전자기기의 이동성을 결정짓는 핵심 요소는 재충전 가능한 배터리(배터리)다. 가능한 가장 긴 자율성을 보장하려는 요구가 증가함에 따라 이 분야의 지속적인 연구가 자극되고 새로운 기술 솔루션의 출현으로 이어집니다.
널리 사용되는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 및 니켈-금속 수소화물(Ni-MH) 배터리에 대안이 등장했습니다. 첫 번째 리튬 배터리, 그 다음에는 고급 리튬 이온 배터리(Li-ion)입니다.
역사
이러한 종류의 배터리는 1970년대에 처음 등장했습니다. 개선된 특성으로 인해 즉시 수요가 증가했습니다. 셀의 양극은 리튬 금속으로 만들어졌으며 그 특성으로 에너지 밀도를 높일 수있었습니다. 그렇게 리튬 배터리가 등장했습니다.
새 배터리에는 폭발 및 발화 위험이 증가하는 심각한 단점이 있습니다. 그 이유는 전극 표면에 리튬 피막이 형성되어 온도 안정성에 문제가 발생했기 때문입니다. 최대 부하의 순간에 배터리가 폭발할 수 있습니다.
기술이 개선되어 배터리 구성 요소에 순수한 리튬을 포기하고 양전하를 띤 이온을 사용하게 되었습니다.리튬 이온 배터리는 성공적인 솔루션으로 입증되었습니다.
이 유형의 이온 배터리는 에너지 밀도가 약간 감소하여 더 큰 안전성이 특징이지만 지속적인 기술 발전으로이 표시기의 손실을 최소화 할 수 있습니다.
장치
소비자 전자 제품에 리튬 이온 배터리를 도입하는 것은 탄소 재료(흑연)의 음극과 산화 코발트의 양극이 있는 배터리의 개발로 돌파구를 얻었습니다.
배터리를 방전하는 과정에서 리튬 이온은 양극 물질에서 제거되고 반대쪽 전극의 코발트 산화물에 통합됩니다. 충전하는 동안 프로세스는 반대 방향으로 진행됩니다. 따라서 한 전극에서 다른 전극으로 이동하는 리튬 이온에 의해 전류가 생성됩니다.
리튬 이온 배터리는 원통형 및 각형 디자인으로 만들어집니다. 원통형 디자인에서는 전해질이 함침된 재료로 분리된 두 개의 평평한 전극 리본이 감겨져 밀봉된 금속 케이스에 들어 있습니다. 양극재는 알루미늄 호일에, 양극재는 동박에 적용합니다.
배터리의 각형 디자인은 직사각형 판을 서로 겹쳐서 얻습니다. 이러한 형태의 배터리는 전자 장치의 레이아웃을 보다 조밀하게 할 수 있습니다. 각형 배터리는 나선형으로 꼬인 코일 전극과 함께 사용할 수도 있습니다.
작동 및 수명
작동 규칙을 따르면 리튬 이온 배터리의 길고 완전하고 안전한 작동이 가능하며 이를 무시하면 제품의 수명이 단축될 뿐만 아니라 부정적인 결과를 초래할 수 있습니다.
작업
리튬 이온 배터리 작동을 위한 주요 요구 사항은 온도와 관련이 있습니다. 과열을 허용하지 마십시오. 고온은 최대 손상을 유발할 수 있으며, 과열은 배터리의 스트레스가 많은 충전 및 방전 모드뿐만 아니라 외부 소스로 인해 발생할 수 있습니다.
예를 들어, 최대 45°C까지 가열하면 배터리의 충전 유지 용량이 2배 감소합니다. 이 온도는 장치가 태양에 장기간 노출되거나 에너지 집약적인 애플리케이션을 실행할 때 쉽게 달성됩니다.
제품이 과열되면 배터리를 끄고 제거한 상태로 서늘한 곳에 두는 것이 좋습니다.
