Un élément clé de la mobilité des appareils électroniques est la batterie rechargeable (ACB). Les exigences croissantes pour assurer leur plus longue autonomie stimulent la recherche continue dans ce domaine et conduisent à l'émergence de nouvelles solutions technologiques.
Les batteries nickel-cadmium (Ni-Cd) et nickel-hydrure métallique (Ni-MH) largement utilisées ont une alternative - d'abord les batteries au lithium, puis les batteries lithium-ion (Li-ion) plus avancées.
Contenu
Histoire d'apparition
Les premières batteries de ce type sont apparues dans les années 70. le siècle dernier. Ils ont immédiatement gagné en demande en raison de caractéristiques plus avancées. L'anode des éléments était en lithium métallique dont les propriétés permettaient d'augmenter l'énergie spécifique. C'est ainsi que sont nées les batteries au lithium.
Les nouvelles batteries présentaient un inconvénient important - un risque accru d'explosion et d'inflammation.La raison réside dans la formation d'un film de lithium sur la surface de l'électrode, ce qui a conduit à une violation de la stabilité de la température. Au moment de la charge maximale, la batterie pourrait exploser.
Le raffinement de la technologie a conduit à l'abandon du lithium pur dans les composants de la batterie au profit de l'utilisation de ses ions chargés positivement. La batterie lithium-ion s'est avérée être une bonne solution.
Ce type de batterie ionique se caractérise par une sécurité plus élevée, obtenue au prix d'une légère diminution de la densité d'énergie, mais les progrès technologiques constants ont permis de réduire au minimum la perte de cet indicateur.
Dispositif
L'introduction des batteries lithium-ion dans l'industrie de l'électronique grand public a connu une percée après le développement d'une batterie avec une cathode en carbone (graphite) et une anode en oxyde de cobalt.
Lors du processus de décharge de la batterie, les ions lithium sont retirés du matériau de la cathode et sont inclus dans l'oxyde de cobalt de l'électrode opposée ; lors de la charge, le processus se déroule dans le sens opposé. Ainsi, les ions lithium créent un courant électrique, se déplaçant d'une électrode à l'autre.
Les batteries Li-Ion sont produites en versions cylindriques et prismatiques. Dans une structure cylindrique, deux rubans d'électrodes plates, séparés par un matériau imprégné d'électrolyte, sont enroulés et placés dans un boîtier métallique étanche. Le matériau de cathode est déposé sur une feuille d'aluminium et le matériau d'anode est déposé sur une feuille de cuivre.
Une conception de batterie prismatique est obtenue en empilant des plaques rectangulaires les unes sur les autres. Cette forme de la batterie permet de densifier l'agencement du dispositif électronique. Des batteries prismatiques avec des électrodes enroulées torsadées en spirale sont également produites.
Fonctionnement et durée de vie
Un fonctionnement long, complet et sûr des batteries lithium-ion est possible si les règles de fonctionnement sont respectées, les négliger non seulement raccourcira la durée de vie du produit, mais peut avoir des conséquences négatives.
Exploitation
La principale exigence pour le fonctionnement des batteries Li-Ion concerne la température - la surchauffe ne doit pas être autorisée. Des températures élevées peuvent causer un maximum de dommages, et la cause de la surchauffe peut être à la fois une source externe et des modes stressants de charge et de décharge de la batterie.
Par exemple, chauffer jusqu'à 45°C entraîne une diminution de 2 fois la capacité à maintenir la charge d'une batterie. Cette température est facilement atteinte lorsque l'appareil est exposé au soleil pendant une longue période ou lors de l'exécution d'applications énergivores.
Si le produit surchauffe, il est recommandé de le placer dans un endroit frais, il est préférable de l'éteindre et de retirer la batterie.
Pour optimiser les performances de la batterie pendant la chaleur estivale, vous devez utiliser le mode d'économie d'énergie, disponible sur la plupart des appareils mobiles.
Les basses températures ont également un effet négatif sur les batteries ioniques ; à des températures inférieures à -4 °C, la batterie ne peut plus fournir sa pleine puissance.
Mais le froid n'est pas aussi nocif pour les batteries Li-Ion que les températures élevées et, le plus souvent, ne cause pas de dommages permanents. Malgré le fait qu'après le réchauffement à température ambiante, les propriétés de fonctionnement de la batterie sont complètement restaurées, il ne faut pas oublier la diminution de la capacité par temps froid.
Une autre recommandation pour l'utilisation des batteries Li-Ion est d'éviter qu'elles ne se déchargent profondément. De nombreuses batteries d'ancienne génération avaient un effet mémoire qui les obligeait à être déchargées à zéro puis complètement chargées.Les batteries Li-Ion n'ont pas cet effet et des cas isolés de décharge complète n'entraînent pas de conséquences négatives, mais une décharge profonde constante est nocive. Il est recommandé de brancher le chargeur lorsque le niveau de charge est de 30 %.
Durée de vie
Un mauvais fonctionnement des batteries Li-Ion peut réduire leur durée de vie de 10 à 12 fois. Cette durée dépend directement du nombre de cycles de charge. On pense que les batteries de type Li-Ion peuvent supporter de 500 à 1000 cycles, en tenant compte de la décharge complète. Un pourcentage plus élevé de charge restante avant la prochaine charge augmente considérablement la durée de vie de la batterie.
Étant donné que la durée de vie des batteries Li-Ion est largement déterminée par les conditions de fonctionnement, il est impossible de donner une durée de vie exacte pour ces batteries. En moyenne, une batterie de ce type peut durer de 7 à 10 ans si les réglementations en vigueur sont respectées.
