение началось в 70 гг. Они характеризовались большой емкостью и напряжением. Однако нестабильность лития приводила к воспламенению элементов при циклической работе.

Ввиду этого в 90 гг. от металлических батарей перешли к ионным. В совокупности с некоторыми мерами это позволило достичь приемлемой безопасности. Хотя на ion-li вариантах плотность энергии сократилась в сравнении с металлическими, она вдвое выше характеристик предшествующих никель-кадмиевых моделей.

К тому же существует возможность повышения показателей путем применения активных материалов.

К плюсам литиевых аккумуляторов относят:

большую емкость ввиду высокой плотности энергии;
высокое напряжение единичного элемента;
простоту эксплуатации.

Выявлен ряд минусов:

система защиты усложняет конструкцию и повышает стоимость;
старение происходит и без эксплуатации.

Наиболее распространённые типы литий-ионных аккумуляторов

Преимущества и недостатки наиболее распространённых типов Li-Ion в относительном представлении (многое зависит от форм-фактора, добавок и конкретной ситуации).

Разделение на типы и маркировка обычно выбирается по катоду. Реже по аноду. Ещё реже по электролиту.

LCO | Литий-кобальтовые с катодом LiCoO2

Наиболее распространённый тип Li-Ion благодаря отличным характеристикам ёмкости (самая высокая энергоёмкость после NCA), мощности и цены. В LCO хуже, чем в других системах: безопасность (требуется хорошая защита и контроль заряда-разряда) и долговечность (но её обычно хватает на цикл жизни одной модели потребительского устройства, такого как смартфон или ноутбук). Из-за дефицита кобальта ячейкам LCO стремительно ищут замену.

LFP | Литий-железо-фосфатные с катодом LiFePo4

Лучшие стороны — безопасность, высокие токи нагрузки и долговечность. В жертву идёт цена и ёмкость. Катоды LFP отличаются по содержанию углерода и удельной поверхности: одни лучше себя показывают при низких температурах (например, электробусы), а другие обеспечивают лучшие показатели по устойчивому сопротивлению и стабильности в высокотемпературных режимах (например, те же источники бесперебойного питания и системы хранения энергии).

NMC | Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные с катодом LiNiMnCoO2

Наиболее сбалансированный по характеристикам материал с относительно высокой ёмкостью (примерно, как у LCO без графита на аноде) и уравновешенными свойствами безопасности, мощности, стоимости и долговечности. Наиболее распространённая формула катодного материала: 33% никеля + 33% марганца + 33% кобальта (или 1:1:1). В маркировке может добавляться трёхзначная цифра, обозначающая как раз это соотношение (например, NMC 333 или NMC 811).

NCA | Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные с катодом LiNiCoAlO2

Литий-ионные аккумуляторы с маркировкой NCA особенно востребованы в электротранспорте из-за лучшего сочетания характеристик энергоёмкости (лучше всех в Li-Ion) и долговечности. Основной недостаток — высокая цена. Также бОльших усилий относительно других электрохимических систем требует контроль заряда, разряда, температуры.

LMO | Литий-марганцево-оксидные с катодами LiMn2O4 и Li2MnO3

Литий-марганцевая шпинель на катоде LMO обеспечивает литий-ионному аккумулятору высокую термическую стабильность, сравнительно высокую ёмкость и низкую себестоимость. Подвержен быстрому старению и разрушению при перегреве выше 60°C. На исправление недостатков направлены усилия по усовершенствованию гетероструктуры, чтобы предотвратить воздействие высокоактивного электролита на катод при эксплуатации и в моменты нагрева.

LTO | Литий-титанат-оксидные с анодом Li4Ti5O12

При безупречных характеристиках безопасности, долговечности, температурной стойкости (эффективнее других в морозы -30°C) и при высоком токе разряда (в десять раз превышает его ёмкость, то есть «10C»), быстрой зарядке, напряжении всего ~1,8-2,8В литий-титанат невероятно дорогой и обладает относительно невысокой ёмкостью. Считается многообещающей и перспективной технологией с точки зрения скорости усовершенствования производственных линий (удешевление продукции) и улучшения электрохимических процессов (увеличение ёмкости). Используется сейчас в основном в силовых агрегатах (например, электропоезда, водный и спецтранспорт) и в энергонакопителях (аккумуляция энергии от возобновляемых источников и аварийное питание).

