Батарея ли пол что это

Обновлено: 27.04.2024

Если вы часто пользуетесь ноутбуком, планшетом, мобильным телефоном, плеером или шуруповертом, то скорее всего каждый раз используете литий-ионный аккумулятор. Литий-ионные аккумуляторы именуют Li-ion.

Сегодня к этому все привыкли, потому что всюду пользуются именно ими. Но что насчет Li-pol или литий-полимерных аккумуляторов? Так ли хороши они на самом деле, как об этом принято говорить? Правда ли то, что Li-pol лучше чем Li-ion? Если верить маркетологам, то да, они лучше. Но на самом деле это все — сказки.

Сначала поговорим о литий-ионных батареях . Они очень приятны на вид, выпускаются в красивых пластиковых корпусах. Если у вас есть ноутбук, то батарейный блок представляет собой большую прямоугольную конструкцию, внутри которой, если ее разобрать, можно обнаружить несколько элементов типоразмера 18650, похожих на пальчиковые батарейки типа АА, хотя на самом деле размер данных элементов немного больше.

Литий-ионные элементы имеют номинальное напряжение 3,7 вольта. Если взглянуть на батарею ноутбука, то на ней будет написано 11,1 вольт, что на самом деле просто 3 раза по 3,7 вольта, то есть батарея ноутбука — это трехэлементная батарея. Разные батареи для ноутбуков могут иметь разное количество элементов, но в принципе все они работают одинаково.

Короче говоря, жесткий пластиковый корпус содержит несколько литий-ионных элементов и, как правило, некоторую электронику для контроля температуры и уровня заряда.

Литий-ионные аккумуляторы необходимо заряжать очень аккуратно, иначе они взорвутся и наделают множество неприятностей. По этой причине все литий-ионные аккумуляторы оснащаются специальными индивидуальными зарядными устройствами или встроенной электроникой, регулирующей заряд.

Во-первых, данные батареи заряжаются постоянным током при постепенно увеличивающемся напряжении. Как только напряжение на элемент достигает предела, зарядное устройство переходит в режим постоянного напряжения (11,1 вольт для трехэлементной батареи ноутбука) с постепенно уменьшающимся током. И вот, наконец, батарея полностью заряжена.

Полезно знать, что литий-ионные аккумуляторы не любят температуру близкую к минусовой. Например если у вас имеется шуруповерт, не нужно заряжать его зимой в гараже. Принесите зарядное устройство и аккумулятор домой, и заряжайте его там где теплее.

Большинство современных зарядных устройств вовсе не заряжают батарею если температура слишком низкая (+5° C или ниже), либо заряжают, но в специальном режиме зарядки при низкой температуре, который менее эффективен и не так хорош для аккумулятора.

Но что там насчет литий-полимерных батарей, называемых Li-pol ? Здесь все становится действительно интересно. Оказывается, что маркетинговый ход заключается в том, чтобы назвать литий-ионный полимерный аккумулятор литий-полимерным. Что это значит? Это значит, что так называемые литий-полимерные батареи на самом деле практически идентичны литий-ионным, просто они находятся в гибком полимерном корпусе, то есть это — переупакованный литий-ионный аккумулятор.

Технология действия аккумулятора та же. По сути, литий-полимерный аккумулятор уникален тем, что микропористый электролит заменил собой привычный пористый сепаратор. В итоге получается немного более высокая удельная энергия, и аккумулятор Li-pol может быть сделан тоньше, чем обычный Li-ion. Однако стоимость производства будет на 10-30% выше.

В действительности существует такая вещь, как настоящая литий-полимерная батарея, где в качестве электролита используется полимер, а не другие стандартные жидкие электролиты. Этот реальный литий-полимерный аккумулятор все еще находится на стадии эксперимента. Настоящая полимерная батарея на самом деле никогда не становилась основной из-за проблем с производительностью при комнатной температуре.

