Какой аккумулятор лучше li ion или li pol

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы

Инженерная мысль непрерывно развивается: ее стимулируют постоянно возникающие проблемы, требующие для своего решения разработки новых технологий. В свое время на смену никель-кадмиевым (NiCd) аккумуляторам пришли никель-металлгидридные (NiMH), а сейчас место литий-ионных (Li-ion) пытаются занять литий-полимерные (Li-pol) аккумуляторы. NiMH аккумуляторы в какой-то степени потеснили NiCd, но в силу таких неоспоримых достоинств последних, как способность отдавать большой ток, низкая стоимость и длительный срок службы, не смогли обеспечить их полноценной замены. А вот как обстоит дело с литиевыми аккумуляторами? Каковы их особенности и чем отличаются Li-pol аккумуляторы от Li-ion? Попробуем разобраться в этом вопросе.

Как правило, все мы при покупке мобильника или портативного компьютера не задумываемся о том, какой аккумулятор у них внутри и чем вообще различаются эти устройства. И только потом, столкнувшись на практике с потребительскими качествами тех или иных аккумуляторов, начинаем анализировать и выбирать. Тем, кто спешит и желает сразу получить ответ на вопрос, какой аккумулятор является оптимальным для сотового телефона, я отвечу коротко — Li-ion. Дальнейшая информация предназначена для любознательных.

Для начала небольшой экскурс в историю.

Первые эксперименты по созданию литиевых батарей начались в 1912 году, но только спустя шесть десятилетий, в начале 70-х годов, они впервые были внедрены в бытовые устройства. Причем, подчеркну, это были именно батареи. Последовавшие вслед за этим попытки разработать литиевые аккумуляторы (перезаряжающиеся батареи) оказались неудачными из-за проблем, связанных с обеспечением безопасности их эксплуатации. Литий, самый легкий из всех металлов, имеет наибольший электрохимический потенциал и обеспечивает самую большую плотность энергии. Аккумуляторы, использующие литиевые металлические электроды, характеризуются и высоким напряжением, и превосходной емкостью. Но в результате многочисленных исследований в 80-х годах было выяснено, что циклическая работа (заряд — разряд) литиевых аккумуляторов приводит к изменениям на литиевом электроде, в результате которых уменьшается тепловая стабильность и появляется угроза выхода теплового состояния из-под контроля. Когда это происходит, температура элемента быстро приближается к точке плавления лития — и начинается бурная реакция с воспламенением выделяющихся газов. Так, например, большое количество литиевых аккумуляторов для мобильных телефонов, поставленных в Японию в 1991 году, было отозвано после нескольких случаев их воспламенения.

Из-за свойственной литию неустойчивости исследователи обратили свой взор в сторону неметаллических литиевых аккумуляторов на основе ионов лития. Немного проиграв при этом в плотности энергии и приняв некоторые меры предосторожности при заряде и разряде, они получили более безопасные так называемые Li-ion аккумуляторы.

Плотность энергии Li-ion аккумуляторов обычно вдвое превышает плотность стандартных NiCd [1], а в перспективе, благодаря применению новых активных материалов, предполагается еще больше увеличить ее и достигнуть трехкратного превосходства над NiCd. В дополнение к большой емкости Li-ion аккумулятор при разряде ведет себя аналогично NiCd (форма их разрядных характеристик подобна и отличается лишь напряжением).

На сегодняшний момент существует множество разновидностей Li-ion аккумуляторов, причем можно долго говорить о преимуществах и недостатках того или иного типа, но отличить их по внешнему виду невозможно. Поэтому отметим только те достоинства и недостатки, которые свойственны всем типам этих устройств, и рассмотрим причины, вызвавшие появление на свет литий-полимерных аккумуляторов.