Следует сказать, что на этих электрохимических системах разновидности аккумуляторов и маркировки Li-Ion не заканчиваются. Каждый год появляются новые типы катодов и анодов, разрабатываются добавки в целях улучшения характеристик технологии.

Основное препятствие на пути к массовому распространению и коммерциализации инновационных литий-ионных элементов — дороговизна производства чего-то «необкатанного». Ещё осложняет внедрение усовершенствованных катодов отсутствие заметного прогресса в электролитах (очень часто многообещающие изобретения откладывают до лучших времён, когда появится подходящий электролитический материал).

Процесс заряда и разряда литий-ионного аккумулятора

Итак, у нас есть разряженный аккумулятор

литий-ионный аккумулятор разряженный

Давайте же его зарядим. Для этого нам нужен какой-либо источник питания. Что произойдет в этот момент на самом литий-ионном аккумуляторе? Положительный полюс начнет притягивать электроны, «вытаскивая» их из оксида лития.

процесс зарядки литий-ионного аккумулятора

Поскольку электроны не могут проникать через электролит, то они движутся по внешней цепи через источник питания.

и в конце концов достигают графита

где очень удобно располагаются в слоях графита.

В этот же самый момент положительные ионы лития притягиваются отрицательным полюсом, проходя сквозь электролит и также попадают в графит, размещаясь между его слоями.

Когда все ионы лития достигнут графита и будут «захвачены» его слоями, батарея будет полностью заряжена.

Такое состояние батареи неустойчивое. Это можно представить как шар, который находится на самой верхушке холма и в любой момент может скатиться.

Вот мы и достигли первой цели: электроны и ионы лития отделены от оксида. Теперь надо как-то сделать так, чтобы электроны и ионы двигались разными путями. Как только мы подключим какую-либо нагрузку к нашему заряженному литий-ионному аккумулятору, то начнется обратный процесс. В этом случае ионы лития через электролит пожелают вернуться в свое изначальное состояние.

Поэтому они начнут двигаться обратно сквозь электролит, а электроны побегут через внешнюю цепь, то есть через нагрузку.

генерация электрического тока в литий-ионном аккумуляторе

Так как электрический ток – это не что иное, как упорядоченное движение заряженных частиц, то в цепи лампочки накаливания возникнет электрический ток, который заставит эту самую лампочку светиться.

Как только все электроны “убегут” из графита, то батарея полностью разрядится. Чтобы ее снова зарядить, достаточно поставить аккумулятор “на зарядку”.

разряженный литий-ионный аккумулятор

При этом графит сам по себе не участвует в химических реакциях – он лишь служит «складом» для ионов и электронов лития.

Что представляет собой литиевая батарея

Первые литиевые батареи на основе металлического лития были созданы ещё в 70-е годы ХХ в., однако использование их было проблематично из-за большой химической активности лития. Они быстро нагревались и имели свойство взрываться или самовозгораться. Проблему удалось устранить только в 90-е годы, когда на смену чистому литию пришло применение его ионов.

Важно! Аккумулятор дополнительно оснащается предохранителем, который позволяет устранить избыточное напряжение в аварийной ситуации. В наши дни литий-ионные АКБ (аккумуляторные кислотные батареи) являются наиболее востребованными источниками питания для электромобилей благодаря способности быстро накапливать и отдавать большое количество энергии

В электромобилях, в качестве источника питания, чаще всего используется литиевая батарея или литий-ионный аккумулятор. Такая батарея имеет отрицательно и положительно заряженные электроды, к которым клеммами подсоединяются токосъёмники

В наши дни литий-ионные АКБ (аккумуляторные кислотные батареи) являются наиболее востребованными источниками питания для электромобилей благодаря способности быстро накапливать и отдавать большое количество энергии. В электромобилях, в качестве источника питания, чаще всего используется литиевая батарея или литий-ионный аккумулятор. Такая батарея имеет отрицательно и положительно заряженные электроды, к которым клеммами подсоединяются токосъёмники.