Теперь вы понимаете как обстоят дела, и в принципе можете чуть-чуть продлить срок работы после одной зарядки вашим батареям из ноутбуков, благодаря плоскому, гибкому, но не литий-полимерному аккумулятору, а просто благодаря тому, что производитель сможет вставить вам больше элементов в тот же объем. Это все, что можно сделать.

Если убрать относительно объемный пластиковый корпус со стандартными литий-ионными элементами внутри него, и вместо них вставить плоские гибкие литий-ионные полимерные элементы в тот же объем, то получится больше возможностей для игр при том же объеме аккумуляторного отсека, но сама аккумуляторная технология останется все той же — литий-ионный. Это то, что называется в наши дни литий-полимерный аккумулятор Li-pol.

Так что если у нас есть два варианта покупки гаджета, первый — с литий-ионной батареей, а другой — с литий-полимерной батареей, то на деле это одно и то же, просто в упаковках разной формы.

Есть ли отличия литий-ионных (Li-ion) и литий-полимерных (Li-Po / Li-Pol / Li-Polymer) аккумуляторов при выборе телефона или ноутбука, что лучше?

📅 Статья полностью переработана в 2022 году с учётом появления новых материалов промышленности, научных исследований, опыта компании Neovolt при производстве аккумуляторных батарей в России.

🗨 Цель состоит в том, чтобы предоставить актуальный обзор аккумуляторных технологий и их применения.

Смартфоны, планшеты и ноутбуки прочно вошли в нашу жизнь. Мы полагаемся на них, чтобы оставаться на связи и продуктивно работать. Поэтому важно знать, что когда вы покупаете одно из этих устройств, батарея внутри прослужит долго.

🔻 Какой бы тип батареи не был указан — Li-ion или Li-Pol — это мало повлияет на общее время работы или характеристики устройства.

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.

На самом деле это две технологии:

Литий-ионная — общая технология перезаряжаемой батареи, в которой для хранения используются ионы лития, где « Li-ion » без уточнений обычно указывается для LCO-ячеек ( кобальтовых , как в смартфонах), но есть и другие типы (NMC, LFP, как в электромобилях);
Литий-полимерная — это технология изготовления литий-ионных аккумуляторов, где « Li-Polymer » обозначает чаще всего тот же тип LCO-ячейки , но с изменённым составом для более компактного размещения в полимерном корпусе (возможны иные катоды, аноды).

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

❌ Твердотельные Li-Polymer производят в небольшом количестве из-за сложности изготовления твердотельного электролита, купить в розницу практически невозможно.

❌ Сухие Li-Polymer практически вообще не заказывают и не изготавливают — этот тип полимерного электролита разработан в 1970-х, но не достиг продажи из-за высокого внутреннего сопротивления и высокотемпературного режима работы.

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.

👉 Чаще всего, это « Li-ion Polymer » (многие пользователи, когда обращают внимание на эту надпись, 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 .

Литий-ионный (Li-ion)

Литий-ионные аккумуляторы по статистике стали самыми распространёнными в мире [ Marketquest , март 2022]. Сочетание цены , ёмкости и срока службы делают их очень выгодными для корпораций и промышленности.

👍 Плюсы* литий-ионной (Li-ion) батареи

+ Лучше соотношение цены и ёмкости;
+ Стоимость ниже при небольших партиях;
+ Безопаснее извлекать и перевозить (твёрдый корпус);
+ Дольше не изнашиваются (защищены от повреждений);
+ Стандартизация (серия одних размеров и форм).

👎 Минусы* литий-ионной (Li-ion) батареи

- Сложно и дорого изготовить нестандартные формы;
- Тяжёлые и занимают больше места внутри гаджетов;
- При повреждении вытекает жидкостный электролит;
- Сильнее зависимость от качества изготовления (корпус, защита).

💬 * - в сравнении с Li-Polymer, когда как плюсы и минусы литий-ионной технологии как таковой мы рассматривали в отдельной статье .

Где используются

Производители выбирают традиционные ячейки Li-ion для большинства портативных электронных устройств (« приложений »):

смартфоны и планшеты;
ноутбуки;
источники бесперебойного питания;
гаджеты (от смарт-часов и повербанков до приборов «умного дома»);
электроинструмент (аккумуляторная дрель, шуруповёрт, пила);
бытовые приборы (роботы-пылесосы, триммеры, зубные щётки);
медицинское и промышленное оборудование ( подробнее ).

