Бизнес на производстве аккумуляторов

Зачем человеку литий

Продажи электротранспорта растут не только в России, но и в мире: по данным The Guardian, в 2020 году рост составил 43%, а в Северной Европе доля рынка электромобилей достигла 54%. Это значит, что добыча редкого металла затронет еще больше уголков нашей планеты.

Литиевые аккумуляторы быстро заряжаются (время зарядки электробуса — 20 минут), не выделяя при этом вредных веществ, и обладают высокой эффективностью: используется до 95% энергии батареи. Кроме того, литий – самый легкий металл на планете, что повышает его привлекательность у производителей. По прогнозам Bloomberg, к 2030 году потребность в литиевых батареях увеличится в девять раз.

Литий — не новый для человечества металл, его использовали с 19 века: сначала в производстве стекла и фарфора, позднее — в металлургии и атомной энергетике. В начале 21 века спрос на литий резко вырос — в первую очередь из-за развития гаджетов и электротранспорта. Для производства одной батареи для электромобиля Tesla Model S, например, требуется 63 кг лития! 

В 2019 году мировое потребление лития оценивалось в 57 700 тонн — это на 18% больше, чем годом ранее. Аналитическая компания GlobalData прогнозирует, что к 2024 году спрос на редкий металл увеличится в два с половиной раза — до 117 тысяч тонн. Это значит, что добыча редкого металла затронет еще больше уголков нашей планеты.

Как осуществляется производство li-ion АКБ

Производство литий-ионных батарей проходит в несколько этапов:

1. Изготовление электродов.
2. Объединение электродов в батарею.
3. Монтаж защитной пластины.
4. Вставьте аккумулятор в корпус.
5. Заливаем электролит.
6. Тестирование и зарядка.

На всех этапах производства необходимо соблюдать технологию и меры безопасности, чтобы обеспечить высокое качество продукта.

В литий-ионных аккумуляторах в качестве катода используется пленка с нанесенным на ее поверхность литийсодержащим веществом.

В зависимости от предполагаемого использования батареи могут применяться следующие соединения лития:

• LiCoO2;
• LiFePO4;
• LiNiO2;
• LiMn2O4.

При производстве цилиндрических источников тока типоразмера AA и AAA основной электрод скручивается в рулон, который отделяется от анода сепаратором. Большая площадь поверхности катода, толщина пленки которого минимальна, обуславливает высокую энергоемкость изделия.

Сравнительная таблица характеристик Li-ion и Li-Pol аккумуляторов

Большинство параметров указанных аккумуляторов одинаковы. Различия представлены в таблице.

Параметр	Литий-ионный элемент	Литий-полимерный аккумулятор
Удельная энергоемкость, Вт*ч	100-230, в зависимости от электрохимического состава	150-250, в зависимости от электрохимического состава
Ресурс, циклов заряд-разояд	700-1000, в зависимости от электрохимического состава	500-1200, в зависимости от электрохимического состава
Саморазряд за месяц, %	5..12	5..6
Диапазон рабочих температур	-20..+60град.С	0..+60град.С

Cледует отметить, что к любому сравнению характеристик аккумуляторов, выпущенных по различным технологиям, размещенным в даже относительно надежных источниках, надо относиться с осторожностью. Единственным способом сравнить свойства источников питания и понять, чем они отличаются, является эксперимент

Для этого надо провести множество опытов в одинаковых условиях, учесть погрешность и возможность брака в производстве и т.п. Эксперименты надо проводить с элементами одного года выпуска. Вряд ли кто-то реально делал такие опыты. По крайней мере, никаких упоминаний о долгих лабораторных исследованиях в открытых источниках обнаружить не удалось.

Другой момент – под термином «литий-ионные аккумуляторы» подразумевается широкий спектр элементов с серьезно различающейся электрохимией. Сравнивать надо батарейки с одинаковыми анодами и катодами, различие в которых состоит лишь в типе электролита.

Плюсы и минусы

Причиной поиска новых путей развития технологии стало несовершенство имевшихся свинцовых, литий-железо-фосфатных и литий-ионных батарей. Они недостаточно безопасны, недолговечны и способны полноценно работать в узком диапазоне температур.

Проводились исследования соединений лития и титана. Как наиболее перспективное вещество был выделен титанат.