Processus de charge
Lors de la charge, évitez une connexion trop longue de la batterie au chargeur. Le fonctionnement normal d'une batterie lithium-ion a lieu à une tension ne dépassant pas 3,6 V. Les chargeurs fournissent 4,2 V à l'entrée de la batterie pendant la charge. Si le temps de charge est dépassé, des réactions électrochimiques indésirables peuvent se produire dans la batterie, ce qui entraînera une surchauffe avec toutes les conséquences qui en découlent.
Les développeurs ont pris en compte une telle caractéristique - la sécurité de la charge des batteries Li-Ion modernes est contrôlée par un dispositif intégré spécial qui arrête le processus de charge lorsque la tension dépasse le niveau autorisé.
Pour les batteries au lithium, la méthode de charge en deux étapes est correcte.Lors de la première étape, la batterie doit être chargée, en fournissant un courant de charge constant, la deuxième étape doit être réalisée avec une tension constante et une diminution progressive du courant de charge. Un tel algorithme est implémenté dans le matériel de la plupart des chargeurs domestiques.
Stockage et élimination
Une batterie lithium-ion peut être stockée pendant une longue période, l'autodécharge est de 10 à 20% par an. Mais en même temps, une diminution progressive des caractéristiques du produit (dégradation) se produit.
Il est recommandé de stocker ces batteries dans un endroit protégé de l'humidité, à une température de +5 ... + 25 ° С. Les fortes vibrations, les chocs et la proximité d'une flamme nue sont inacceptables.
Le processus de recyclage des cellules lithium-ion doit être effectué dans des entreprises spécialisées disposant de la licence appropriée. Environ 80 % des matériaux des batteries recyclées peuvent être réutilisés dans la fabrication de nouvelles batteries.
Sécurité
Une batterie lithium-ion, même de taille miniature, présente un risque de combustion spontanée explosive. Cette caractéristique de ce type de batterie nécessite le respect de mesures de sécurité à toutes les étapes, du développement à la production et au stockage.
Pour améliorer la sécurité des batteries Li-Ion lors de leur fabrication, une petite carte électronique est placée dans leur boîtier - un système de surveillance et de contrôle conçu pour éliminer les surcharges et les surchauffes. Un mécanisme électronique augmente la résistance du circuit lorsque la température dépasse une limite prédéterminée. Certains modèles de batterie ont un interrupteur mécanique intégré qui coupe le circuit lorsque la pression à l'intérieur de la batterie augmente.
En outre, une soupape de sécurité est souvent installée dans les boîtiers de batterie pour soulager la pression en cas d'urgence.
Avantages et inconvénients des batteries au lithium
Les avantages de ce type de batterie sont :
- haute densité d'énergie;
- pas d'effet mémoire ;
- longue durée de vie;
- faible taux d'autodécharge ;
- pas besoin d'entretien ;
- assurer des paramètres de fonctionnement constants sur une plage de température relativement large.
Il a une batterie au lithium et des inconvénients, ce sont :
- risque de combustion spontanée ;
- coût plus élevé que ses prédécesseurs ;
- le besoin d'un contrôleur intégré ;
- caractère indésirable d'une décharge profonde.
Les technologies de production de batteries Li-Ion sont constamment améliorées, de nombreuses lacunes appartiennent progressivement au passé.
Champ d'application
La haute densité d'énergie des batteries lithium-ion détermine leur principal domaine d'application - les appareils électroniques mobiles : ordinateurs portables, tablettes, smartphones, caméras vidéo, appareils photo, systèmes de navigation, divers capteurs intégrés et un certain nombre d'autres produits.
L'existence d'un facteur de forme cylindrique de ces piles leur permet d'être utilisées dans des lampes de poche, des téléphones fixes et d'autres appareils qui consommaient auparavant de l'énergie à partir de piles jetables.
Le principe lithium-ion de construction d'une batterie a plusieurs variétés, les types diffèrent par le type de matériaux utilisés (lithium-cobalt, lithium-manganèse, lithium-nickel-manganèse-cobalt-oxyde, etc.). Chacun d'eux a sa propre portée.
En plus de l'électronique mobile, un groupe de batteries lithium-ion est utilisé dans les domaines suivants :
- outils électriques portatifs;
- équipement médical portatif;
- alimentations sans interruption;
- systèmes de sécurité;
- modules d'éclairage de secours;
- stations à énergie solaire;
- véhicules électriques et vélos électriques.
Compte tenu de l'amélioration constante de la technologie lithium-ion et du succès de la création de batteries de grande capacité avec de petites tailles, il est possible de prévoir l'expansion des applications de ces batteries.
Marquage
Les paramètres des batteries lithium-ion sont imprimés sur le corps du produit, tandis que le codage utilisé peut différer considérablement pour différentes tailles. Une seule norme d'étiquetage des batteries pour tous les fabricants n'a pas encore été développée, mais il est toujours possible de déterminer par vous-même les paramètres les plus importants.
Les lettres de la ligne de marquage indiquent le type de cellule et les matériaux utilisés : la première lettre I désigne la technologie lithium-ion, la lettre suivante (C, M, F ou N) précise la composition chimique, la troisième lettre R signifie que la la cellule est rechargeable (Rechargeable).
Les chiffres dans le nom de la taille indiquent la taille de la batterie en millimètres : les deux premiers chiffres correspondent au diamètre et les deux autres à la longueur. Par exemple, 18650 indique un diamètre de 18 mm et une longueur de 65 mm, 0 indique un facteur de forme cylindrique.
Les dernières lettres et chiffres de la série sont les marquages des contenants propres à chaque fabricant. Il n'y a pas non plus de normes uniformes pour indiquer la date de fabrication.