В качестве отрицательно заряженного электрода (катода) используется углеродная матрица, которая может состоять из графита (природного или синтетического), сажи или углерода. Положительно заряженным электродом (анодом) служит литированый оксид никеля или кобальта, или литий-марганцевое соединение. Катод и анод разделены сепаратором, который имеет поры и пропитан электролитом. Электролит находится в герметичной капсуле.

При высвобождении свободных электронов на сепараторе, начинается процесс замещения в молекулах положительно и отрицательно заряженных электродов (ионы лития встраиваются в структуру матрицы углерода), что приводит к высвобождению энергии. Энергия по клеммам подаётся на провода и далее служит источником тяговой силы для электромобиля. Li-ion батарея полностью герметична. Это нужно для избежания утечки электролита и контакта электродов с кислородом или водой, что приводит к полной порче аккумулятора.

Он может быть выполнен в виде плоскости или цилиндра:

в цилиндрической сборке электролит и сепаратор скручены в рулон и подсоединены внутри герметичного корпуса к катоду. Анодный электрод находится снаружи;
при сборке в виде плоскостей пластины укладываются одна на другую и представляют собой набор полноценных батареек.

Знаете ли вы? Как прогнозируют аналитики Bank of America и Oxford Institute for Energy Studies, к 2030 году 40% всего автотранспорта на планете будет электрическим, а к 2050-му — 95%. Уже сейчас в Китае планируется прекратить продажу бензиновых и дизельных автомашин в Пекине к 2020 году.

Как правильно разряжать батарею

Независимо от того, используется ли медленная или быстрая зарядка, необходимо следить за тем, чтобы ни один из элементов NiCd не перезаряжался. Поэтому необходимо уметь определять конец заряда. Есть несколько методов достижения этого.

Базовое зарядное устройство: некоторые базовые зарядные устройства NiCd, которые можно купить, просто заряжают около C / 10. Они не включают в себя таймер и предполагают, что пользователь снимает зарядку, когда заряжается элемент. Этот режим не совсем удовлетворителен, так как ячейки будут перегружены, если пользователь забудет и в результате получит повреждение. Также нет возможности узнать точное состояние зарядки перед началом зарядки.
Истекшее время / таймер: некоторые из самых основных зарядных устройств предполагают, что элементам потребуется полная зарядка, и, зная их емкость, им можно дать заряд в течение заданного времени. Это простой способ зарядки никель-кадмиевых элементов и аккумуляторов. Одним из основных недостатков этой формы прекращения зарядки является то, что предполагается, что все батареи полностью разряжены до того, как их зарядить. Чтобы обеспечить разрядку аккумуляторов, зарядное устройство может поместить элемент в цикл разрядки.Это не особенно точный метод перезарядки батарей и элементов, потому что количество заряда, которое они могут удерживать, изменяется в течение их полезного срока службы. Однако это лучше, чем отсутствие какой-либо формы прекращения заряда.
Подпись напряжения: Подпись напряжения Зарядные устройства NiCd используют подпись напряжения никель-кадмиевого элемента, чтобы определить, где он находится в пределах своего цикла зарядки.Обнаружено, что, когда никель-кадмиевая батарея полностью заряжена, наблюдается небольшое падение напряжения на клеммах. Микропроцессорные зарядные устройства способны контролировать напряжение и определять точку полной зарядки, когда они прекращают процесс зарядки.Эту форму прекращения заряда NiCd часто называют отрицательным дельта-напряжением, NDV. Он обеспечивает наилучшую производительность при быстрой зарядке, поскольку отрицательная точка дельта-напряжения более очевидна при использовании быстрой зарядки.
Повышение температуры. Метод определения времени окончания быстрой зарядки – это метод измерения температуры. Проблема в том, что это неточно, потому что ядро ячейки будет иметь гораздо более высокую температуру, чем периферия. Для нормальных скоростей зарядки скорость повышения температуры может быть недостаточной для точного определения.