Характеристики материала:

• обеспечивает большую удельную емкость батарей, до 60 %;
• предельный ток заряда 10С, при котором аккумулятор заряжается до 80 % за 5 минут, а лучшие модели за 1 минуту;
• недорог и долговечен;
• электроды, выполненные на его основе, значительно сокращают время заряда;
• отличается высокими ионной и электронной проводимостью.

Характеристики соответствующих аккумуляторов очень высоки. Так, количество циклов зарядки-разрядки превышает 10 000. Емкость со временем снижается мало: на 20 % – при токе разряда 0,5С* после 10 миллионов циклов, а при токе разряда 3С после 10 тысяч.

Саморазряд не превышает 5 % от общей емкости в месяц.

Прямым следствием электрохимической и механической устойчивости структуры материала являются и показатели пожаро- и взрывобезопасности, которые несравнимо ниже, чем у литий-ионных элементов.

Еще одно преимущество связано со способностью электроемкостей с электродами из Li4Ti5O12 работать в широком диапазоне температур от -40 до +55 ˚C без потери функциональности.

Российские и зарубежные в производстве придерживаются схожих стандартов:

• номинал напряжения – от нижней границы 2 V до 2,4 V (чаще 2,3 V);
• предельное разрядное напряжение – от 1,5 V до 1,7 V;
• удельная мощность при максимальной нагрузке – от 3000 до 5000 Вт/кг;
• энергоемкость – от 30 до 110 Вт/кг;
• низкое внутреннее сопротивление;
• плотность заряда – до 115 Вт*ч/л.

Эффективность заряда-разряда колеблется пропорционально силе тока и составляет от 85 до 95 процентов. После 10 тысяч циклов она падает до 90, а после 20 – до 80 процентов.

Но и это не предел: более совершенные и дорогие образцы из новой генерации уже вдвое превосходят предшественников по этому параметру.

Из недостатков стоит отметить невысокое напряжение и относительную малораспространенность технологии и незначительные объемы производства.

Первую проблему решают добором активных элементов, и она не является серьезной в свете меньшего их веса по сравнению с литий-ионными. А вот второе обстоятельство более весомо: литий-титанатные все еще имеют большую стоимость, чем другие виды аккумуляторов.

Отечественные морозостойкие АКБ

Специалисты холдинга «Росэлектроника» из состава госкорпорации «Ростех» разработали особую модификацию аккумуляторов, способную выдерживать экстремально низкие для батарей температуры. По информации «Ростеха», эти элементы питания могут работать даже при 50-градусном морозе. Также они способны выдерживать жару до +50 градусов Цельсия.

Новое творение «Росэлектроники» представляет собой литий-ионные аккумуляторы, отличающиеся от обычных широко распространенных литиевых батарей, некой «уникальной электрохимической рецептурой». На запрос CNews, в чем именно заключается ее уникальность, представители «Ростеха» и НПО «Импульс» (входит в «Росэлектронику, отвечало за разработку АКБ) на момент публикации материала ответить не смогли.

На 22 декабря 2021 г. отечественные морозостойкие аккумуляторы уже прошли цикл предварительных испытаний. По информации разработчиков, батарея весом около 150 граммов способна выдержать до 2700 и более циклов заряд-разряд в зависимости от условий эксплуатации.

Начать серийное производство разработчики планируют в I квартале 2022 г. Представители «Ростеха» сообщили CNews, что конвейер будет запущен в Санкт-Петербурге на базе производственных мощностей НПО «Импульс».

Производители и ассортимент литий-титанат АКБ

Технология относительно свежая, поэтому ещё не получила такое распространение как традиционные Li-ion батареи. На рынке «титановая» продукция представлена скромным количеством брендов, среди которых очевидным лидером является Toshiba. Японские маркетологи без сомнений своё дело знают, поэтому и название совершенной продукции подобрали соответствующее — Super Charge Ion Battery (SCiB).

Литий-титанат аккумуляторы от Тошиба могут предложить юзерам ёмкость 2,9-23 Ah, количество циклов зарядки/разрядки — до 40 тыс. и при этом, ёмкость не упадёт ниже отметки 70%. Кроме того, у продукции Toshiba имеется возможность функционировать в буферном режиме: время, которое будет затрачено на заряд, составляет 1-6 минут. У японцев есть и свои собственные наработки по усовершенствованию анода. Так, в его состав был внедрён оксид ниобия.

