Насколько уменьшится емкость li-ion аккумуляторов после нескольких лет хранения

Катод для таких элементов изготавливается из различного материала. Литиевые аккумуляторы 18650 подразделяются на несколько видов, находящихся в прямой зависимости от материала, из которого изготовлен катод:

• LiCoO2. Эта батарея получила наибольшее распространение, благодаря своей большой емкости. Изготовление осуществляется в соответствии с технологическим процессом Li—ion.
• LiMnO2. Высокотоковые литий-марганцевые батареи18650. Разрядный ток, при малой емкости достигает 5–7 А.
• LiFePO4. Эти литий-феррофосфатные АКБ намного превосходят другие модели. Но отличаются минимальным напряжением и малой емкостью.

Большое распространение получили литий — кобальтовые элементы. Они отличаются от аналогичных элементов большой емкостью. Срок эксплуатации такой батареи намного выше.

Что внутри аккумулятора 18650 и почему это важно?

У сборщиков электробайков бум сборки собственных батарейных блоков из популярных аккумуляторов с ячейкой 18650 (длина 18мм, ширина 65мм), и я хочу поделиться своими находками о внутренностях 18650, чтобы вы поняли больше о правильных методах сборки самодельных батарейных блоков.

Поставщики существующих батарейных блоков производят (и держат на складе) только те блоки, которые они могут продать в достаточном количестве, ради которых стоит рисковать деньгами. Потому у них будут блоки только определенных размеров, форм и со специальными малобюджетными ячейками.

Никто не делает блоки именно под вашу форму и размер, а форма корпуса сильно отличается от одной модели к другой. И если сборщик остановился на покупке готового решения блока, в нем будет меньше вольт, меньше ампер, или меньше и того, и другого. Фото пожарного Барри Морфил (Barry Morfill) в Шрусбери, Великобритания.

Но… что если вы хотите блок с другими ячейками? Или, может, очень индивидуальную форму? Нет ничего “неправильного” в готовых решениях блоков, но… предполагая, что каждый, кто готов на проблемы и затратность собственной сборки, скорее всего хочет максимальной производительности. В конце концов, зачем идти на затраты и проблемы сборки, чтобы улучшить производительность до среднего уровня в стандартной сборке? Они уже существуют и становятся все более доступными. (Для индивидуальной сборки чаще всего используют сварочный аппарат для самодельных ячеек за 250$!)

Изображение индивидуальной сборки аккумулятора для определения максимального количества ячеек, фото Аллекса (Allexa) из Швеции. Я думаю, он мог бы поместить еще несколько ячеек, если бы перебросил поршень амортизатора к переднему краю

Третья причина (после “индивидуальных особенностей”, и использования особых ячеек), это на данный момент международная доставка большого аккумулятора для электробайка вызывает большие трудности (а нормы и требования скорее всего будут только ужесточаться со временем). А что если вы живете в стране, куда основные поставщики аккумуляторных блоков для электробайков не смогут доставить продукцию? Тогда… вы не сможете достать ЛЮБОЙ готовый аккумуляторный блок. Вы можете достать все компоненты и собрать свой, но… возможности купить готовый аккумуляторный блок у вас нет.

Я говорю об этом факте про ячейку 18650 в первую очередь потому, что… Я до сих пор встречаю людей, которых удивляет этот факт, когда они узнают, что короткое замыкание в корпусе ячейки 18650 может стоить вам проблем и денег. Это может разрушить весь дорогой блок и… даже привести к ПОЖАРУ!

“Плюс” и “минус” ячейки 18650. Единственное электрическое разделение между этими двумя компонентами — это черная пластиковая прокладка, показанная здесь, слева. ДА, вся боковая поверхность и низ ячейки это однопроводная металлическая оболочка, которая и является “минусом”. Обычно он покрыт Поливинилхлоридом / ПВХ — “термоусадочной” оболочкой, где напечатана информация продавца.