💬 Например, в таких легендарных устройствах, как: iPhone 4S , Apple MacBook Air 11" , Apple iPod Photo , iPod Video и во многих других гаджетах.

Особенности

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 ( подробнее о конструкции).

Литий-полимерный (Li-Po / Li-Pol / Li-Polymer)

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.

👍 Плюсы литий-полимерной (Li-Poly/Li-Pol) батареи

+ Вариативные формы вплоть до Г-образных или изгибаемых;
+ Любые размеры вплоть до самых маленьких (меньше миллиметра);
+ Даже сложные формы и размеры окупаются при больших партиях;
+ Уменьшенный вес за счёт отсутствия твёрдой оболочки;
+ Незначительно безопаснее (электролит загущён).

👎 Минусы литий-полимерной (Li-Poly/Li-Pol) батареи

- Выше стоимость производства особенно небольших партий;
- Незначительно хуже соотношение цены и ёмкости;
- Быстрее изнашивается в съёмных и подвижных конструкциях;
- Трудно стандартизировать, когда большие партии выгоднее;
- Опаснее при перевозке в открытом виде (тонкий корпус).

Где используются

Такой тип литиевого аккумулятора (Li-Po/Li-Poly) используется, например, в смартфонах: Xiaomi Redmi 5 , Redmi Note 4x .

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 .

Особенности

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 (который мы указали выше). Их иногда помещают в жёсткие корпуса, они становятся доступнее и по цене .

🗨 Цель состоит в том, чтобы предоставить актуальный обзор аккумуляторных технологий и их применения.

Литий-ионный или литий-полимерный?

На самом деле это две технологии:

Литий-ионная — общая технология перезаряжаемой батареи, в которой для хранения используются ионы лития, где « Li-ion » без уточнений обычно указывается для LCO-ячеек ( кобальтовых , как в смартфонах), но есть и другие типы (NMC, LFP, как в электромобилях);
Литий-полимерная — это технология изготовления литий-ионных аккумуляторов, где « Li-Polymer » обозначает чаще всего тот же тип LCO-ячейки , но с изменённым составом для более компактного размещения в полимерном корпусе (возможны иные катоды, аноды).

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

Литий-ионный (Li-ion)

👍 Плюсы* литий-ионной (Li-ion) батареи

+ Лучше соотношение цены и ёмкости;
+ Стоимость ниже при небольших партиях;
+ Безопаснее извлекать и перевозить (твёрдый корпус);
+ Дольше не изнашиваются (защищены от повреждений);
+ Стандартизация (серия одних размеров и форм).

👎 Минусы* литий-ионной (Li-ion) батареи

- Сложно и дорого изготовить нестандартные формы;
- Тяжёлые и занимают больше места внутри гаджетов;
- При повреждении вытекает жидкостный электролит;
- Сильнее зависимость от качества изготовления (корпус, защита).

Где используются

смартфоны и планшеты;
ноутбуки;
источники бесперебойного питания;
гаджеты (от смарт-часов и повербанков до приборов «умного дома»);
электроинструмент (аккумуляторная дрель, шуруповёрт, пила);
бытовые приборы (роботы-пылесосы, триммеры, зубные щётки);
медицинское и промышленное оборудование ( подробнее ).

Особенности

Литий-полимерный (Li-Po / Li-Pol / Li-Polymer)

👍 Плюсы литий-полимерной (Li-Poly/Li-Pol) батареи

+ Вариативные формы вплоть до Г-образных или изгибаемых;
+ Любые размеры вплоть до самых маленьких (меньше миллиметра);
+ Даже сложные формы и размеры окупаются при больших партиях;
+ Уменьшенный вес за счёт отсутствия твёрдой оболочки;
+ Незначительно безопаснее (электролит загущён).