Литий-титанат с добавкой даёт возможность подзаряжать электронакопитель до 90% за пять минут. Удельная ёмкость в два раза выше чем у титановых изделий и это позволяет разработчикам уменьшить габариты элементов питания и приблизится тем самым по показателю удельной энергии к литий-полимерным батареям.

Далее речь пойдёт тоже о японцах. Так, известный бренд по производству часов Seiko, в наручных кинетических моделях применяет титановые батарейки малых размеров, которые пришли на смену конденсаторам.

Не отстают от азиатов и европейцы, в лице швейцарцев. Фирма Leclanché, занимающаяся изготовлением аккумуляторов с 1939-го года, взяла на вооружение передовую технологию после покупки в 2006-ом году немецкой компании Bullith AG. Швейцарское изделие носит название TiBox — это многоразовые источники питания в распоряжении которых литий-титанат анод мощностью 3,2 kW и ресурс до 20 тыс. циклов.

А что же американцы, молчат? Отнюдь! Фирма Altairnano дислоцирующаяся в штате Nevada, занимается производством линейки элементов питания Nanosafe, предназначенной для электрокаров. По официальным заявлениям, их литий-титанат аккумуляторы желают установить на свои электрические машины многие автопроизводители, среди которых числится и такой популярный английский производитель спортивных машин как Lightning Car Company. Среди желающих, американская студия Phoenix Motorcars, преобразующая корейские автомобили от бренда SsangYong в электрифицированные модификации. И довершает технологическую мощь страны первого мира контора из Калифорнии, Proterra, со своим автобусом на электрической тяге EcoRide BE35, которая также заявила о том, что хочет применять на своём транспорте продукцию от Altairnano.

Трудолюбивые и хитрые китайцы, также не могли упустить возможность урвать свою долю на мировом рынке аккумуляторных батарей. Предприятие YABO Power Technology, произвело свою первую литий-титанат батарею ещё в 2012-ом году. Их передовые электронакопители используются в основном в автотранспорте. Здесь можно выделить YB-LITE2344, с 2,4-вольтным штатным напряжением и ёмкостью 15 Ah.

Широкие возможности импортозамещения

Созданные специалистами «Импульса» аккумуляторы способны полностью заменить собой импортные аналоги, в настоящее время использующиеся в целевых устройствах. Со слов генерального директора НПО «Импульс» Дениса Звонова, аккумуляторы создавались в рамках программы импортозамещения, вследствие чего они «полностью унифицированы с иностранными изделиями, которыми ранее оснащались многие виды оборудования».

Николай Козак, Дом.рф: Февраль 2022 г. для нас стал уколом адреналина в части имортозамещения ИТ
Импортозамещение

«Таким образом, pin-to-pin замена импортных батарей в отечественном изделии не потребует его переработки или модернизации. На базе созданных низкотемпературных аккумуляторов возможно изготавливать батареи с различными характеристиками по номинальному напряжению, емкости и размеру в зависимости от потребностей заказчика», – добавил Денис Звонов.

Принцип действия

Работа литионных аккумуляторов основана на электрохимическом потенциале, суть которого заключается в способности металлов отдавать отрицательные заряды. При подключении электрической цепи на аноде источника тока происходит химическая реакция, сопровождаемая образованием на его поверхности свободных электронов. По законам физики освобождённые электроны стремятся к положительной стороне – катоду, чтобы восстановить баланс, однако от движения их удерживает электролит, находящийся между анодом и катодом. Тем самым отрицательные заряды вынуждены двигаться к положительным «в обход» – через всю электрическую цепь, создавая ток.

Положительные ионы, образовавшиеся на стороне анода после «побега» электронов, проходят через электролит к катоду, чтобы удовлетворить потребность в отрицательных зарядах. В момент, когда все электроны переместятся на отрицательный электрод, аккумулятор будет разряжен.

Процесс зарядки запускает электрическую энергию в цепь, тем самым запуская в батарее обратную реакцию – скопление электронов на аноде. После полного перезаряда батарейки её можно заново подключать к цепи.

Устройство

Внедрение литий-ионных аккумуляторов в производство бытовой электроники получило прорыв после разработки батареи с катодом из углеродного материала (графита) и анодом из оксида кобальта.

В процессе разряда батареи происходит выведение ионов лития из материала катода и их включение в оксид кобальта противоположного электрода, при зарядке процесс протекает в обратном направлении. Таким образом, электрический ток создают ионы лития, перемещаясь от одного электрода к другому.