Чем опасен перезаряд и глубокий разряд?

Из-за того, что люди не знают, как заряжать литий-ионный аккумулятор, они часто допускают ошибки и могут его слишком долго держать на зарядке или же, наоборот, забыть про него на длительное время. Чем же опасна неправильная эксплуатация батареи? Все дело в том, что в данном случае ионы лития передвигаются от одного к другому электроду. Материал изготовления самих электродов может быть разным, но в данной теме эти подробности не столь важны.

Проще говоря, чем больше заряжена батарея, тем больше ионов лития находится в электроде. Если их значение постоянно находится на максимуме, то в таком случае происходит достаточно быстрая изнашиваемость устройства.

Как восстановить Li-ion аккумулятор

Несмотря на то, что срок службы многих современных АКБ достаточно долгий, приходит время, когда заряд любого химического источника тока истощается. Емкость падает, и АКБ уже не может работать долго и исправно. Особенно, если разряженный источник питания долго хранился без подзарядки. Существует несколько распространенных способов вернуть его к жизни. Восстановленная батарея будет работать недолго, но это поможет выиграть время до ее замены.

В Интернете описываются самые неожиданные и порой абсолютно нелогичные методы восстановления Li-Ion АКБ. Например, есть статьи о том, что можно эффективно раскачивать батарею, если заряжать и разряжать ее несколько раз подряд. Безусловно, это миф, и применять такой «способ» не стоит. Также на одном из популярных форумов описывается реальный жизненный пример о том, как один человек раскачивал батарею, положив ее в холодильник. Она вздулась до огромных размеров и лопнула после того, как была изъята из морозилки — естественно, от перепада температуры.

На серьезный вопрос о том, как действительно раскачать заново батарею сотового, можно дать простой и ясный ответ: взять любую аккумуляторную зарядку с напряжением 5-12 В и резистор сопротивлением от 330 Ом до 1 килоОм. Схема подключения предельно проста: «минус» источника питания подсоединяется к «минусу» аккумулятора, а «плюс» — к «плюсу, через резистор. Теперь нужно включить зарядное устройство в сеть и регулярно проверять рост напряжения с помощью мультиметра в течение 10-15 минут. Напряжение постепенно растет, и при достижении его числа приблизительно в 3,31 В телефон «находит» батарею и принимает ее.

Раскачка Li-ion, отключенного контроллером, с быстрым приведением АКБ в рабочее состояние тоже возможны. В данном случае, при замерах текущего напряжения его показатель будет равен около 2,5 В. Аккумулятор «жив» и может еще поработать некоторое время, хотя, на первый взгляд, он выглядит почти разряженным. Восстанавливаем его так: для этого понадобятся «народный зарядник» Imax B6 и мультиметр. У АКБ отпаивается защитная схема, она подключается к Imax. А как проверить напряжение — уже понятно: оно всегда контролируется мультиметром.

Раскачиваем АКБ максимально осторожно. Программа заряда ставится на Li-Po, режим зарядки выбирается в зависимости от вида АКБ: для Li-ion — 3,6 В, либо 3,7 В для Li-pol

Важно: в процессе восстановления выставить параметр Autо — без него запуск не начнется по причине низкого заряда АКБ. Значение тока выбирается с помощью кнопок «+» и «–»

1 А — это самый безопасный и оптимальный ток для раскачки.

Когда напряжение достигнет 3,2-3,3 В, АКБ начнет свою полноценную работу.

Строение литий-ионного аккумулятора

Помимо оксида лития, элементы содержат также электролит и графит. В графите связь между слоями гораздо слабее, чем между атомами внутри слоев, поэтому графит имеет слоистую структуру.