👎 Минусы литий-полимерной (Li-Poly/Li-Pol) батареи

- Выше стоимость производства особенно небольших партий;
- Незначительно хуже соотношение цены и ёмкости;
- Быстрее изнашивается в съёмных и подвижных конструкциях;
- Трудно стандартизировать, когда большие партии выгоднее;
- Опаснее при перевозке в открытом виде (тонкий корпус).

Где используются

Такой тип литиевого аккумулятора (Li-Po/Li-Poly) используется, например, в смартфонах: Xiaomi Redmi 5 , Redmi Note 4x .

Особенности

Литий-полимерные аккумуляторы – это современные элементы питания с отличными эксплуатационными характеристиками. Они стали новой ступенью развития литий-ионной технологии. Аккумуляторы типа Li-Polymer применяются в смартфонах, планшетах, электронных книгах, квадрокоптерах, моделях на радиоуправлении, портативных электроинструментах и другой технике.

Использование полимерного электролита повышает безопасность использования аккумуляторов, предоставляет свободу форм и размеров, в т. ч. позволяет получать сверхтонкие модели.

Изначально Li-Pol элементы питания уступали Li-ion аналогам по ионной проводимости и диапазону допустимых температур. Но модели обоих типов, используемые в современной технике и электронике, по рабочим характеристикам практически идентичны.

Особенности Li-Pol технологии

Главное отличие Li-Pol моделей от Li-ion аналогов состоит в типе применяемого электролита. При производстве накопителей энергии категории Li-ion катод и анод разделяют пористым сепаратором. В его порах содержится жидкий электролит. У элементов питания категории Li-Pol роль электролита выполняет полимер с токопроводящими добавками.

Основой для производства Li-Polymer аккумуляторов стали полимеры, которые при внедрении в их структуру ионов электролита переходят в полупроводниковое состояние с многократным возрастанием проводимости.

Ученым удалось создать несколько групп Li-Po аккумуляторов с разным составом электролита:

С сухим полимером – такие модели производятся с применением полиэтиленоксида и солей лития.
С мелкопористой полимерной матрицей – в нее внедряются неводные растворы солей лития.
С гомогенным электролитом в форме геля – создаются путем встраивания в полимерную структуру солей лития.

Характерным отличием Li-Polymer батарей является гибкая форма и мягкая оболочка вместо жесткого корпуса. Эта особенность обеспечивает элементам питания более легкий вес – на 20% по сравнению с Li-ion аналогами.

Принцип работы

По принципу работы Li-Po и Li-ion аккумуляторы идентичны. Заряд переносят ионы лития, которые перемещаются от катода к аноду и обратно, внедряясь в молекулярную структуру материалов. При зарядке элементов питания ионы Li + переходят от катода к аноду, а при разрядке – в обратном направлении. Проводящей средой для ионов Li+ служит полимер с включенными в его состав добавками из солей лития. Напряжение Li-Po ячеек в разряженном состоянии составляет от 2,7 до 3 В, а в заряженном – достигает 4,2 В.

Плюсы и минусы литий-полимерных батарей

Экспериментируя с используемыми материалами катода, анода и электролита, ученые добились повышения плотности тока и увеличения температурного диапазона Li-Po ячеек. У разных брендов технологии изготовления Li-Pol аккумуляторов. Поэтому и характеристики элементов питания отличаются. Но в целом плюсами литий-полимерных аккумуляторов являются:

стойкость к токовым перегрузкам, сжатию, вибрациям и другим воздействиям;
компактность;
легкий удельный вес;
низкое внутреннее сопротивление;
разнообразие форм и толщин – вплоть до 1 мм;
высокая удельная энергоемкость;
малый саморазряд;
невыраженный эффект памяти;
стабильность напряжения в процессе разряда;
напряжение 3,7 В на ячейку;
высокий уровень безопасности;
диапазон рабочих температур от -20 до +40 °С;
ресурс от 500 циклов и выше.

Минусами литиево-полимерных аккумуляторов считается их относительно высокая цена, временное снижение емкости на морозе и подверженность естественной деградации – старению. Как и все элементы питания на основе лития, Li-Polymer модели постепенно теряют свою емкость – около 20% за 2 года активной работы.

