Компьютерра PDA N77 (04.12.2010-10.12.2010)

В современных ноутбуках и прочих портативных электронных устройствах применяются два типа аккумуляторных батарей: ионно-литиевые (чаще всего обозначаются как Li-ion) и ионно-литиевые полимерный (Li-Ion Pol). Это последнее поколение батарей обладает гораздо более высокой ёмкостью по сравнению с никель-металлогидридными и никель-кадмиевыми, в них отсутствует "эффект памяти", а ионно-литиевые полимерные аккумуляторы к тому же могут принимать практически любую необходимую форму, что незаменимо при конструировании миниатюрной электроники.

Как понятно из названия, принцип действия ионно-литиевых аккумуляторов основан на процессе переноса ионов лития с одного электрода на другой. Батареи с использованием положительного электрода (анода), выполненного из оксидов щелочного металла лития, впервые появились в начале девяностых годов XX века и стали использоваться в ноутбуках и портативных плеерах. В то время в качестве носителей в плеерах применялись компакт-кассеты, компакт-диски или мини-диски, а для их воспроизведения требовались электродвигатели, потребляющие массу энергии. Поэтому преимущества литиевых батарей перед никель-металлогидридными были особенно очевидными.

Однако производители электроники не торопились переходить на новый тип батарей: во-первых, литиевые аккумуляторы были значительно дороже "обычных", а во-вторых, из-за высокой химической активности лития эти батареи оказались взрывоопасными при перезаряде или перегреве. Благодаря использованию в аккумуляторах не самого лития, а его ионов вероятность взрыва не слишком высока. Однако потенциальная возможность такого происшествия сохраняется и в современных моделях, хотя это случается довольно редко, и причинами чаще всего служат отказ защитных электронных схем или нарушение правил эксплуатации.

Для обеспечения безопасности под крышкой аккумуляторных батарей устанавливается устройство, реагирующее увеличением сопротивления на повышение температуры, и клапан, размыкающий контакт между катодом и положительным выводом при повышении внутреннего давления газов. Кроме того, обязательно применяется и внешняя защита батареи, реагирующая на перезаряд и переразряд, повышение рабочей температуры и короткое замыкание.

Ионно-литиевые аккумуляторы чрезвычайно чувствительны к перезарядам и переразрядам, поэтому они почти всегда оснащаются соответствующим ограничителем. При переразряде батареи на поверхности анода может осаждаться металлический литий, а из катода выделяться кислород, что приводит к повышению давления и "тепловому разгону" и в результате может вызвать взрыв корпуса.

Однако в дешёвых ионно-литиевых батареях, где анод изготовлен из литиево-марганцевой шпинели, такие схемы защиты отсутствуют, поскольку марганец резко замедляет реакции металлизации на аноде и выделение кислорода на катоде. Из-за отсутствия цепей защиты, способных ограничить зарядный ток и вовремя прекратить зарядку, с такими батареями нельзя использовать универсальные зарядные устройства: их применение может вызвать перезаряд и привести к взрыву аккумулятора.

С ростом рабочего тока разряда ёмкость ионно-литиевых аккумуляторов снижается незначительно, но при этом немного уменьшается и рабочее напряжение. Ограничителем максимального рабочего тока выступает встроенное устройство защиты. При повышении рабочей температуры возможно снижение ёмкости, в том числе и необратимое, а при понижении температуры - уменьшение рабочего напряжения. Кроме того, при температуре окружающей среды ниже 5 °C выдаваемое аккумулятором напряжение может быть ниже номинального.

Катод ионно-литиевого аккумулятора изготовляется из графита (в первых модификациях он выполнялся из кокса) путем интеркаляции - ионы лития буквально раздвигают слои углеродной матрицы, располагаясь между ними. Анод выполняется из литированных оксидов кобальта, никеля или литиево-марганцевой шпинели. При разряде аккумулятора на аноде происходит интеркаляция лития в оксид, а на катоде - деинтеркаляция ионов из углеродного материала. При этом минимальное напряжение в разряженном элементе составляет от 3,4 В, в полностью заряженном - до 4,2 В.

Ионно-литиевые аккумуляторы чаще всего выпускаются в призматических корпусах, наиболее удобных для установки в ноутбуки и портативную технику. Кроме того, они могут производиться в цилиндрических корпусах и корпусах смешанного типа. Корпуса батарей делаются герметичными, что не только защищает питаемое устройство от применяемых в аккумуляторах реактивов, но и предохраняет батарею от вредного воздействия кислорода и влажности.