Литий-ионные аккумулятоы

В 1980-х годах появились выпускаемые серийно литиевые аккумуляторы. Однако использовались они ограничено из-за большой взрывоопасности.

В 1992 году корпорация "Sony" представила свой аккумулятор на основе лития. В новых аккумуляторах металлический литий был заменен более безопасной ионной формой.

Первые литий-ионные аккумуляторы корпорации "Sony" имели положительный электрод, сделанный на основе кобальтата лития (LiCoO2), а отрицательный электрод был сделан на основе углерода (кокс) и электролитом служил раствор соли лития (гексафторфосфида лития) в органическом растворителе. При соблюдении условий разряда/заряда данные элементы были достаточно безопасны в плане взрыва.

В дальнейшем появилось много новых литий-ионных аккумуляторов. Начали изготавливать литий-ионные батареи на основе кобальтатов лития и графитовых электродов. Появились батареи на основе более дешевой химии — LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiFePO4. Появились аккумуляторы с полимерным электролитом.

При заряде литий-ионных аккумуляторов протекает следующая реакция:

• на положительных пластинах: LiCoO2 > Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
• на отрицательных пластинах: С + xLi+ + xe- > CLix

При разряде протекает обратная реакция.

Литий-ионный аккумулятор вырабатывает примерно вдвое больше энергии на единицу веса, чем предыдущее поколение никель-метал-гидридных аккумуляторов.

К достоинствам литий-ионных аккумуляторов следует отнести:

1. Высокую энергетическую плотность
2. Низкий саморазряд
3. Простоту обслуживания

Недостатки литий-ионных аккумуляторов следующие:

1. Аккумуляторы Li-ion подвержены быстрому (взрывному) разрушению при перезаряде и/или перегреве
2. При неаккуратном обращении аккумуляторы Li-ion могут иметь более короткий жизненный цикл по сравнению с другими типами аккумуляторов. Глубокий разряд полностью выводит из строя литиево-ионный аккумулятор.
3. Оптимальные условия хранения Li-ion-аккумуляторов достигаются при 40%-ом заряде от ёмкости аккумулятора.
4. Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются.

Литий–ионные аккумуляторы страдают от процесса ухудшения характеристик со временем. Большинство таких аккумуляторов не может служить больше пяти лет. Количество зарядно-разрядных циклов не так влияют на ресурс, как возраст. При коротком времени цикла заряда и разряда, батарея выдерживает до 2000 циклов. При заряде литиевых аккумуляторов нежелательно превышать предел в одну ёмкость, так как это приводит к резкому сокращению срока их службы.

В настоящее время постоянно появляются литий-ионные аккумуляторы, основанные на новых химических и конструктивных составляющих. Возможности совершенствования, литий-ионных аккумуляторов, еще далеко не исчерпаны.

Разработки в области полимерных электролитов дали возможность создать твердый электролит, проводящий ионы лития. Твердый электролит создает в месте контакта с металлическим литием поверхность, препятствующую образованию дендритов лития при циклировании, что позволяет забыть о проблеме, приводящей к возгоранию и взрыву литиевых аккумуляторов.

Но литий-полимерные аккумуляторы могут работать только при температурах свыше 40 градусов Цельсия.

В автомобилях на электротяге используются следующие модификации литиевых аккумуляторов:

• Никель-кобальт-марганец (NCM). Марганец дешевле кобальта, но срок его службы меньше.
• Никель-кобальт-алюминий. Этот сплав подобен NCM, но алюминий стоит дешевле.
• Фосфат железа. Этот сплав мог бы стать самым перспективным, потому что он стабилен и безопасен. Недостатком аккумуляторов из FePo является то что они работают при более низком напряжении, чем кобальтовый аккумулятор, поэтому батарей и элементов должно быть больше.

Вес всей аккумуляторной батареи в электромобилях составляет от 50 до 400кг.

Автомомобили на электротяге Nissan, имеют литий-ионные батареи плоского типа. Под днищем авто спрятано 50 модулей: вес каждого модуля 4 кг, и общая энергоотдача отдача – 90 кВт.

В аккумуляторах электромобилей Honda используют элементы с силой тока при разряде — 100A, а при заряде — 50A. Напряжение батареи 240В.