Типы Li-Po батарей

В зависимости от допустимых разрядных токов Li-Po батареи делятся на 2 группы:

Все аккумуляторы, независимо от типа химии, выполняют одну и ту же функцию – накапливают электроэнергию и отдают ее для автономного питания различных приборов, оборудования и техники. Но используемая технология изготовления аккумуляторов значительно влияет на их удельную емкость, срок службы, безопасность использования, диапазон рабочих температур и другие критерии оценивания. Из современных элементов питания наиболее популярны литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы, отличия и сходства которых мы подробно рассмотрим в этой статье.

Чем отличаются Li-Pol от Li-ion аккумуляторов

В составе Li-ion аккумуляторов есть катод, анод и пористый сепаратор с пропиткой из жидкого электролита. Электроды находятся в герметичном корпусе и подсоединены к клеммам-токосъемникам. По типу материала, используемого для производства катода, Li-ion элементы бывают разными: на основе кобальтата лития, литий-марганцевой шпинели, литий-железо-фосфата и других веществ.

Заряд переносят положительно заряженные ионы Li + . Они встраиваются в кристаллическую решетку графита и других материалов, образуя химическую связь. В результате протекают окислительные и восстановительные реакции, аккумулятор накапливает и отдает энергию. Для защиты от перезаряда, короткого замыкания и глубокого разряда Li-ion аккумуляторы снабжаются BMS системами контроля и управления.

В отличие от Li-ion аккумуляторов, Li-Pol элементы питания в роли сепаратора используют полимерные материалы. Их применение открыло возможности для создания компактных аккумуляторов всевозможных форм толщиной от 1 мм и повысило безопасность их использования из-за сведенного к минимуму риска утечки электролита. Полимер не является проводником, но и не препятствует движению ионов лития.

Использование полимерного сепаратора – основное отличие Li-Pol от Li-ion аккумуляторов. Считается, что при контактном взаимодействии полимерной пластины с литием предотвращается образование дендритов в процессе многократного заряда-разряда элементов, что снижает риск их возгорания или взрыва. В остальном элементы питания обоих типов очень схожи. В некоторых моделях Li-Polymer дополнительно используется гелеобразный литий-проводящий электролит.

Сравнительная таблица характеристик

Наглядно сходство и разница между литий-ионными и литий-полимерными аккумуляторами представлены в таблице:

Критерий сравнения

Li-ion

Li-Pol

Тип сепаратора

Текстильный, с пропиткой из жидкого электролита

Полимерный, в некоторых моделях – с гелеобразным электролитом

Себестоимость массового производства

Удельная энергоемкость

Высокая – 110–270 Вт·ч/кг

Еще выше – 240–300 Вт·ч/кг

Безопасность эксплуатации

Высокая – благодаря использованию BMS плат контроля и защиты

Высокая. Пожароопасность – есть, но риск взрыва – ниже, т.к. вместо металлического корпуса используется мягкая оболочка. Поэтому в случае вздутия не происходит хлопка и взрыва.

Потребность в плате защиты и контроля

Цилиндрическая, призматическая, в виде пакетов

Очень гибкие, плоские

Разные, стандартизированные, самый распространенный типоразмер цилиндрических моделей – 18650.

Бывают толщиной от 1 мм. Размеры не зависят от стандартных форматов ячеек.

Масса аккумуляторов с одинаковой емкостью

Срок службы, до снижения исходной емкости на 20%

Номинальное напряжение

Стабильность напряжения по мере разряда

Допустимые токи нагрузки относительно емкости С

Оптимальные – до 1С,

постоянные – до 5С;

пиковые (импульсные) – до 50С.

У обычных бытовых моделей – небольшие, до 3С, но есть силовые Li-Pol аккумуляторы с токами разряда 10С и выше.

У аккумуляторов Li-Polymer высокой мощности – от 8С до 50С, пиковый – от 15С до 100С.

Читайте также: