Литиевые аккумуляторы и батареи. Общие сведения.

Литий ионные (Li-Ion)  аккумуляторы

Аккумуляторы на ионах лития являются лучшими силовыми источниками тока. Преимуществами Li-ion аккумуляторов являются большое количество циклов, высокая энергетическая плотность и низкий саморазряд.
Технология их производства постоянно совершенствуется, а стоимость уменьшается. Удельная плотность запасаемой энергии постоянно растет за счет совершенствования технологии.
Литий-ионный аккумулятор состоит из положительных и отрицательных электродов, электролита, пористого сепаратора и контактов.
Для отрицательных пластин используется графит. Электролит представляет собой в основном смесь LiPF6 и карбоната.
В качестве катодного материала используются несколько материалов:
- кобальтат лития LiCoO2
- литий-марганцевая шпинель LiMn2O4
- литий-кобальт-марганцевая шпинель (Li(NiCoMn)O2
- литий-феррофосфат LiFePO4.

Химический состав используемого катодного материала во многом определяет технические характеристики аккумуляторов.

 Особое место среди аккумуляторов на основе ионов лития занимают литий железо фосфатные аккумуляторы (LiFePо4).
С момента изготовления первой промышленной партии в 2006 году этот тип аккумуляторов является вершиной технологии силовых аккумуляторв. Он ,без преувеличения, - самый лучший по всем основным параметрам. Принцип действия основан на использовании электродов нано масштаба и активации обмена ионами между электродами за счет увеличения их активной поверхности. Эта новая ”нано фосфатная” технология дала толчок развитию силовых аккумуляторов с небывалыми характеристиками:
- они отличаются высокой скоростью зарядки и емкостью порядка 100 Вт/час на кг. 15-20 минут необходимо потратить на их полную зарядку. Нужно только иметь зарядное устройство способное выдать большой зарядный ток;
- имеют ресурс циклирования в 10 раз больше остальных моделей литиевой группы;
- прочные и безопасные в отличие от литий полимерных аккумуляторов;
- допускают большой разрядный ток без ущерба для ресурса;
- имеют мизерный cаморазряд – около 3% за год;
- широкий диапазон рабочих температур (от -30 С до +50 С ) с сохранением характеристик;
- выдерживают больше 2000 - 3000 перезарядок и срок службы более 10 лет. При этом потеря емкости к концу срока эксплуатации малозаметна;
- отсутствует эффект "памяти".

 Литий-железо-фосфатные аккумуляторы  LiFePO4 происходят от Литий-Ионных, однако имеют ряд существенных отличий от  всех прочих аккумуляторов литиевой группы:

-LiFePO4 обеспечивает более длительный срок службы.

-Как и Никелевые аккумуляторы (в отличие от других литий-ионных аккумуляторов), LiFePO4 батареи имеют очень постоянное напряжение разряда. Напряжение на выходе остается близко к 3.2 В. во время разряда, пока аккумулятор не будет исчерпан полностью.
 
-В связи с постоянным напряжением 3.2 В на выходе, четыре батареи могут быть размещены последовательно для номинального напряжения на выходе в 12.8 В. Это приближается к номинальному напряжению свинцово-кислотных аккумуляторов с шестью ячейками. И, наряду с хорошими характеристиками безопасности LFP батарей, это делает их хорошей потенциальной заменой для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей во многих приложениях, таких как автомобилестроение и приложения солнечной энергетики.

-Использование фосфатов позволяет избежать затрат на кобальт и экологических проблем, в частности, озабоченность по поводу кобальта, попадающего в окружающую среду при неправильной утилизации.

-LiFePO4 имеет более высокий пиковый ток или мощность, чем у LiCoO2.

-Плотность энергии (энергия / объем) новой батареи LFP около 14% ниже, чем у новых Литий-Ионных батарей.

-Ячейки LiFePO4 имеют более низкую скорость разряда, чем свинцово-кислотные или Литий-Ионные батареи. Так как скорость разряда определяется в процентах от емкости батареи, то более высокая скорость разряда может быть достигнута в более ёмких батареях (больше ампер-часов). Однако могут быть использованы ячейки LiFePO4 с высоким током разряда (которые имеют более высокую скорость разряда, чем свинцово-кислотные батареи или LiCoO2 той же мощности).

-Из-за более медленного снижения плотности энергии, спустя некоторое время эксплуатации, LiFePO4 ячейки уже имеют бОльшую плотность энергии, чем LiCoO2 и литий-ионные ячейки.

-LiFePO4 ячейки медленнее теряют ёмкость, чем литий-ионные аккумуляторы, такие как LiCoO2, кобальт или марганец, LiMn2O4, шпинель, литий-полимерные или литий-ионные батареи.

-Одним из важных преимуществ, по сравнению с другими видами литий-ионных батарей, является термическая и химическая стабильность, что существенно повышает безопасность батареи.

Все аккумуляторы подвержены  деградации во времени и от количества циклов заряд-разряд. Работа  аккумулятора на разрядных токах больше  номинальной емкости, как правило, приводит к существенному уменьшению ресурса аккумулятора из-за повышения внутренней температуры ячеек в процессе работы на больших токах. Деградация определяется в большой степени  температурой эксплуатации и хранения, и ускоряется с ростом температуры. Литий железо фосфатные аккумуляторы (LiFePo4) меньше подвержены деградации, чем все остальные аккумуляторы литиевой группы. Литий-фосфат железа, также известный как LiFePO4, - этот материал считается безопасным, в отличии от других литиевых батарей.  LiFePO4 батареи превосходят другие материалы с точки зрения безопасности, стабильности и производительности. Жизненный цикл  LiFePO4 батарей превышает 2000 циклов заряда-разряда. Это в 10 раз больше, чем у остальных моделей литиевой группы. Эта цифра показывает, что качественно выполненная  батарея LiFePO4, превысит продолжительность жизни другой группы аналогичных литиевых батарей на дополнительные 33%!  Хорошие батареи LiFePO4 дают вам гораздо больше отдачи от вложенных денег, чем другие группы литиевых аккумуляторов. Литий железо фосфатный аккумулятор - это лучший выбор на сегодняшний день.