Опитите да се създаде литиева батерия, която да се презарежда се провалят поради проблеми, свързани с безопасността на продукта. Поради присъщата нестабилност на лития, особено по време на зареждане, разработването на батерията мести своя фокус към неметални батерии, които само използват литиеви йони. Въпреки, че имат по-малка енергийна плътност, литиево-йонната технология е безопасна, при условие че се спазват определени мерки при зареждане и използване. През 1991 година "Sony" представя на пазара първата литиево-йонна батерия.
Енергийната плътност на литиево-йонната батерия е два пъти по-висока от тази на стандартната никел-кадмиева батерия. С развитието на технологията е възможно да се постигнат и по-високи нива на енергийна плътност. Характеристиките за натоварване са сравнително добри и са сходни с тези на никел-кадмиевите от гледна точка на разреждане. Литиево-йонна батерия с напрежение от 3.6 V позволява дизайн само с една клетка. Повечето мобилни телефони днес използват тази технология. За сравнение, батерия базирана на никел ще се нуждае от три 1.2 V клетки.
Литиево-йонната батерия не се нуждае от сериозна поддръжка за да функционира нормално. Тя има електрохимически характеристики, които са ненадминати до сега от никоя друга комерсиализирана до такава степен технология. Чисто икономически погледнато, литиево-йонната батерия предоставя най-добро съотношение между предимствата, които осигурява на милиони потребители и цената ѝ на производство.
Предимства на литиево-йонните батерии
- Литиево-йонните батерии са много по-леки в сравнение с други видове акумулаторни батерии с еднакъв размер. Електродите на литиево-йонната батерия са изработени от леки вещества - литий и въглерод. Литият е силно реактивен елемент, което означава, че може да съхранява голяма част от енергията си в своите атомни връзки. Това се превръща в много висока енергийна плътност за литиево-йонната батерия. Едно добро сравнение на литиево-йонните батерии за енергийна плътност е това с никел-метал хидридните батерии. Типичната литиево-йонна батерия може да съхранява 150 ват-часа електроенергия в 1 килограм батерия. За сравнение, батерия NiMH (никел-метал хидрид) може да съхранява около 100 ват-часа на килограм, въпреки че 60-70 ват-часа е по-характерно. Оловно-киселинни батерии могат да съхраняват само 25 ват-часа на килограм. При използване на оловно-киселинната технология, е нужна 6 килограмова батерия, за да съхранявате същото количество енергия, за което е нужно само 1 килограмова литиево-йонна батерия.
- Те държат заряда си. Литиево-йонна батерия губи само около 5 процента от заряда си на месец, в сравнение с 20 процента загуба на месец за NiMH батерии.
- Нямат ефекта на паметта, което означава, че не трябва напълно да са разредени, преди да бъдат заредени отново - нещо, с което други батерии не могат да се похвалят.
- Литиево-йонните батерии издържат на стотици цикъла на зареждане/разреждане.
Недостатъци на литиево-йонните батерии
- Литиево-йонните батерии започват да се разпадат веднага след като напуснат фабриката. Те ще траят само две до три години от датата на производство, независимо дали да ги използвате или не.
- Те са изключително чувствителни към високи температури. Топлината ускорява процеса на разграждане при литиево-йонни батерии.
- Ако се разреди напълно, литиево-йонна батерия е съсипана.
- Интересна подробност за литиево-йонните батерии е, че попадат в новините напоследък с това, че понякога се възпламеняват. Това не е много често срещано - само две или три батерии на милион имат този проблем, но когато това се случи, ситуацията е стряскаща. В някои ситуации, процентът на негодни батерии в някоя партида може да е висок. Когато това се случи в световен мащаб, производителите са принудени да изтеглят негодните партиди и търпят загуби в размер на стотици милиони долари.
Въпреки всичко, литиево-йонната батерия е още една стъпка напред за технологичния напредък на света. Притежава уникални способности да съхранява и произвежда енергия, компактна е, което я прави незаменима част от съвременната употреба на всякакъв вид мобилни устройства.
Безопасни ли са литиево-йонните батерии?
Батериите имат много различни защити, за да може да се осигури тяхната безопасност при почти всички обстоятелства, когато е в ръцете на потребителя.
Безопасността започва още от клетката, която съдържа:
В допълнение на тези вътрешни предпазни мерки, външна защита предотвратява напрежението във всяка клетка да надхвърля 4.3 V. Освен това предпазител прекъсва тока, ако температурата на някоя клетка превиши 90°C. За да предпази батерията от свръх разреждане, веригата се прекъсва ако напрежението в някоя от клетките спадне до 2.2 V.