Li-Ion аккумуляторы производятся в цилиндрическом и призматическом исполнении. В цилиндрической конструкции две ленты плоских электродов, разделенных пропитанным электролитом материалом, свернуты в рулон и помещены в герметичный металлический корпус. Катодный материал нанесен на алюминиевую фольгу, анодный — на медную фольгу.

Призматическую конструкцию аккумулятора получают при укладывании прямоугольных пластин друг на друга. Такая форма батареи дает возможность сделать компоновку электронного устройства более плотной. Также выпускаются призматические АКБ с рулонными электродами, скрученными в спираль.

Что понадобится для запуска производства литий-ионных аккумуляторов в России?

Для создания предприятия (как сборочного, так и для производства с нуля) вам понадобятся:

• земля под объект (аренда или приобретение),
• здание (аренда или строительство),
• достаточная мощность подводимого электричества,
• чистая вода (центральное водоснабжение),
• переработка отходов (вывоз и утилизация классифицируются по категории ТБО),
• непосредственно производственное оборудование;
• поставщики сырья.

И это самая лёгкая часть. У вас должны быть опытные специалисты с профессиональными знаниями, как дозировать химические ингредиенты, как правильно настраивать оборудование для производства всех подкомпонентов с определёнными допусками и как изменять аспекты производства ячеек (более 10 станций на линию) после каждой партии.

Интересно, что до тех пор, пока у вас не будет оптимального «рецепта» и отлаженного процесса для предпочтительной производительности на ячейку, ни о каком коммерческом успехе не может быть и речи.

Существует как минимум 5 популярных литий-ионных химических компонентов для различных областей применения. Для каждого из них требуются уникальные настройки производственной линии. Какого-то универсального «Ноу-хау» или «Гайда» не существует ни в книгах, ни в мануалах.

К успешному производству литий-ионных аккумуляторов в России и в любой другой стране можно прийти только получив практический опыт и хорошее наставничество со стороны экспертов.

С чего начинать?

Перед тем, как начать, вы должны:

• исследовать рынок собственной страны, соседних, и других потенциальных стран-импортёров;
• выбрать целевую аудиторию (конкретный рынок и подлинный потребитель);
• определиться с химическим составом, формами и размерами;
• рассчитать годовой объём производства;
• определить налоговую нагрузку и возможности субсидирования.

Только тогда вы сможете начать работать над определением планок затрат на оборудование, рабочую силу и множество других статей бюджета. Выполнив нехитрые этапы подготовки, опытный промышленник обнаружит возможности заключения выгодных логистических контрактов, соглашений с прямыми поставщиками, разгрузки транспортного плеча и так далее.

Пример, сколько нужно денег

Рассмотрим пример предприятия из четырёх производственных линий: аккумуляторы типа 18650, 21700, литий-полимерный «пакет», призматические ячейки LiFePO4. Цифрами поделился бизнесмен из Индии Карла Янга (Karl Young).

Ему понадобилось около 30 миллионов долларов в ценах 2019-го года. Это расчёт на оборудование (90% автоматика), установку, наладку только для одной из четырёх линий 18650 с производительностью ячеек ёмкостью до 250 мВт⋅ч в год (23 млн ячеек в год или условно оснащение 230 электромобилей Tesla).

Сырьё, рабочая сила, электроэнергия, водоснабжение, аренда здания, оплата налогов и прочих сборов — всё это в дополнение к указанной цифре.

Снизить затраты сложно, утверждает Карл Янг. В процессе производства очень много этапов, таких как перемешивание, нанесение покрытия, каландрирование, продольная резка и так далее.

Сырьё занимает большую долю в стоимости:

• катодный материал;
• материал анода;
• технология (используемая химия + техническое «ноу-хау»).

Стоит учитывать и отбраковку на каждом этапе. Если она составляет 5%, то конечный выхлоп остается низким.

Из чего должен состоять бизнес-план?

Ниже приведены несколько обязательных деталей, которые вы должны включить в бизнес-план:

• текущая позиция на рынке и ожидаемый будущий спрос,
• размер рынка,
• статистика,
• тенденции,
• SWOT-анализ,
• прогнозы.