더운 여름에 배터리 성능을 가장 잘 보존하려면 대부분의 모바일 장치에서 사용할 수 있는 절전 모드를 사용해야 합니다.
저온은 또한 이온 배터리에 부정적인 영향을 미치며 -4°C 미만의 온도에서는 배터리가 더 이상 최대 전력을 공급할 수 없습니다.
그러나 추위는 고온만큼 리튬 이온 배터리에 나쁘지 않으며 대부분 돌이킬 수 없는 손상으로 이어지지 않습니다. 실온으로 예열 한 후 배터리 성능이 완전히 회복된다는 사실에도 불구하고 추운 곳에서 용량 감소를 잊어서는 안됩니다.
리튬 이온 배터리 작동에 대한 또 다른 권장 사항 - 배터리를 완전히 방전시키지 마십시오. 이전 세대의 많은 배터리에는 메모리 효과가 있어서 0으로 방전한 후 완전히 충전해야 했습니다. 리튬 이온 배터리는 이러한 효과가 없으며 산발적인 완전 방전은 부작용이 없지만 지속적인 심방전은 유해합니다. 충전기는 30% 충전 수준에서 연결하는 것이 좋습니다.
일생
리튬 이온 배터리를 부적절하게 사용하면 수명이 10~12배 단축될 수 있습니다. 이 수명은 충전 주기 수와 직접적인 관련이 있습니다. 리튬 이온 배터리는 완전 방전 시 500~1000 사이클을 견딜 수 있다고 믿어집니다. 다음 충전 전에 남은 충전 비율이 높을수록 배터리 수명이 크게 늘어납니다.
리튬이온 배터리의 수명은 작동 조건에 따라 크게 좌우되기 때문에 정확한 예상 수명을 제공하는 것은 불가능합니다.평균적으로 이러한 유형의 배터리는 필요한 규칙을 따르면 7-10년 동안 사용할 수 있습니다.
충전 과정
충전 시 배터리를 너무 오랜 시간 동안 충전기에 연결하지 마십시오. 리튬 이온 배터리는 3.6볼트를 넘지 않는 전압에서 정상적으로 작동합니다. 배터리 충전기는 충전 과정에서 배터리에 4.2볼트를 공급합니다. 충전 시간이 초과되면 배터리에서 바람직하지 않은 전기화학 반응이 시작되어 과열로 이어지는 모든 결과를 초래할 수 있습니다.
개발자는 이러한 기능을 고려했습니다. 최신 리튬 이온 배터리 충전의 안전성은 전압이 허용 수준을 초과하면 충전 프로세스를 중지하는 특수 내장 장치로 제어됩니다.
리튬 배터리의 경우 2단계 충전 방식이 올바른 충전 방법입니다. 첫 번째 단계는 일정한 충전 전류를 제공하여 배터리를 충전하는 것이고, 두 번째 단계는 일정한 전압을 제공하고 충전 전류를 점진적으로 줄이는 것이다. 이 알고리즘은 대부분의 가정용 충전기에 구현된 하드웨어입니다.
보관 및 폐기
리튬 이온 배터리는 꽤 오랫동안 보관할 수 있으며 자체 방전은 연간 10-20%입니다. 그러나 동시에 제품의 특성이 점차적으로 감소합니다(열화).
이러한 배터리는 +5 ... +25°C의 방습 장소에 보관하는 것이 좋습니다. 강한 진동, 충격 및 화염에 대한 근접은 허용되지 않습니다.
리튬 이온 전지의 재활용 프로세스는 적절한 허가를 받은 전문 시설에서 수행해야 합니다. 재활용 배터리 재료의 약 80%는 새 배터리 생산에 재사용할 수 있습니다.
안전
리튬 이온 배터리는 작은 크기라도 폭발성 자체 발화의 위험이 있습니다.이러한 배터리 유형의 특성은 설계에서 생산 및 보관에 이르기까지 모든 단계에서 안전 조치가 필요합니다.
