Его величество аккумулятор. Часть II: литиевые аккумуляторы

Подавляющее большинство современных телефонов оснащены аккумуляторами, изготовленными на основе лития. Первые образцы литиевых аккумуляторов появились в 70-е годы XX-века, а к 80-м годам их стали выпускать серийно. Выбор лития как перспективной основы для аккумуляторов нового поколения был неслучаен – этот металл химически очень активен. Однако химическая активность имеет и обратную сторону – элементы питания на основе лития потенциально взрывоопасны, особенно при нарушении условий эксплуатации. Кстати, последнее утверждение распространяется и на современные «безопасные» модификации этих аккумуляторов.

Современные аккумуляторы на основе лития бывают двух основных разновидностей - литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Pol). В литий-ионных аккумуляторах катод состоит угля, анод – из диоксида лития и кобальта, а в качестве электролита используется соляной раствор, содержащий ионы лития. Типовое номинальное значение выходного напряжения одного элемента литий-ионного аккумулятора составляет 3,6 В.Литий-полимерные аккумуляторы — это модификация литий-ионных аккумуляторов. Также как и в литий-ионных, в литий-полимерных аккумуляторах, основой электролита являются соли лития, но в Li-Pol аккумуляторах ионы лития содержаться в твердой полимерной прокладке помещенной между катодом и анодом. Если выражаться строгим техническим языком, то литий-полимерные аккумуляторы следует называть литий-ионными твердополимерными. Кстати многие производители маркируют аккумуляторы данного типа как Li Ion Pol.Использование твердого полимерного электролита дает литий-полимерным аккумуляторам один большой плюс – они могут быть произвольной формы, при этом нет необходимости в твердой оболочке («банке»), как у литий-ионных. Именно это обстоятельство сделало данный тип аккумуляторов популярным у производителей сотовых телефонов и других портативных устройств – Li-Pol аккумулятор, например, можно сделать более плоским, что позволит снизить толщину устройства в целом. Себестоимость производства литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов различаются незначительно.

Общими плюсами Li-Ion и Li-Pol аккумуляторов являются – большая емкость, практически полное отсутствие эффекта памяти, большое допустимое количество циклов заряд-разряд, низкий уровень саморазряда. Основных минусов литиевых аккумуляторов всего два – подверженность эффекту старения и «теплолюбивость». Последнее выражается в том, что при температурах ниже -20°C Цельсия литиевый аккумулятор может разорвать с выбросом электролита. «Эффект старения» выражается в том, что примерно через год-полтора после изготовления аккумулятор начинает терять емкость, независимо от того используется он или нет. Вначале «эффект старения» проявляется незначительно, но со временем емкость аккумулятора снижается более чем на 50…70% от первоначальной.

Часто, при выходе из строя, у Li-Ion и Li-Pol аккумуляторов происходит деформация (вздутие) «банки» аккумулятора. Результат использования подобного аккумулятора предсказуем – даже полностью заряженный телефон может самопроизвольно выключится при совершении или поступлении вызова. Использовать вздутые литиевые аккумуляторы не следует, причем не только из-за малой емкости, но и из-за вероятности их разрыва при зарядке. Типичный срок службы литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов не превышает трех лет, независимо от количества циклов заряд-разряд. Однако при правильном уходе аккумулятор может прожить и дольше. Например, в моем Sony Ericsson K700i 2004 года выпуска, до сих пор используется «родной» аккумулятор, причем время автономной работы телефона, по сравнению с первоначальным, сократилось незначительно.

В отличие от аккумуляторов на основе никеля (Ni-Cd или Ni-MH) Li-Ion и Li-Pol аккумуляторы обязательно включают в свой состав электронный блок, основной задачей которого является контроль напряжения батареи. Литиевые аккумуляторы не допускают глубокого разряда – разряд ниже 2,7…2,9 В может оказаться для них губительным и начнется процесс саморазрушения. В тоже время, заряд аккумулятора выше 4,2 В может привести к вздутию или разрыву «банки».Упрощенно, электронный блок, входящий в состав Li-Ion и Li-Pol аккумуляторов можно представить в виде транзистора работающего в ключевом режиме и управляющей микросхемы. Основной задачей транзисторного ключа является отключение цепи заряда по сигналу управляющей микросхемы, который формируется при выходе напряжения на элементе питания за допустимые пределы. Экономия на схеме защиты аккумулятора, что часто встречается в китайских поделках, делает аккумуляторы потенциально взрывоопасными. Кстати, в инструкциях на большинство вполне «фирменных» телефонов, указано, что заряжать телефон следует только под присмотром.

Как правильно заряжать аккумуляторы? Для аккумуляторов на основе никеля (Ni-Cd, Ni-MH) однозначно действует правило – вначале полностью разрядить аккумулятор, потом полностью зарядить. Если, по какой-либо причине, аккумулятор не удалось зарядить полностью, то перед следующей зарядкой его необходимо снова полностью разрядить, а лишь потом заряжать. Конечно, «эффект памяти» аккумулятора не проявится сразу, но увлекаться неполной зарядкой, а тем более неполной разрядкой не следует.

С литиевыми (Li-Ion, Li-Pol) аккумуляторами не все так однозначно. Их цикл заряда состоит из двух этапов – вначале аккумулятор заряжается большим током почти до полного заряда, а потом производится финальная зарядка малым током. На первом этапе индикатор уровня заряда аккумулятора телефона показывает, что идет процесс зарядки аккумулятора. Ход второго этапа индикатором уровня заряда аккумулятора, в подавляющем большинстве телефонов не отображается, так как считается, что он не столь важен. Длительность каждого из этапов зависит от емкости конкретного аккумулятора, величины тока зарядного устройства. Средняя длительность каждого из этапов составляет 2-3 часа, а полный цикл зарядки – 4-6 часов.

Общей рекомендацией продавцов при продаже нового телефона является – «пользуйтесь телефоном пока он не выключится, затем поставьте его заряжаться его на 12 (14,16) часов, сделайте так два-три раза, а потом используйте телефон как обычно». Эта рекомендация – ничто иное, как описание процесса тренировки аккумулятора, которая позволяет ему «войти в форму». Конечно, заряжать телефон в течение 12 или более часов – многовато, подавляющему большинству аппаратов для «тренировки» вполне достаточно 6-8 часов «общения» с зарядным устройством.

Однако, «тренировки» полезны не только новому аккумулятору. Моя личная рекомендация – 2…4 «тренировки» в месяц необходимы любому аккумулятору, независимо от его возраста и количества перенесенных им циклов заряд-разряд. Возможно, эта рекомендация может показаться спорной – ведь литиевые аккумуляторы не имеют эффекта памяти, но, практика показывает, что следование ей во многих случаях позволяет продлить срок службы аккумулятора.