Всяка клетка се нуждае от самостоятелно наблюдение на волтажа. Колкото по-голям е броят на клетките, толкова по-комплексна е защитата. Преди време лимитът за потребителско приложение е бил четири клетки. Днес, новите чипове обслужват 5-7, 7-10 и 13 клетки последователно. За някои по-специални приложения, като хибридни или електрически превозни средства, за които трябва да се доставят няколкостотин волта, на батериите се поставят специални схеми за защита. Тези защитни схеми обаче рязко повишават общата цена на батерията.
Защитните вериги могат да защитят батерията само от външни фактори като токов удар или повредено зарядно. Ако обаче възникне дефект в клетката, като например замърсяване, причинено от микроскопични частици метал, външната защита има много малко влияние и не може да спре реакцията. Подсилени и самовъзстановяващи се сепаратори са измислени и се използват в електрическите задвижващи системи, но това прави батериите големи и скъпи.
Газът, който се освобождава при обезвъздушаване на литиево-йонна клетка като част от натрупване на налягането в нея, е предимно въглероден диоксид (CO2). Други газове, които се формират при силно нагряване са изпарените електролити, съдържащи етилен и/или пропилен.
Безопасността започва още от клетката, която съдържа:
- вграден температурен превключвател, който предпазва от токов удар;
- прекъсвач, който прекъсва електрическата верига ако заряда повиши вътрешното налягане на клетката до 1000 kPa;
- малък отвор, през който се отпуска газ в случай на повишено клетъчно налягане.
В допълнение на тези вътрешни предпазни мерки, външна защита предотвратява напрежението във всяка клетка да надхвърля 4.3 V. Освен това предпазител прекъсва тока, ако температурата на някоя клетка превиши 90°C. За да предпази батерията от свръх разреждане, веригата се прекъсва ако напрежението в някоя от клетките спадне до 2.2 V.
Всяка клетка се нуждае от самостоятелно наблюдение на волтажа. Колкото по-голям е броят на клетките, толкова по-комплексна е защитата. Преди време лимитът за потребителско приложение е бил четири клетки. Днес, новите чипове обслужват 5-7, 7-10 и 13 клетки последователно. За някои по-специални приложения, като хибридни или електрически превозни средства, за които трябва да се доставят няколкостотин волта, на батериите се поставят специални схеми за защита. Тези защитни схеми обаче рязко повишават общата цена на батерията.
Защитните вериги могат да защитят батерията само от външни фактори като токов удар или повредено зарядно. Ако обаче възникне дефект в клетката, като например замърсяване, причинено от микроскопични частици метал, външната защита има много малко влияние и не може да спре реакцията. Подсилени и самовъзстановяващи се сепаратори са измислени и се използват в електрическите задвижващи системи, но това прави батериите големи и скъпи.
Газът, който се освобождава при обезвъздушаване на литиево-йонна клетка като част от натрупване на налягането в нея, е предимно въглероден диоксид (CO2). Други газове, които се формират при силно нагряване са изпарените електролити, съдържащи етилен и/или пропилен.
Съвети за безопасност при работа с литиево-йонни батерии
- Не изпускайте и не удряйте батерията.
- Не оставяйте батерията в близост до източник на топлина, на влажно или мокро място.
- Не изгаряйте батерията и не я излагайте на прекалено високи температури или пламъци. Това може да доведе до експлозия! В подобен случай трябва да прекратите използването на батерията и/или зарядното, докато температурата не се понижи.
- Не се опитвайте да режете, разтапяте, продупчвате или ремонтирате батерията. Това може да доведе до изтичане на електролити, които са силно запалими и могат да доведат до физически наранявания.
- Използвайте литиево-йонни батерии само с подходящото за тях зарядно устройство.
- В случай на пожар използвайте вода, за да предотвратите разпространението на пламъците. Можете да ги изгасите с пожарогасител, сух химикал, графит на прах, мед на прах или натриев карбонат (сода). Ако пламъците от батерията не могат да бъдат потушени, оставете батерията да изгори докрай на проветриво и безопасно място.
Съхранение на литиево-йонните батерии
Ако трябва да съхранявате батерия известно време (месец или повече) без да я използвате, заредете я на 60% - 80% и я приберете на сухо, хладно и чисто място. Ако батерията не се използва за дълъг период от време е възможно да изгуби заряда си и да се повреди. Следователно, след като батерията не е била използвана известно време, е изключително важно да направите поне един цикъл на пълно разреждане и зареждане на батерията, за да я калибрирате. Ако повтаряте този цикъл всеки месец (най-много на два-три месеца), осигурявате на батерията си добро съхранение и по-дълъг експлоатационен живот.