строение литий-ионного аккумулятора

Электролит, помещенный между оксидом лития и графитом, служит барьером, пропускающим сквозь себя только ионы лития. Электроны же не могут проникать сквозь электролит и отскакивают от него, как теннисный мячик об стенку. В качестве электролита используется органическая соль лития, которая наносится на слой разделителя (о разделителе ниже в статье).

электролит пропускает ионы и не пропускает электроны

Ремонт и восстановление Li-ionбатареи

Вышедшие из строя аккумуляторы, т.е. отдельные ячейкиLi-ion, восстановлению или ремонту не подлежат. Они сдаются на утилизацию и заменяются новыми элементами. Другое дело – аккумуляторная батарея. В ее составе могут быть и неисправные, и вполне работоспособные элементы питания. В таком случае имеет смысл выявить и заменить неисправные элементы, восстановив работоспособность АКБ.

В процессе эксплуатации аккумуляторных батарей некоторые элементы могут приходить в негодность раньше других. В таких случаях целесообразна замена вышедших из строя литиевых аккумуляторов и восстановление АКБ, особенно если основная часть элементов – работоспособны. Иногда кроме замены неисправных ячеек требуется ремонт корпуса, замена контроллера, проводов и других компонентов АКБ.

Производство литий ионных аккумуляторов на примере завода батарей

На российских промышленных заводах каждый день производят 3 миллиона этих устройств. Краткий процесс изготовления батарей состоит из четырех шагов:

Изготовление электродов.
Их соединение в батарею, комплектовка защитной пленкой.
Упаковка в наружную оболочку, пропитка электролитом.
Контроль качества, тестирование, заряд.

Устройство аккумулятора

Порядок изготовления:

Медная фольга выступает в роли анода, предварительно на нее наносится тонкий слой графита. Алюминиевая фольга с прослойкой лития служит в роли катода. Основные составляющие батарейки: корпус, в котором они размещаются, катод, анод, бумажный разделитель, помещенный между катодом и анодом, чтобы они не соприкасались. Катод – первое, что помещают в батарею, он состоит из диоксида марганца и графита. Рабочие загружают мешки этих материалов массой 1800 тонн на платформы.

Гидравлический механизм вытряхивает из мешков все песчинки катода до последнего в емкости. Затем материал проходит через трубы и попадает в зону смешивания. Компьютерная программа управляет клапанами, чтобы засыпать нужное количество порошка будущего катода. Графит при перемешивании в аппарате создает много пыли, так как он весит легче воздуха. Образовавшаяся катодная смесь (графит диоксид марганца) идет по конвейеру в зону катодного пресса. Здесь формировочная машина вдавливает порошок в круглые, пустые паллеты.
Корпусы из никелированной стали, сделанные на другом заводе, поступают с другой стороны. Они движутся в ряд по конвейерам, пока не встретятся с катодными паллетами. Механическое устройство заталкивает по три паллета в каждый корпус. После установки катодов эти трубочки попадают на магнитный конвейер и перемещаются на линию Д. Затем нужно бумажный цилиндр поместить внутрь катода, в противном случае при использовании готовой батарейки возникнет замыкание. Бумага будет разделять анод и катод. На дно батареи тоже стелется кусочек бумаги, визуально получается бумажный стакан. Бумага служит физическим барьером между положительно и отрицательно заряженными ионами, чтобы они не контактировали друг с другом при включении в какой-либо прибор.
Перед заполнением анода предварительно в бумажный стакан нужно внести несколько капель гидроксида лития или калия. Он является электролитом, то есть проводит в аккумуляторе электричество. Подождать 15 минут, чтобы хорошенько вещество впиталось в бумагу. После заполнения анодом батарейки идут на изготовление токоснимателя. Токосниматель представляет собой гвоздь, приваренный к стальной шляпке батарейки. Когда батарея присоединяется к проводнику (устройство представляет собой «гвоздь»), литий ионный аккумулятор накапливает в аноде электроны и отправляет их через это же устройство обратно в положительную часть батарейки. Электроны, протекающие через ножку гвоздя, позволяют батарее бесперебойно работать.