리튬 이온 배터리의 안전성을 향상시키기 위해 과부화 및 과열을 방지하도록 설계된 제어 및 관리 시스템인 소형 전자 회로 기판이 제조 시 케이스에 장착됩니다. 전자 메커니즘은 온도가 미리 결정된 한계 이상으로 상승할 때 회로의 저항을 증가시킵니다. 일부 배터리 모델에는 배터리 내부의 압력이 증가하면 회로를 차단하는 기계식 스위치가 내장되어 있습니다.
또한 배터리 케이스에는 비상 시 압력을 완화하는 안전 밸브가 있는 경우가 많습니다.
리튬 배터리의 장단점
이 유형의 배터리의 장점은 다음과 같습니다.
- 높은 에너지 밀도;
- 메모리 효과 없음;
- 긴 서비스 수명;
- 낮은 자기 방전율;
- 유지 보수가 필요하지 않습니다.
- 비교적 넓은 온도 범위에서 변경되지 않은 작동 매개변수를 보장합니다.
리튬 배터리에는 다음과 같은 단점도 있습니다.
- 자연 발화 위험;
- 전임자보다 높은 비용;
- 내장 컨트롤러의 필요성;
- 깊은 방전의 바람직하지 않음.
리튬 이온 배터리 생산 기술은 지속적으로 향상되고 있으며 많은 단점이 점차 과거의 일이 되고 있습니다.
애플리케이션
리튬 이온 배터리의 고에너지 밀도 표시기는 노트북, 태블릿, 스마트폰, 캠코더, 카메라, 내비게이션 시스템, 다양한 내장 센서 및 기타 여러 제품과 같은 모바일 전자 장치의 주요 응용 분야를 결정합니다.
이러한 배터리의 원통형 폼 팩터가 있기 때문에 이전에 일회용 배터리에서 에너지를 소비했던 손전등, 유선 전화 및 기타 장치에 사용할 수 있습니다.
배터리 구성의 리튬 이온 원리에는 여러 종류가 있으며 사용되는 재료 유형(리튬-코발트, 리튬-망간, 리튬-니켈-망간-코발트-산화물 등)이 다릅니다. 그들 각각은 자신의 적용 영역을 찾습니다.
모바일 전자 제품 외에도 리튬 이온 배터리 그룹은 다음 애플리케이션에 사용됩니다.
- 휴대용 전동 공구;
- 휴대용 의료 장비;
- 무정전 전원 공급 장치;
- 보안 시스템;
- 비상 조명 모듈;
- 태양광 발전소;
- 전기 자동차와 전기 자전거.
리튬이온 기술의 지속적인 발전과 작은 크기에 고용량 배터리를 만드는 성공을 감안할 때 이러한 배터리의 사용 확대를 예측할 수 있습니다.
라벨링
리튬이온 배터리는 배터리 외부 케이스에 표기되어 있으며, 사이즈에 따라 코드가 크게 다를 수 있습니다. 모든 배터리 마킹 제조업체에 대한 단일 표준은 아직 개발되지 않았지만 여전히 가장 중요한 매개변수를 스스로 이해할 수 있습니다.
줄의 문자는 셀 유형과 사용된 재료를 나타냅니다. 첫 번째 문자 I은 리튬 이온 기술을 나타내고, 다음 문자(C, M, F 또는 N)는 화학 조성을 지정하고, 세 번째 문자 R은 리튬 이온 기술을 나타냅니다. 셀은 충전식입니다.
크기 지정의 숫자는 밀리미터 단위의 배터리 크기를 나타냅니다. 처음 두 숫자는 직경을 나타내고 나머지 두 숫자는 길이를 나타냅니다. 예를 들어, 18650은 직경이 18mm이고 길이가 65mm임을 나타내고, 0은 원통형 폼 팩터를 나타냅니다.
행의 마지막 문자와 숫자는 제조업체별 용량 표시입니다. 제조일자를 표시하는 통일된 기준도 없습니다.