• Высокая плотность энергии и как следствие большая емкость при тех же самых габаритах по сравнению с аккумуляторами на основе никеля.
• Низкий саморазряд.
• Высокое напряжение единичного элемента (3.6 В против 1.2 В у NiCd и NiMH), что упрощает конструкцию — зачастую аккумулятор состоит только из одного элемента. Многие производители сегодня применяют в сотовых телефонов именно такой одноэлементный аккумулятор (вспомните Nokia). Однако, чтобы обеспечить ту же самую мощность, необходимо отдать более высокий ток. А это требует обеспечения низкого внутреннего сопротивления элемента.
• Низкая стоимость обслуживания (эксплуатационных расходов) — результат отсутствия эффекта памяти, требующего периодических циклов разряда для восстановления емкости.

• Для аккумулятора требуется встроенная схема защиты (что ведет к дополнительному повышению его стоимости), которая ограничивает максимальное напряжение на каждом элементе аккумулятора во время заряда и предохраняет напряжение элемента от слишком низкого понижения при разряде. Кроме того, она ограничивает максимальные токи заряда, разряда и контролирует температуру элемента. В результате возможность металлизации лития практически исключена.
• Аккумулятор подвержен старению, даже если не используется и просто лежит на полке. Процесс старения характерен для большинства Li-ion аккумуляторов. По вполне очевидным причинам производители об этой проблеме умалчивают. Незначительное уменьшение емкости становится заметным уже через год вне зависимости от того, находился аккумулятор в эксплуатации или нет. Через два или три года он часто становится непригодным к использованию. Впрочем, аккумуляторы других электрохимических систем также имеют возрастные изменения с ухудшением своих параметров (это особенно справедливо для NiMH, подверженных воздействию высокой температуры окружающей среды). Для уменьшения процесса старения храните заряженный примерно до 40% от номинальной емкости аккумулятор в прохладном месте отдельно от телефона.
• Более высокая стоимость по сравнению с NiCd аккумуляторами.
• Затруднено быстрое тестирование [1] аккумуляторов (например, на анализаторе Cadex C7xxx), поскольку технология их изготовления до конца еще не отработана и постоянно меняется.

Технология изготовления Li-ion аккумуляторов постоянно улучшается. Она обновляется приблизительно каждые шесть месяцев, и понять, как «ведут себя» новые аккумуляторы после длительного хранения, трудно.

Словом, всем был бы Li-ion аккумулятор хорош, если бы не проблемы с обеспечением безопасности его эксплуатации и высокая стоимость. Попытки решения этих проблем и привели к появлению литий-полимерных (Li-pol или Li-polymer) аккумуляторов.

Основное их отличие от Li-ion отражено в названии и заключается в типе используемого электролита. Первоначально, в 70-х годах, применялся сухой твердый полимерный электролит, похожий на пластиковую пленку и не проводящий электрический ток, но допускающий обмен ионами (электрически заряженными атомами или группами атомов). Полимерный электролит фактически заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом.

Такая конструкция упрощает процесс производства, характеризуется большей безопасностью и позволяет выпускать тонкие аккумуляторы произвольной формы. К тому же отсутствие жидкого или гелевого электролита исключает возможность воспламенения. Толщина элемента составляет около одного миллиметра, так что разработчики оборудования свободны в выборе формы, очертаний и размеров, вплоть до внедрения его во фрагменты одежды.

Но пока, к сожалению, сухие Li-polymer аккумуляторы обладают недостаточной электропроводностью при комнатной температуре. Внутреннее сопротивление их слишком высоко и не может обеспечить величину тока, необходимую для современных средств связи и электропитания жестких дисков переносных компьютеров. В то же время при нагревании до 60 °C и более электропроводность Li-polymer увеличивается до приемлемого уровня, однако для массового использования это не годится.

Исследователи продолжают разработку Li-polymer аккумуляторов с сухим твердым электролитом, работающим при комнатной температуре. Подобные аккумуляторы, как ожидается, станут коммерчески доступными к 2005 году. Они будут стабильными, допускать 1000 полных циклов заряда-разряда и иметь более высокую плотность энергии, чем сегодняшние Li-ion аккумуляторы

Тем временем некоторые виды Li-polymer аккумуляторов в настоящее время используются в качестве резервных источников питания в жарком климате. Например, часть производителей специально устанавливает нагревающие элементы, поддерживающие благоприятную для аккумулятора температуру.

Вы спросите: как же так? На рынке вовсю продают Li-polymer аккумуляторы, изготовители комплектуют ими телефоны и компьютеры, а мы тут говорим, что для коммерческой эксплуатации они пока не готовы. Все очень просто. В данном случае речь идет об аккумуляторах не с сухим твердым электролитом. Для того чтобы повысить электропроводность небольших Li-polymer аккумуляторов, в них добавляют некоторое количество гелеобразного электролита. И большинство Li-polymer аккумуляторов, используемых сегодня для мобильных телефонов, фактически являются гибридами, поскольку содержат гелеобразный электролит. Правильнее было бы их называть литий-ионными полимерными. Но большинство изготовителей в рекламных целях маркируют их просто как Li-polymer. Остановимся подробнее на этом типе литий-полимерных аккумуляторов, поскольку на данный момент именно они представляют наибольший интерес.

Итак, в чем различие между Li-ion и Li-polymer аккумулятором с добавкой гелеобразного электролита? Хотя характеристики и эффективность обеих систем во многом сходны, уникальность Li-ion полимерного (можно его и так назвать) аккумулятора заключается в том, что в нем все же используется твердый электролит, заменяющий пористый сепаратор. Гелевый электролит добавляется только для увеличения ионной электропроводности.

Технические трудности и задержка в наращивании объемов производства задержали внедрение Li-ion полимерных аккумуляторов. Это вызвано, по мнению некоторых экспертов, желанием инвесторов, вложивших большие деньги в разработку и массовое производство Li-ion аккумуляторов, получить свои инвестиции обратно. Поэтому они и не спешат переходить на новые технологии, хотя при массовом производстве Li-ion полимерные аккумуляторы будут дешевле литий-ионных.

А теперь об особенностях эксплуатации Li-ion и Li-polymer аккумуляторов.

Их основные характеристики очень похожи. О заряде Li-ion аккумуляторов достаточно подробно рассказано в статье [2]. В добавление приведу лишь график (Рис.1) из [3], иллюстрирующий стадии заряда, и небольшие пояснения к нему.

Время заряда всех Li-ion аккумуляторов при начальном зарядном токе в 1С (численно равном номинальному значению емкости аккумулятора) составляет в среднем 3 часа. Полный заряд достигается при напряжении на аккумуляторе, равном верхнему порогу, и при уменьшении тока заряда до уровня, примерно равного 3% от начального значения. Аккумулятор во время заряда остается холодным. Как видно из графика, процесс заряда состоит из двух стадий. На первой (час с небольшим) напряжение растет при почти постоянном начальном токе заряда в 1С до момента первого достижения верхнего порога напряжения. К этому моменту аккумулятор заряжается примерно на 70% от своей емкости. В начале второго этапа напряжение остается почти постоянным, а ток уменьшается до тех пор, пока не достигнет вышеуказанных 3%. После этого заряд полностью прекращается.

Если требуется поддерживать аккумулятор все время в заряженном состоянии, то подзаряд рекомендуется проводить через 500 часов, или 20 дней. Обычно его проводят при уменьшении напряжения на выводах аккумулятор до 4.05 В и прекращают при достижении 4.2 В

Несколько слов о температурном диапазоне при заряде. Большинство разновидностей Li-ion аккумуляторов допускают заряд током в 1С при температуре от 5 до 45 °C. При температуре от 0 до 5 °C рекомендуется заряжать током в 0.1 С. Заряд при минусовой температуре запрещен. Для заряда оптимальна температура от 15 до 25 °C.

Зарядные процессы в Li-polymer аккумуляторах почти идентичны вышеописанным, поэтому потребителю совершенно ни к чему знать, какой их двух типов аккумуляторов у него в руках. И все те зарядные устройства, которые он использовал для Li-ion аккумуляторов, годятся для Li-polymer.

А теперь об условиях разряда. Обычно Li-ion аккумуляторы разряжают до значения 3.0 В на элемент, хотя для некоторых разновидностей нижний порог составляет 2.5 В. Производители оборудования с питанием от аккумуляторов, как правило, разрабатывают устройства с порогом выключения 3.0 В (на все случаи жизни). Что это означает? Напряжение на аккумуляторе при включенном телефоне постепенно уменьшается, и как только оно достигнет 3.0 В, аппарат предупредит вас и выключится. Однако это совсем не означает, что он перестал потреблять энергию от аккумулятора. Энергия, пусть незначительная, требуется для определения нажатия клавиши включения телефона и некоторых других функций. Кроме того, энергию потребляет собственная внутренняя схема управления и защиты, да и саморазряд, хоть и небольшой, но все же характерен даже для аккумуляторов на основе лития. В результате, если оставить литиевые аккумуляторы на длительный срок без подзарядки, напряжение на них упадет ниже 2.5 В, что очень плохо. В этом случае возможно отключение внутренней схемы управления и защиты, и не все зарядные устройства смогут зарядить такие аккумуляторы. Кроме того, глубокий разряд отрицательно сказывается на внутренней структуре самого аккумулятора. Полностью разряженный аккумулятор должен заряжаться на первом этапе током всего в 0.1C. Словом, аккумуляторы скорее любят находиться в заряженном состоянии, чем в разряженном.

Несколько слов о температурных условиях при разряде (читай во время работы).

Как правило, Li-ion аккумуляторы лучше всего функционируют при комнатной температуре. Работа в более теплых условиях серьезно сокращает срок их службы. Хотя, например, свинцово-кислотный аккумулятор имеет самую высокую емкость при температуре более 30 °C, но длительная эксплуатация в таких условиях сокращает жизнь аккумулятора. Точно так же и Li-ion лучше работают при высокой температуре, которая поначалу противодействует увеличению внутреннего сопротивления аккумулятора, являющемуся результатом старения. Но повышенная энергоотдача коротка, поскольку повышение температуры, в свою очередь, способствует ускоренному старению, сопровождаемому дальнейшим увеличением внутреннего сопротивления.

Исключение составляют на данный момент только литий-полимерные аккумуляторы с сухим твердым полимерным электролитом. Для них жизненно необходима температура от 60 °C до 100 °C. И такие аккумуляторы заняли свою нишу на рынке резервных источников в местах с жарким климатом. Они помещаются в теплоизолированный корпус со встроенными элементами нагревания, питающимися от внешней сети. Li-ion полимерные аккумуляторы в качестве резервных, как считают, превосходят по емкости и долговечности VRLA аккумуляторы, особенно в полевых условиях, когда управление температурой невозможно. Но их высокая цена остается сдерживающим фактором.

При низких температурах эффективность аккумуляторов всех электрохимических систем резко падает. В то время как для NiMH, SLA и Li-ion аккумуляторов температура -20 °C является пределом, при котором они прекращают функционировать, NiCd продолжают работать до -40 °C. Отмечу только, что речь опять же идет только об аккумуляторах широкого применения.

Важно не забывать, что, хотя аккумулятор и может работать при низких температурах, это совсем не означает, что он может быть также заряжен в этих условиях. Восприимчивость к заряду у большинства аккумуляторов при очень низких температурах чрезвычайно ограничена, и ток заряда в этих случаях должен быть уменьшен до 0.1C.

В заключение хочу отметить, что задать вопросы и обсудить проблемы, связанные с Li-ion, Li-polymer, а также другими типами аккумуляторов, можно на форуме [4] в подфоруме по аксессуарам.

При написании статьи использованы материалы [3], любезно предоставленные г-ном Isidor Buchmann, основателем и главой канадской компании Cadex Electronics Inc. [5].

Более подробная информация на русском языке об аккумуляторах для мобильной техники связи, компьютеров и других портативных приборов, советы по эксплуатации и обслуживанию приведены в [6].

Li-Pol или Li-ion — какой аккумулятор лучше выбрать?

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.

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.

Отличия литий-ионного от литий-полимерного аккумулятора

Во всех известных смартфонах, планшетах, ноутбуках, смарт-часах и других портативных гаджетах наиболее подходящий тип аккумулятора рассчитывается на этапе проектирования.

Химическая разница Li-ion и Li-Pol:

• в поверхностных материалах катода и анода (например, выдерживают более высокие нагрузки как в LiHV-ячейках под RC-модели и квадрокоптеры);
• в сепараторе (разделитель, который в Li-ion пропускает ионы, а в Li-Polymer пропитывается жидкостным электролитом);
• в добавках электролита (присадки).

Вся химическая разница между литий-ионными и литий-полимерными батареями обычно заключается в типе используемого электролита:

• литий-полимерные батареи содержат микропористый гелевый электролит вместо пористого сепаратора, как в литий-ионных;
• литий-ионные батареи требуют жёсткого корпуса для сжатия электродов, в то время как литий-полимерные батареи используют ламинированные листы, которые не нуждаются в сжатии.

��Li-Polymer — это тоже самое, что и Li-ion

В «Battery University» (база знаний об аккумуляторах от международного инженерного сообщества) говорится, что в современных гаджетах практически не встречаются литиевые батареи на основе полимера. Нам предлагают литий-ионные полимерные батареи, в которых применяется ламинированная оболочка вместо жёстких корпусов, как у обычных литий-ионных батарей.

�� Чаще всего литий-полимерной батареей называют литий-ионный аккумулятор в эластичной полимерной оболочке с компактными габаритами.

Применение Li-Polymer позволяет устанавливать аккумуляторы в более изощрённых формах, компактнее размещать контроллер. Например, так увеличивают ёмкость или добавляют больше компонентов при сохранении прежних габаритов (смартфон остаётся тонким, но больше держит заряд и предлагает ещё одну камеру).

Что лучше: литий-ионные или литий-полимерные?

Аккумулятор в вашем смартфоне, планшете или ноутбуке не будет работать на два часа дольше или служить на один год больше только потому, что на его корпусе написано «Li-Ion» или «Li-Polymer» (или вообще «Li-ion-Polymer»).

Лучше обращайте внимание на:

• ёмкость батареи (мА·ч или Вт·ч),
• её физические размеры,
• модель процессора
• или даже версию прошивки.

Это куда важнее сказывается на общей автономности мобильного гаджета, чем тип элемента.

Литий-ионный и литий-полимерный — это один и тот же тип аккумуляторов. Они могут иметь одинаковое время работы и характеристики. Лишь по-разному изготовлены ввиду предпочтений или ограничений производителя (сроки, бюджет, настроенные конвейеры).

Например, чтобы компактнее разместить внутри смартфона аккумулятор, Apple и Samsung делают его форму Г-образной. Такой фокус проще исполнить с Li-Polymer.

�� Но это дорого и подходит в целом для топовых моделей.

В гаджетах попроще с универсальными батареями изготавливают большие партии недорогих Li-ion в жёстких корпусах, которые к тому же и безопаснее перевозить. Они ничем не хуже, но с дизайном, как у флагманских тонких моделей, уже не разгуляешься.

�� Производители вообще не любят об этом распространяться, потому что сложно объяснить и доказать (ведь даже на простую разницу Li-ion и Li-Polymer мы истёрли клавиатуру).

Ответы Neovolt на вопросы по Li-ion и Li-Pol-аккумуляторам

Наша компания Neovolt разрабатывает и производит широкий ассортимент литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов для различных областей применения. Мы попросили инженерный отдел ответить на самые часто задаваемые вопросы.

�� В: Есть ли в 2022 году разница между Li-ion и Li-Polymer ячейками для обычного пользователя?

• О: Именно для пользования готовым продуктом разницы нет никакой. В DIY и в разработке следует учитывать особенности.

�� В: При производстве каких устройств Neovolt точно и ни за что не применит Li-Polymer? Почему?

• О: Таких решений у нас нет. Применяем там, где целесообразно.

�� В: По мнению Neovolt, часто ли пользователи путают Li-ion и Li-Polymer, требуя установить одно вместо другого при заказе?

• О: Любые запросы выполним без проблем. Но, честно говоря, за 14 лет у нас случилось такое лишь один раз. На рентген-аппарат вместо спроектированных по Datasheet батарей Li-ion запросили изготовление именно вариант Li-Polymer. Заказчик не смог назвать, в чём разница, но ему просто хотелось изменить тип.

�� В: Сильно ли отличается химический состав Li-ion и Li-Po?

• О: Зависит от того, что сравнивать. Если сопоставить электроинструмент с Li-ion и смартфон с Li-Po, то будет много отличий. Если сопоставить два одинаковых смартфона с этими двумя типами ячеек, то разницы почти нет (только по конструкции и экономике).

�� В: Когда вы тестируете аккумуляторы, есть ли разница в тестах Li-ion и Li-Polymer?

• О: Нет. Только если для LiHV с номинальным напряжением 3,8 В или 3,85 В меняются минимальные и максимальные пределы.

�� В: У меня смартфон с Li-ion-аккумулятором проработал год, а другой с Li-Polymer служит три года до сих пор — что скажете?

• О: Многое зависит от качества изготовления, производителя, присадок электролита, поверхностных материалов и даже от номинального напряжения (у одних 3,6 В, а у других 3,85 В). Например, аккумуляторы в совершенно новых iPhone иногда бракованные (почему).

Так что не беспокойтесь об отличиях литий-ионной и литий-полимерной батареи, когда покупаете новое устройство. Вы получите одинаково отличный аккумулятор, несмотря ни на что!

Что выбрать, литий-ионный или литий-полимерный аккумулятор?

В производстве накопителей энергии устаревшие технологии быстро сменяются новыми решениями. Вначале аккумуляторы NiCd были вытеснены элементами типа NiMH. Взамен им были созданы более совершенные генерации аккумуляторных батарей – Li-ion, LiFePO4, Li-Pol. В данной статье мы рассмотрим отличия Li-ion и литий-полимерного аккумулятора, их преимущества и предпочтения по выбору с учетом особенностей предстоящего применения АКБ.

Особенности Li-ion технологии

Литиевые аккумуляторы начали массово производить в начале 1990-х. Функции активного электролита на начальном этапе выполняли кобальт и марганец. Теперь в Li-ion накопителях в качестве вещества катода применяются кобальтат лития, литий-марганцевая шпинель, литий-феррофосфат и другие составы. Но ключевую роль играет не разновидность вещества, а особенности его расположения в блоке.

В них электроды (катодная база на фольге из алюминия и анод из меди) разделяются пористым сепаратором, который пропитывается электролитом. Катод и анод в блоке соединены токоснимающими клеммами. Обслуживание заряда обеспечивают положительно заряженные ионы Li. Они с легкостью проходят в кристаллические решетки различных веществ, создают связи, инициируют протекание реакций и вызывают выход энергии. По принципу работы Li-ion накопители энергии схожи с гелевыми АКБ полного формата.

Основные плюсы и минусы Li-ion батарей перечислены в таблице:

Малый саморазряд – в 1-й месяц до 6%, в последующие – слабее. Защитный контур расходует порядка 3% накопленной энергии в месяц.

Необходимость применения интегрированной защитной платы. Она ограничивает максимальное напряжение при заряде и не допускает его критического снижения при разряде, ограничивает предельные токи и контролирует температуру.

Высокая плотность энергии и разрядных токов.

Подверженность старению, даже без эксплуатации.

Высокое напряжение ячеек по сравнению с NiCd и NiMH элементами – 3,6 В.

Существенное падение емкости на морозе.

Отсутствие эффекта памяти и простота обслуживания.

Относительно высокая стоимость (по сравнению с АКБ типа NiCd).

Большой эксплуатационный ресурс.

Небольшие размеры, легкий вес.

Отсутствие требований по обслуживанию (кроме подзарядки).

Технология создания Li-ion батарей с каждым годом улучшается, приводя к повышению безопасности их эксплуатации и снижению стоимости.

Чем отличается от Li-ion Li-Pol технология?

Усовершенствование Li-ion батарей было направлено на повышение безопасности их использования и удешевление технологии. Решить эту задачу удалось при помощи смены электролита – вместо пористого сепаратора с пропиткой из электролита начали применять полимерный электролит. Прежде он использовался в роли пластиковой пленки для проведения тока. В Li-pol накопителях энергии толщина элемента стартует от 1 мм, что позволяет получать изделия всевозможных форм и габаритов. Литий полимерный аккумулятор отличие от ионного зависит напрямую от сферы применения.

Но принципиальный ответ на вопрос, в чем разница Li-Pol аккумуляторов от Li-ion моделей, – это неиспользование электролита в жидком состоянии и сведение к минимуму риска воспламенения. В литий-полимерных АКБ нет ни жидких, ни гелевых электролитов. Активное вещество представляет собой твердую пластину и в области соприкосновения с литием не допускает образования дендритов при циклировании. Благодаря этому устраняется риск взрывов и возгораний литий-полимерных АКБ.

Изначально Li-Pol источники тока имели слабую проводимость и не подходили для портативных аппаратов. Но этот недостаток удалось устранить благодаря использованию гелеобразного электролита. Усовершенствованные Li-polymer накопители энергии имеют мембрану с электролитом. Для ее изготовления используется разделитель из пропилена или пористый полиэтилен, внутри которого содержится полимер. Взаимодействуя с жидкостью-электролитом, он становится гелеобразным.

Преимущества и недостатки Li-Pol источников тока

Важным преимуществом литий-полимерных аккумуляторов является отличное соотношение емкости и массы. Благодаря этому качеству Li-Pol источники тока широко применяются при оснащении квадрокоптеров и других радиоуправляемых моделей, в мобильных телефонах и цифровой технике. Ключевые плюсы и минусы Li-polymer аккумуляторов указаны в таблице:

Легкий вес в сочетании с высокой емкостью.

Относительно высокая стоимость.

Возможность создания аккумулятора произвольных габаритов и форм, в т. ч. очень тонких.

Необходимость в особом режиме подзарядки.

Необходимость балансировки ячеек.

Отсутствие эффекта памяти.

Чувствительность к глубокому разряду, перезаряду, низким температурам.

Высокая степень надежности и безопасная эксплуатация.

Малый саморазряд – до 5% в месяц.

Неприхотливость в обслуживании.

Меньший износ и саморазряд.

Что лучше, Li-polymer или литий-ионный аккумулятор?

Ответ на этот вопрос зависит от того, где и в каких условиях будет применяться выбираемый источник тока. По основным характеристикам Li-ion и Li-Pol элементы питания схожи. Из ячеек типа Li-ion собираются аккумуляторные батареи разных геометрических параметров и технических характеристик. Использовать их допустимо в промежутке от -20 до +60 °С, но при пограничных значениях температуры происходит более быстрое старение.

Li-Pol аккумуляторы производятся всевозможной геометрии, отличаются значительной плотностью энергии и предельно безопасны. Они наиболее востребованы в условиях, когда требуется компактный и надежный источник тока. Промежуток рабочих температур у выпускаемых сейчас Li-Pol батарей идентичен температурному диапазону Li-ion.

Сравнительная таблица Li-ion и Li-Pol батарей

Чтобы выяснить с учетом индивидуальных приоритетов, что лучше, Li-polymer или литий-ионная АКБ, нужно сопоставить их характеристики. Это легко сделать с помощью сравнительной таблицы:

У Li-ion батарей

У Li-Pol батарей

Узкий, есть модели в форме цилиндра и призмы, самый популярный цилиндрический размер – 18650.

Широкий, без стандартных рамок формата элементов питания, возможно создание элементов толщиной от 1 мм.

Легкий – за счет применения гелеобразного электролита и сокращения элементов из металла.

Емкость при идентичных размерах

Выше, почти вдвое.

Плотность энергии на единицу массы

От 100 до 190 Втч/кг, в зависимости от материала катода.

От 130 до 200 Втч/кг.

Приблизительно одинаковый: у литий-ионных – от 500 до 2000 циклов заряд-разряд, в зависимости от материала катода, у литий-полимерных – 800 – 1000 циклов.

Риск взрыва или возгорания

Присутствует, но использование платы защиты исключает такой риск.

Минимизирована – благодаря невозможности утечки электролита и использованию интегрированной защиты от избыточного заряда.

Li-pol или li-ion – что лучше: сравнение 2-х видов аккумулятора

За энергетический запас электроустройств, не требующих постоянного подключения к розетке, (будь то мобильник или павербанк) отвечают 2 разновидности аккумулятора: li pol и li ion. Есть ли между ними существенные отличия? Какие достоинства и просчеты есть у каждого типа? И какой же аккумулятор лучше (по емкости, безопасности, долговечности) другого: li pol или li ion? Чтобы разобраться в нюансах, нужно рассмотреть их «под микроскопом», и более детально о них расскажет данный материал.

Что такое литий-ионный аккумулятор?

Это разновидность батареи, которая нашла свое применение в самых разнообразных девайсах: ноуты, видеокамеры, фотоаппараты.

Интересная статья: Какие бывают ноутбуки?

Плюсы этого агрегата:

• отсутствие «эффекта памяти» (при этом эффекте батарея как будто запоминает, что в предыдущие циклы запас его емкости не был использован полностью и при разрядке отдает ток до этого предела) – есть возможность регулярного небольшого подзаряда;
• сразу готов к эксплуатации – не нужно после покупки его разряжать, а потом заряжать;
• относительно небольшое «старение» при регулярном использовании – до 20% за 365 дней;
• высокий уровень энергетической плотности (или, по другому, емкости).

Кроме того, по отзывам юзеров, к плюсам приспособления стоит отнести простоту в уходе и эксплуатации. Запас рабочих циклов такой разновидности батареи составляет от 1000.

К минусам аккумулятора можно отнести:

• при повреждении оболочки есть опасность взрыва;
• зарядка затруднена при минусовых температурах;
• «старение» батареи, даже если она не используется.

Чтобы избежать всех этих недочетов в работе li ion, нужно придерживаться простых рекомендаций: не допускать перегрева приспособления, не использовать его при сильных заморозках, хранить от ударов и падений.

Что такое литий-полимерный аккумулятор?

Это улучшенный вариант предыдущего вида батареи. Применяется в смартфонах, радиоуправляемых гаджетах и пр.

Выбор юзеров в пользу покупки данного вида обоснован следующими плюсами батареи:

1. Могут изготавливаться любой формы и толщины (до 1 мм);
2. Повышенный уровень безопасности (здесь нет жидкого электролита, а значит минимизирован риск воспламенения приспособления)
3. Незначительный перепад напряжения во время разрядки (батарея дольше остается работоспособной, даже если ее долгое время не подзаряжать);
4. Немного большая емкость, по сравнению с литий-ионным агрегатом.

Такие батареи дольше остаются работоспособными, даже если их не подзаряжать достаточно долго.

К недочетам полимерных приспособлений относят:

• «старение»; тем не менее, оно более медленное, чем в li ion;
• достаточно высокая стоимость изготовления.

Подобные приспособления могут дольше питать и обеспечивать автономную работу девайсов.

Что лучше: li-pol или li-ion?

Для этого нужно сравнение характеристик двух типов:

Оба варианта отлично подходят для смартов (например, в J5 2016 установлен как раз li ion). А такие виды, как литий-титановые аккумуляторы, хоть и имеют более выдающиеся характеристики (одна из них – 10000 циклов до 80% емкости), но из-за внушительного веса хороши только в стационарном применении.

Что касается дилеммы, какая батарея лучше из двух описанных здесь: li ion или li pol, то покупателям стоит запомнить, что первый вариант более дешевый в производстве, второй – отличается изяществом и тонкими формами. На практике, даже если купить мощную и емкую батарею и не соблюдать рекомендации по эксплуатации, то она выйдет из строя вне зависимости от своих параметров. Поэтому нужно правильно использовать девайсы, чтобы все их внутренние составляющие, в том числе и аккумуляторы, прослужили как можно дольше.