Литий-ионные аккумуляторы. 
Основные системы, устройство и характеристики

Практически повсеместно в мобильных устройствах (ноутбуки, мобильные телефоны, КПК и другие) применяют литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы. Это связано с их преимуществами по сравнению с широко использовавшимися ранее никель-металлгидридными (Ni-MH) и никель-кадмиевыми (Ni-Cd) аккумуляторами.

Первые Li-ion аккумуляторы не могли обеспечить большие токи разряда по сравнению с Ni-Cd аккумуляторами. В настоящее время созданы Li-ion аккумуляторы с большим зарядным током.

• (-)C¦соль Li¦LiMO₂ (+)
• (+) LiCoO₂ — Li_1-XCoO₂ + xLi⁺ + xe^-
• (-) C + xLi⁺ + xe^- — CLi_X

где M — Co, Ni, Mn; соль Li — LiClO₄, LiBF₄, LiPF₆ и другие.

Электролит участия в процессе не принимает и служит для передачи ионов лития с одного электрода на другой. Таким образом, процессы разряда и заряда сводятся к переносу ионов лития с одного электрода на другой. Поэтому такие аккумуляторы получили название «литий-ионныч», или аккумуляторов типа кресла-качалки.

Современные Li-ion аккумуляторы имеют высокие удельные характеристики: 100−180 Втч/кг и 250Втч/л. Рабочее напряжение — 3,5−3,7 В.

Малогабаритные аккумуляторы работоспособны при токах разряда до 2С, мощные — до 10−20 С.

Интервал рабочих температур: от -20 до +60 ?С. Однако многие производители уже разработали аккумуляторы, работоспособные -40? С. Возможно расширение температурного интервала в области более высоких температур.

Саморазряд Li-ion аккумуляторов 4−6% за первый месяц, затем — существенно меньше: за 12 месяцев аккумуляторы теряют 10−12% запасенной емкости. Потери емкости у Li-ion аккумуляторов в несколько раз меньше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов, как при 20? С, так и при 40? С. Ресурс 500−1000 циклов.

При заряде Li-ion аккумуляторных батарей током 1С время заряда составляет 2−3 ч. Li-ion батарея достигает состояния полного заряда, когда напряжение на ней становится равным напряжению отсечки, а ток при этом значительно уменьшается и составляет примерно 3% от начального тока заряда.

К недостаткам Li-ion аккумуляторов следует отнести чувствительность к перезарядам и переразрядам, из-за этого они должны иметь ограничитель заряда и разряда.

Li-ion аккумуляторные батареи коммерческого назначения имеют наиболее совершенную защиту среди всех типов батарей. Как правило в схеме защиты Li-ion батарей используется ключ на полевом транзисторе, который при достижении на элементе батареи напряжения 4,30 В открывается и тем самым прерывает процесс заряда. Кроме того, имеющийся термопредохранитель при нагреве батареи до 90? С отсоединяет цепь ее нагрузки, обеспечивая таким образом ее термальную защиту. Но и это не все. Некоторые аккумуляторы имеют выключатель, который срабатывает при достижении порогового уровня давления внутри корпуса, равного 1034 кПа (10,5 кг/м²), разрывает цепь нагрузки. Есть и схема защиты от глубокого разряда, которая следит за напряжением аккумуляторной батареи и разрывает цепь нагрузки, если напряжение снизится до уровня 2,5 В на элементе.

При циклировании Li-ion аккумуляторов среди возможных причин снижения емкости наиболее часто рассматриваются следующие:

• — разрушение кристаллической структуры катодного материала (особенно LiMn₂O₄);
• — расслоение графита;
• — наращивание пассивирующей пленки на обоих электродах, что приводит к снижению активной поверхности электродов и блокированию мелких пор;
• — осаждение металлического лития;
• — механические изменения структуры электрода в результате объемных колебаний активного материала при циклировании.