Бизнес-план предоставляет всесторонний отраслевой анализ. Он охватывает подробную отчётность, оценивает положение отрасли, предоставляет аналитические данные SWOT-анализа отрасли.

Отчёт должен включать:

• мощность завода,
• требование по землям и строительству,
• заводское оборудование,
• блок-схема,
• детальное определение потребностей в сырье со списком поставщиков,
• общие капитальные вложения вместе с подробным расчетом нормы прибыли,
• анализ безубыточности,
• анализ рентабельности.

Для инвестора нужен обзор мировой отрасли с подробной информацией о прогнозируемом размере рынка. Лишь затем переходите к более подробной оценке отрасли.

Как добыча влияет на природу

Для выпаривания литиевых рассолов требуется огромное количество воды. Например, чтобы добыть одну тонну металла, нужно израсходовать почти 2 млн литров!

Проблема в том, что большинство известных месторождений богатого литием рассола находятся в засушливых высокогорьях на границе Боливии, Чили и Аргентины. Здесь же расположено самое сухое место на планете — пустыня Атакама, где с 2000 по 2015 годы было выбрано на 21% больше воды, чем поступило сюда естественным путем — в виде дождевых или талых вод.

На резервуары с рассолом воды хватает, а пастбища и поля зерновых остаются обезвоженными. При этом чилийские фермеры рассказывают, что до прихода добывающих компаний в регионе не было перебоев с водоснабжением.

Салар-де-Уюни. Боливия. Фото: Sifan Liu, unsplash.com

Недовольны добычей лития и португальцы, хотя запасов металла там немного – около 60 тыс. тонн. Зимой 2020 года жители района Ботикас, который имеет статус объекта всемирного сельскохозяйственного наследия, вышли на митинг против добычи лития. В результате правительство начало подготовку законопроекта о добыче полезных ископаемых, который ужесточит правила получения лицензий на добычу лития. При этом министр экономики Португалии Педро Сиза Виейра заверил, что при добыче металла «будут соблюдаться самые высокие экологические стандарты и применяться ответственные социальные методы».

Еще одна проблема – возможная утечка химических веществ в систему водоснабжения. Такое несколько раз происходило на юго-западе Китая. В 2013 году жители города Тагонга обнаружили в реке Лици мертвую рыбу, обвинив производителя лития в загрязнении воды. Власти приостановили работу шахты, но весной 2016 добыча продолжилась.

Из истории создания

Li-ion аккумуляторы впервые появились в начале 90-х годов. Ведущим их производителем изначально стала компания Sony. В состав такой батареи входят два электрода. Катод помещен на фольгу из алюминия, а анод расположен на фольге из меди. Между электродами помещены разделители (сепараторы), содержащие жидкий или гелеобразный электролит. Ионы лития c зарядом «+» являются носителями тока, ионами, способными проникать в другие химические элементы, давая, тем самым, ход электрохимической реакции, обеспечивающей питание того или иного устройства.

Литиевые аккумуляторные батареи прошлого поколения «славились» повышенной взрывоопасностью по причине использования в них анода металлического лития и возникновения газообразных химических соединений внутри АКБ. При множественных циклах «заряда-разряда» могло произойти замыкание, а затем и взрыв литиевого аккумулятора. Взрывы случались и по причине того, что ионы лития вступали в опасную реакцию с другими веществами, входившими в состав батареек.

Когда химическое вещество для анода окончательно заменили графитом, это удалось полностью исправить. Кстати, все современные устройства для зарядки, посредством которых батарейки получают электропитание, предохраняют их от перегревания и «перебора» тока. В литий-феррум-фосфатных АКБ этот серьезный недостаток полностью устранен. Однако для разработки безопасных аккумуляторных устройств понадобилось около 20 лет.

Во избежание самовозгорания литиевой батареи при ее зарядке производители стали встраивать в корпус контроллер заряда аккумуляторов. Контроллер регулирует температуру внутри АКБ, глубину разрядки и количество потребляемого тока. Но не все литиевые аккумуляторы снабжены контроллером. Часто производитель не устанавливает его — в целях экономии и увеличения емкости. Именно по этой причине некоторые батареи вздуваются и взрываются до сих пор.

Однако, в отличие от своих предшественников в виде никель-кадмиевых и никель-металлогидридных элементов питания, ионные аккумуляторы имеют гораздо лучшие характеристики. Низкий уровень саморазряда в таких батареях обеспечивает их более длительный срок годности, а высокая емкость позволяет им работать гораздо дольше. К тому же ни одному литиевому элементу не требуется дополнительное обслуживание, а при окончательном выходе из строя лучше его не восстанавливать, а заменить.