Я видел несколько колпачков и оболочек, рекламируемых как нержавеющая сталь, но… вот цитата из поставщика деталей 18650:

“Корпус и колпачок изготовлены из никелированной стали A3, а изоляционная прокладка выполнена из нейлона”

Несмотря на то, что «возможно» провести ток с отрицательного плеча ячейки 18650 (чтобы “плюс” и “минус” были выведены из того же конца ячейки), это также означает, что вы используете бока корпуса как проводник. Оболочка из стали и ее проводимость примерно в 10 раз меньше меди, потому… неразумно называть стороны корпуса 18650 “резистором”.

Я видел два способа в самодельных батарейных блоках, чтобы предотвратить короткое замыкание плеча, это… добавить самоклеящуюся изоляционную шайбу на “плюс” и… добавить что-нибудь вроде пластиковой крышечки. Каждый из этих способов это огромный плюс, потому я бы сделал и то, и другое

Если вы целенаправленно используете ток по бокам корпуса, это означает, что вы тратите мощность батареи на нагрев корпуса. Потраченная впустую мощность и нагрев ячейки это плохой дизайн. Всегда тяните “минус” от нижней части 18650, используя то, что имеет лучшую проводимость, чем сталь (алюминий или медь, как необработанные, так и никелированные).

Описание и характеристики батареи 18650

Отличаются цилиндрической формой, выпускается в нескольких видах:

• пальчиковые – АА;
• мизинчиковые – ААА.

Размеры аккумулятора 18650 немного больше привычных батареек:

• длина – 66,5 мм;
• диаметр – 18 мм.

• напряжение на выходе — 3,78 вольта.
• Ёмкость — 2000– 3200 мАч.

Литий ионный аккумулятор18650 нашел постоянное применение в устройствах, где требуется наличие максимальной ёмкости:

• Батареи ноутбуков.
• Всевозможные модификации светодиодных фонарей.
• power bank.
• Зарядные устройства мобильных гаджетов.

Достоинства и недостатки

Будучи одними из самых передовых элементов питания, которые представлены на рынке, 18650-элементы не лишены типичных для всех литий-ионных источников недостатков. Но при этом, они наследуют и позитивные характеристики.

1. Величина саморазряда в состоянии покоя незначительная. По сравнению с более старыми решениями, может храниться на складе с 80% уровнем заряда очень долго.
2. Значительно большая ёмкость и рабочие напряжения, которые они способны выдавать.
3. Сведённое до минимума влияние недостаточного заряда и полного разряда. Чтобы пользоваться полностью исчерпавшим свою ёмкость аккумулятором, не требуется делать «поджигание», пропуская через контакты дежурный ток с заданными параметрами.
4. Значительно меньшие размеры и масса. Позитивным эффектом этого пункта можно считать возрастающую автономность устройства.

Из минусов можно выделить:

1. Повышенные требования к условиям хранения. Требуется точно соблюдать температуру, влажность и уровень заряда для избежания сильной изнашиваемости.
2. Деградация показателей. Не реализованные продавцом элементы могут просто не запустится после покупки.
3. Высокое влияние повышенной температуры. Из-за высокого содержания щелочного металла внутри может воспламениться после лёгких механических повреждений.
4. Нежелательность избыточного уровня заряда. Оставлять 18650 batteries на ночь для более сильной заполненности не рекомендуется, так как этот процесс ускоряет изнашиваемость.

Защита литий-ионных элементов

Чтобы обеспечить безопасность эксплуатации литий-ионных батарей, устанавливается специальная печатная плата, поддерживающая минимальное напряжение 2,54 В.

Плату припаивают непосредственно к контактам батареи, используя тонкую алюминиевую ленту. Обычно производители, выпускающие подобные литий-ионные изделия большими партиями, не устанавливают защитную плату. Все незащищенные батареи устанавливаются в приборы, оборудованные контролером заряда, например, ноутбука.

Защищённые литий-ионные батареи 18650 выпускаются в Китае. Они припаивают к незащищенной батарее плату защиты. Получившуюся конструкцию заворачивают в специальную термозащитную плёнку. Длина такой батарейки немного больше, ориентировочно на 1,52 мм.

Защищённые элементы устанавливаются в устройства, где отсутствует контроллер заряда. Самой распространенной считается установка таких элементов в светодиодные фонари. Защита не дает возможности литиевым элементам окончательно разрядиться.

Полезно знать! Установка защиты увеличивает длину литий-ионного аккумулятора 18650. Если устанавливается одновременно несколько элементов, прибавка суммируется.

Иными словами, набор этих батареек может не поместиться в фонарном корпусе. Он будет мешать плотному закрытию крышки с минусовым контактом.

Установленная защита не сможет защитить изделие от перегрева. Она выполняет только одну функцию – контролирует величину напряжения. Совершенно безопасно пользоваться аккумулятором 18650 не имеющим защиты, если устанавливается только один элемент. При установке нескольких элементов, установка защиты выполняется в обязательном порядке.

Что влияет на срок службы литий-ионных батарей?

Если батарея не держит заряд, нужно выяснить отчего элемент вышел из строя. Владелец должен следить за его режимом нагрева. Эксплуатация по инструкции продлит жизнь накопителя. Температура враг устройства, которая повышается от неправильного хранения, скорости и продолжительности зарядно-разрядных операций. Окружающая среда тоже действует на литий, аппарат с блоком питания нельзя забывать на солнечных площадках, внутри жаркого автомобиля.

Характерные особенности тепловых воздействий:

• идеальные условия для работы при комнатной температуре – +20 град.;
• при нагревании устройства +30 град. сохранение заряда уменьшается на 20%;
• использование прибора с батареей при + 45 град. снижение емкости происходит до 50%.

Чтобы исключить перегрев, ноутбук избавляют от лишних приложений, переходят в прохладное помещение. На холоде эксплуатация не вызывает проблем, если он не доходит до минусовых температур. Восстановить литиевый источник питания смартфона сможет карман, компьютера – любое теплое место.

Нельзя забывать телефон подключенным к ЗУ при высоком напряжении. Батарея перестает держать заряд, сокращается её срок действия из-за негативного температурного эффекта.

Не стоит допускать глубокий разряд элемента. Производитель предусмотрел соблюдение циклов для 100 % уровня зарядки. В телефоне видно, когда загорается красная черта. Владельцу нужно следить и не допускать полного отключения питания.

Как расшифровывается обозначение, нанесенное на поверхность аккумуляторов 18650

Чтобы разобраться, возьмем литий-ионный аккумулятор, марки ICR18650-26F M.

• «I» — этим символом маркируются все элементы такого вида, изготовление которых выполняется по одному и тому же технологическому процессу.
• «C» — обозначает материал, из которого изготовлен катод. К примеру, M обозначает марганец, F – железофосфат, C – кобальт.
• «R» — обозначает аккумулятор.
• 18650 – делится на два раздела-18, 65. Обозначают диаметр и длину.
• 0 – обозначение формы, имеется в виду цилиндр.

Важно! Маркировка аккумуляторов не имеет одинакового значения. У каждого производителя она индивидуальная, поэтому может иметь большие отличия.

Срок службы литий ионного аккумулятора, что представляет собой Li-ion

До использования в активном производстве новинки, срок службы литиевого аккумулятора не превышал 3 лет.

Понять его принцип действия, выполнение требований к содержанию и бережному хранению поможет структура элемента.

Li-ion находится в воздухонепроницаемом корпусе, содержимое состоит из 2 электродов – положительного катода и отрицательного катода. Их разделяет пористый сепаратор, пропитанный электролитом из литиевой соли, который служит накопителем электроэнергии.

• предотвращает соединение плюса с минусом;
• исключает возможность для короткого замыкания;
• обеспечивает высокую ионную проводимость.

Появление электрического тока осуществляет ионный поток, они перемещаются из анода в катод.

Батареи выпускают разными по электрическим характеристикам, габаритам и размерам. Единого ГОСТа для них не существует.

Полезные советы при работе с аккумуляторами 18650

Чтобы продлить жизнь хорошему аккумулятору, профессионалы советуют придерживаться нескольких важных правил.