Токосниматель находится на дне батарейки

Латунная проволока с жестяным покрытием отправляется в осадочную машину. Лезвие, находящееся внутри нее, нарезает проволоку на кусочки по 3 см. Затем холодноосадочный автомат делает в конце каждого кусочка шляпку. Готовые гвозди высыпаются на другом конце трубы. А затем попадают на конвейер, он же сбрасывает их в роторный вибратор. Гвозди отправляются на конвейер по сборке токоснимателей. Здесь они двигаются в ряд, чтобы воссоединиться с головками. Автоматический сварщик приваривает головки гвоздей. И магнитный конвейер засасывает готовые детали. Отправляет их на линию сборки Д.
Тестирование. Каждый аккумулятор проходит через роторный прибор, который проверяет напряжение и силу тока. Батарейки, которые не прошли проверку, сдуваются потоком воздуха. Механический распределитель помещается в коробку, идет дальше на выдержку. Им надо немного постоять, чтобы вещества осели. Точное время выдержки регламентируется заводом-изготовителем. Стальной пресс печатает шляпки для положительного конца батареи, которые затем приварят к батарейке. Шляпки делаются из магнитной стали весов 1800 тонн килограммов. Сталь попадает в пресс.
Этикетка. Наклейки изолируют проводящую поверхность батарейки, чтобы никакое прикосновение не могло ее сократить.
Заводская лаборатория проверяет аккумуляторы на протекание, ускоряя старение за счет печки в другой части завода. Все батареи проходят три вида условий контроля: высокая температура, влажность и проверка температурным циклом, при которой температура с высокой меняется на низкую до минус 29 градусов. Проверка выполняется ежедневно.

Тенденции развития в будущем

Литий-ионные технологии хоть и появились не вчера, но объективно находятся в точке старта в плане реализации имеющегося потенциала, сфер промышленного внедрения, доступных на данный день.

Li-ion элементы устанавливают в автомобилях, на водных суднах, в самолетах. Корпорация Boeing постоянно дорабатывала производственные технологии по изготовлению, выпуску аккумуляторов таким образом, чтобы предотвратить прорывы отдельных элементов в случае повышения рабочих температур, изменила конструкцию и снизила параметры выделения тепла.

Отдельно проводилось совершенствование зарядной системы. В конечном счете мастера компании выпустили новую доработанную конструкцию отсека для батареи, которая бы защитила самолет на случай отказа.

Прорывом элементы питания стали в электромобилях. Лидером по вопросам разработки в данном сегменте является марка Tesla Motors. Она, чтобы обеспечить автомобили источниками питания, неоднократно заявляла о планах строительства завода по производству литиевых и ионных батарей полного цикла.

Норвежцы пошли дальше и создали проект электропарома с применением рассматриваемой категории элементов питания. Судна Siemens (Германия) и Fjellstrand (Норвегия) решено было оснастить парой электрических двигателей, работа которых идет от литий-ионных АКБ. Производительность и мощность новинки – 360 пассажиров, 120 машин.

Еще один интересный пример – электрический вертолет от хиросимской корпорации Hirobo. Модель рассчитана на одного пассажира, максимально в час может развивать 100 км. Двигатель бесшумен в работе, заряда батареи хватает в среднем на 30 минут полета без перерывов – да, немного, но уже лучше, чем ничего.

Параметр является очень важным, поскольку от него во многом зависит экологичность, показатели выброса СО₂ в атмосферу (их при условии грамотного подхода можно снизить минимум на четверть).

Развитие Li-ion АКБ в будущем направлено на повышение мощности, расширение емкости при малых размерах. Использование кремниевых нанопроводников вместо графита в анодах должно повысить емкость минимум втрое и сделать даже стандартную зарядку очень быстрой – до 15 минут.

На токе заряженный портал

Обзор лучших аккумуляторов 18650