Немного истории

Первый аккумулятор по литий-ионной технологии был создан не так давно — в 1970 году. Он имел анод из металлического лития, был несовершенным, небезопасным и имел относительно низкое отношение емкости к размеру. Но начало было положено, и в 1991 году была представлена батарея с графитовым анодом.

Это позволило снизить риск возгорания, удешевить производство и увеличить электрическую мощность при тех же габаритах. Позже в материалы анода и катода были добавлены различные добавки, и в итоге мы получили лучший на сегодняшний день источник энергии. Он компактен, обладает высокой производительностью и безопасен при правильной эксплуатации.

Экспертное мнениеАлексий Бартош — эксперт в области ремонта, обслуживания электрооборудования и промышленной электроники. Задайте свой вопрос Интересно! Первый изобретатель литий-ионных элементов, Уиттингем, и его преемники Гуденаф и Есино были удостоены Нобелевской премии по химии 2019 года с формулировкой «За создание литий-ионных батарей».

Другие химические элементы

Составляющие стоимости Li-ion батареи.
Внутри литий-ионного аккумулятора может использоваться несколько материалов для катодов. Первоначально основным компонентом катода был кобальт, но он имеет ограниченную доступность в природе и токсичен, что является огромным недостатком для массового производства. Сегодня кобальт частично замещается никелем, а также смесью кобальта, никеля и марганца. 
Безопасная и долговечная батарея нуждается в надежном электролите, который может выдерживать существующее напряжение и высокие температуры и имеет длительный срок хранения, обеспечивая высокую подвижность ионов лития. Растворы электролита состоят из органических растворителей, соли LiPF6 (гексафторфосфат лития) и различных добавок. 
Электролит высокой чистоты играет ключевую роль в транспортировке положительных ионов лития между катодом и анодом. Электролитные добавки улучшают стабильность, предотвращая деградацию раствора. Состав электролитов варьируется в зависимости от используемых анодных и катодных материалов, однако выбор электролита часто подразумевает компромисс между воспламеняемостью и электрохимическими характеристиками.
Полимерные электролиты представляют собой ионно-проводящие полимеры. Они часто смешиваются в композитах с керамическими наночастицами, что приводит к более высокой проводимости и устойчивости к более высоким напряжениям. 
В литий-ионных батареях в качестве токоприемников используется разнообразная металлическая фольга — медная, никелевая или фольга из каталитической меди. Как правило, медная фольга ставится в качестве отрицательного электрода для коллектора анодного тока, а алюминиевая фольга применяется в качестве положительного электрода для катодного токосъемника. Строение Li-po батареи 
Анод состоит из смеси графита и лития (возможно также использование интерметаллидов или кремния), в то время как катод объединяет литий и другие металлы (материалы катода требуют чрезвычайно высокой чистоты и должны быть почти полностью очищены от нежелательных металлических примесей — железа, ванадия и серы). 
Отделяет катод от анода сепараторный материал из полипропилена, полиэтилена или другого схожего полимерного материала. Сепараторы большинства батарей состоят из очень простых пластиковых пленок, которые имеют правильный размер пор, чтобы позволить ионам перемещаться, блокируя при этом другие элементы. В случае жидкого электролита сепаратор представляет собой вспененный материал, который пропитывается электролитом и удерживает его на месте.
 

Хранение и утилизация АКБ Li-ion

Саморазряд батарей на основе лития совсем небольшой, по сравнению с другими типами устройств, а если обеспечить правильные условия для хранения, то можно свести его к минимуму.

Идеальные условия для хранения литиевых АКБ:

• низкий уровень влажности;
• отсутствие вибраций и другого механического воздействия;
• максимальная отдалённость от источников тепла или открытого огня;
• температура в помещении 5-25 °C;
• заряд батареи выше 40%.

Даже с учётом всех правил, аккумулятор всё равно будет медленно терять часть ёмкости.

