Литий-полимерный аккумулятор: плюсы и недостатки

Литий-полимерный аккумулятор (Li-Po, Li-poly, Li-Pol) – усовершенствованная модель литий-ионного аккумулятора (Li-ion), в котором электролитом является полимерный материал. Применяется для обеспечения питанием различной техники: мобильных телефонов и планшетов, цифровой техники, портативных медиаустройств, электроинструментов, радиоуправляемых моделей, систем резервного и бесперебойного питания, электрокаров и т.д.

Благодаря высоким технико-эксплуатационным характеристикам такие АКБ получили широкое распространение в быту и промышленности. Но, как и другие виды батарей, имеют свои преимущества и недостатки, что несколько ограничивает их сферу использования.

Особенности и характеристики

В конструкции присутствуют 2 электрода: катод на фольге из алюминия и анод на фольге из меди. Между электродами присутствует пористый сепаратор, пропитанный электролитом. Корпус батареи может быть жёстким или мягким, в зависимости от назначения. Ключевое отличие от литий-ионного аккумулятора состоит в применении полимерного электролита. Благодаря этому возрастает безопасность эксплуатации батарей. Полимерный электролит имеет гелеобразную структуру, что позволяет изготавливать батареи в гибкой оболочке.

Li-Po аккумулятор обладает такими техническими характеристиками:

• Минимальная толщина элемента – 1 мм.
• Номинальное напряжение – 3,7 В, минимальное – 2,5 В, максимальное – 4,2 В.
• Удельная энергетическая ёмкость – 110-270 Вт⋅ч/кг.
• Сопротивление внутри элемента – 4-15 мОм.
• Количество циклов заряд разряд до падения ёмкости на 20% – около 800, в зависимости от качества исполнения и специфики эксплуатации.
• Саморазряд при комнатной температуре (около +25°С) – примерно 1,6% в месяц.
• Максимально возможный отдаваемый ток бытовых моделей – 5C, промышленных – до 130C, где C – ёмкость элемента питания в ампер-часах (А⋅ч).
• Допустимый температурный режим эксплуатации – -20°С-+40°С. Оптимальная температура работы – +23°С.

Литий-полимерная технология применяется преимущественно для создания батарей в гибкой оболочке. Вес таких аккумуляторов примерно на 20% ниже в сравнении с классическими Li-ion аналогами в жёстком корпусе. Хотя на рынке можно встретить и Li-Pol АКБ в жёсткой оболочке.

Принцип работы у Li-poly и Li-ion батарей не отличается. Для переноса заряда используются ионы лития, перемещающиеся между катодом и анодом. При этом литиевые ионы имеют свойство внедрения в молекулярную структуру электродов. При зарядке ионы исходят от катода к аноду, в процессе разряда – в противоположном направлении. Средой для прохождения положительно заряженных ионов лития служит полимерный электролит, в составе которого присутствуют литиевые соли.

Преимущества литий-полимерных аккумуляторов

К основным достоинствам элементов питания данного типа можно отнести:

• Компактные размеры при высокой ёмкости. В сравнении с другими видами аккумуляторов, особенно на основе никеля, при аналогичной ёмкости батарея имеет гораздо меньшие размеры.
• Возможность изготовления сверхтонких АКБ. Благодаря применению сухого полимера с добавлением геля толщину одного элемента питания удалось уменьшить до 1 мм.
• Устойчивость к перегрузкам по току. Аккумулятор может выдавать высокие токи, вплоть до 130C. Однако бытовые батареи выдают относительно невысокий ток – до
• Невысокое внутреннее сопротивление. Благодаря этому повышается безопасность эксплуатации и снижается скорость саморазряда.
• Возможность изготовления батарей разных типоразмеров. Производители предлагают не только мягкие плоские батареи, но и элементы питания нестандартных форм.
• Стабильное напряжение в процессе работы. При разряде напряжение элемента питания снижается плавно, без резких колебаний.
• Безопасность. При правильной эксплуатации аккумулятор не подвержен возгоранию.
• Средний ресурс до снижения ёмкости на 20% при разряде током 2C составляет около 800 циклов заряд-разряд.
• Более высокая скорость зарядки в сравнении с Li-ion батареями.
• Минимальный эффект памяти. Не нужно полностью разряжать аккумулятор перед зарядкой. Можно заряжать батарею при любом уровне заряда, это практически не влияет на ёмкость.
• Высокая ёмкость. Производители предлагают модели ёмкостью от нескольких сотен до десятков тысяч мА⋅ч.
• Широкий спектр применения – от мелкой бытовой электроники до узкоспециализированного промышленного оборудования.

Недостатки Li-Po батарей

Несмотря на большое количество положительных характеристик, у данных элементов питания имеются и весомые недостатки:

• Требуется особый режим заряда. Батарею нужно заряжать специальным зарядным устройством. Перезаряд может привести к возгоранию. Однако практически все модели таких аккумуляторов имеют встроенный контроллер, предотвращающий перезаряд и перегрев.
• При неправильной эксплуатации возможно возгорание. Обычно это происходит из-за механических повреждений, перегрева или перезаряда.
• Элементы высокой ёмкости нельзя использовать сразу после зарядки. Нужно подождать некоторое время пока батарея не охладится до температуры окружающей среды.
• Недопустимость короткого замыкания. Это может стать причиной не только выхода из строя, но и возгорания.
• Недопустимость разгерметизации. Батарея с повреждённым корпусом может выделять опасные для здоровья вещества.
• Нельзя нагревать выше +60°С.
• Нельзя подвергать механическим воздействиям, даже лёгкому надавливанию. Это приводит к нарушению внутренней структуры, что влечёт риски безопасности. Актуально прежде всего для гибких элементов питания.
• Падение ёмкости на морозе. Батарея не может выдавать необходимый ток при слишком низкой температуре. Также нельзя сразу заряжать аккумулятор, который находился на морозе, он должен нагреться до комнатной температуры.
• Меньший срок службы в сравнении с литий-ионными аналогами. Среднее количество циклов заряд-разряд Li-ion АКБ – 1000, Li-Pol – 800.

Заключение

Литий-полимерный аккумулятор – один из современных и наиболее эффективных видов элементов питания. Такие батареи используются для обеспечения питанием широкого спектра электронных устройств.

При этом важно строго соблюдать правила эксплуатации АКБ, поскольку их нарушение может привести к возгоранию и другим рискам безопасности. По стоимости Li-Po батареи практически соответствуют Li-ion аналогом, поэтому при выборе следует ориентироваться прежде всего на характеристики и техническую возможность применения того или иного элемента питания.