Никогда не доводите батарею до полного разряжения. 18650 не обладает «эффектом памяти». Поэтому не требуется ждать, когда она окончательно разрядиться. Если уровень заряда опустится до нуля, срок службы аккумулятора намного снизится. Например, заряд нулевой емкости можно выполнить 400–600 раз. Если остаточная емкость будет достигать 15%, количество циклов заряда сильно увеличится 1000–1200.

Батарея должна окончательно разряжаться один раз в течение трех месяцев. Тестирование показало, что проводить полную зарядку литий–ионного аккумулятора бессмысленно. У него уменьшается емкость, снижается срок эксплуатации. Профессионалы рекомендуют в течение трех месяцев, хотя бы раз совсем разрядить батарею, а затем вновь ее зарядить.

Интересное видео про тесты 18650 аккумуляторов

Полный уровень заряда необходимо выдержать в течение 10 часов. В результате емкость отлично «раскачается», вернется ее первоначальная работоспособность. В любом случае, независимо от того, существует или нет «эффект памяти», порог заряда остается неизменным.

Очень важно правильно хранить аккумулятор 18650. Наилучшим будет хранение элементов, если уровень заряда не превышает 35–50%. В помещении требуется поддерживать температуру 15 градусов. На батарею не должны быть направлены прямые солнечные лучи. Аккумулятор боится ультрафиолетового излучения.

Недопустимо хранить аккумулятор в разряженном состоянии в течение нескольких месяцев. Он просто перестанет работать. Придется от него избавиться. Заряженная батарея может храниться намного дольше, но в определенных пределах. Иначе история повторится, она просто выйдет из строя.

Батарея 18650 не должна сильно нагреваться. Высокая температура наносит колоссальный вред состоянию аккумулятора. Перегрев связан с несколькими причинами:

• Прямое попадание солнечных лучей.
• Длительная эксплуатация;
• Рядом с элементами располагаются тепловые источники, например радиатор.

Всегда помните! Батарею 18650 нельзя эксплуатировать при температуре 40 — +50 градусов.

Зарядка аккумулятора должна выполняться регулярно. В противном случае даже очень хороший аккумулятор намного раньше придет в негодность. Поэтому очень важно выполнять основные правила зарядки литиевых батарей.

Первоначальное напряжение заряда не должно превышать 0,05 В. В конце зарядки оно поднимается до значения 4,2 В. Указанные параметры, считаются самыми безопасными для таких аккумуляторов.

Зарядка может также выполняться, если ток заряда будет находиться в пределах 0,5 — 1 А. Наилучшим показателем считается 0,5 А, если ток увеличится до 1А, зарядка будет проходить немного быстрее.

Специалисты не советуют специально ускорять процесс, если в этом нет особой необходимости. Заряжать батарею нужно не более трех часов. Превышение этого срока может стать причиной изменения химической структуры аккумуляторной батареи.

Только если система оборудована механизмом контроля, время заряда может быть нарушено. Контроллер сам определит, когда необходимо отключить заряд.

Батарея 18650 не должна разряжаться до нуля. После этого никакой заряд не сможет вернуть аккумулятору прежние технические характеристики. Поэтому, нужно постоянно подзаряжать изделие, следить за его состоянием.

Как подпитывать Li-ion-18650

Для подпитки аккумуляторных батареек Li-ion-18650 подойдут разные виды ЗУ. Главное, выставить 5 вольт напряжения, ток – в интервале 0,5-1 от объема АКБ. Для изделия с емкостью в 2600мАч нужно 1,3-2,6 тока. Процесс подпитки можно условно поделить на пару этапов. Для начала блок при токе в 0,2 от объема заряжается порядка часа. Напряжение в этот момент выставьте в пределах 4,1-4,2 вольта. Потом оно становится больше.

Но лучше облегчить себе жизнь и приобрести ЗУ для так называемых пальчиковых АКБ.

Как правильно определить полярность на АКБ 18650

Если сравнивать обыкновенные батарейки с литиевыми, можно заметить, что у последних плюсовая, а также минусовая клемма, не имеет больших отличий. Однако увидеть где плюс, а где минус довольно легко. Плюсовой контакт имеет несколько небольших отверстий (3–4 штуки), он слегка выступает вперед. Минусовой контакт имеет совершенно плоскую поверхность.