Температура хранения, °С	При 40 % заряда, потеря % за 1 год	При 100 % заряда, потеря % за 1 год
2	6
25	4	20
40	15	35
60	25	до 40 % за три месяца

Литий-ионные аккумуляторы нельзя просто выбросить в мусор. Правильная и сознательная утилизация таких батарей, предполагает сдачу их в специальные организации по переработке

Это важно, так как большую часть материалов от неисправных АКБ, используют для изготовления новых устройств

Литий-полимерный аккумулятор как альтернатива Li-ion

Полимерные аккумуляторы — это усовершенствованный вариант литий-ионных. Технический прогресс не стоит на месте, и сейчас они уже рассматриваются как серьезная альтернатива предыдущим АКБ на литиевой основе. Целью создания батарей на основе полимерных материалов стало, прежде всего, возможное устранение недостатков Li-ion в виде высокой стоимости и повышенного риска самовозгорания.

Главное отличие полимерного аккумулятора от Li-ion заключается в том, что в качестве электролита при его изготовлении используются не жидкость или гель, а твердые полимеры. Смена электролита является большим достижением, потому что такие батареи более безопасны, и теперь можно гораздо меньше думать о потенциальном взрыве при их эксплуатации.

Твердые материалы и раньше выполняли серьезную роль в плане проводимости тока — например, с помощью пленки из пластика, а их использование внутри Li-pol аккумулятора вместо пористого разделителя двух его полюсов, пропитанного жидкостью, стало значительным шагом вперед.

Li-pol аккумулятор также имеет улучшенные характеристики в плане удобной формы, так как полимеры дают возможность получать разные размеры и виды таких батарей. Минимальная толщина, которой обладают полимерные аккумуляторы, может составлять всего 1 мм.

Наряду с отличиями, есть и сходства между Li-ion и Li-pol. Большей частью, это означает, что не все недостатки устранены, и возможности дальнейшей работы производителей еще не исчерпаны до конца. Например, между ними нет особой разницы в сроках службы и проблеме «старения» в случае, если они не используются.

Полимерные аккумуляторы, как и Li-ion, применяются в сотовых телефонах, радиоуправляемой технике, портативных электрических инструментах, например, в электродрелях и шуруповертах.

Некоторые производители полимерных АКБ утверждают, что у них отсутствует эффект памяти, а также они якобы могут работать в более широком температурном спектре: от -20 до +40-60°С, что делает возможным их применение, эксплуатируя в условиях жаркого тропического климата. Поскольку опасность самопроизвольного возгорания устранена еще не до конца, полимерные аккумуляторы, как правило, снабжены встроенной электросхемой, предупреждающей перезаряд и перегрев.

Производство литий─ионных аккумуляторов

В общем случае производство Li─Ion аккумуляторов можно разделить на следующие этапы:

• Производство электродов;
• Сборка электродов в батарею, установка защиты;
• упаковка в корпус, заливка электролита;
• Тестирование, заряд.

В роли анода используется медная фольга с нанесённым слоем графита (в некоторых случаях угля). В качестве катода применяется алюминиевая фольга со слоем материала, содержащего литий.

Намотка алюминиевой фольги с литийсодержащим материалом в рулон

В призматических литий─ионных аккумуляторах используются прямоугольные электроды, которые укладываются друг на друга через сепараторы. Конструкция в этом случае получается такой же, как в случае свинцово-кислотных аккумуляторов для автомобилей. В этом случае производство электродов немного отличается от тех, что используются в цилиндрических моделях. Сначала также изготавливаются ленты катода и анода, а затем из них вырубаются прямоугольные пластины.

Электроды для призматических литий─ионных аккумуляторов

В некоторых призматических литий─ионных аккумуляторах используется сборка электродов в виде эллиптической спирали. Такую конструкцию могут иметь литиевые батарейки для аккумуляторов телефонов.

После сборки, заливки электролита и герметизации проводится тестирование, при котором выявляется производственный брак. После этого проводится первый заряд аккумулятора, во время которого происходит формирование поверхности электродов. В качестве сепаратора используется полиэтиленовый сепаратор. При температуре 130─150 градусов он плавится и тем самым прекращает обмен ионами между катодом и анодом. Это определённая защита при перегреве литиевого аккумулятора.

Кроме того, при производстве Li─Ion аккумуляторов на определённые модели устанавливаются дополнительные виды защиты. Например, цилиндрические аккумуляторы 18650 имеют в торце корпуса специальный клапан. Он открывается, когда давление внутри превышает определённый предел.

Защитный клапан

Контроллер заряда-разряда литиевых аккумуляторов