Что внутри аккумулятора телефона (литий-ионной батареи

При недавнем добавлении новых разделов сайта нашего интернет-магазина Neovolt.ru, посвящённых замене элементов питания на нашем производственном предприятии, появилась идея сделать простые схемы устройства аккумуляторов для иллюстрирования материалов.

Несложная с виду идея вылилась в многочасовую проверку возможных изобретений новых вариантов конструкций, в перелопачивание тонны публикаций на BatteryUniversity, в общение с экспертами и инженерами на Quora и в Reddit по материалам в сепараторах и проводниках, чтобы ничего не упустить из внимания.

Получился огромный материал, который в дальнейшем пришлось сократить, иначе можно книгу написать. Результатом делимся с вами.

→ О принципах выбора ёмкости, определения ремонтопригодности, формы и размеров аккумулятора смартфона — в исследовании Карстена Шишке.

Батареи литий-ионного или литий-полимерного типа работают с помощью химических реакций, которые «отправляют» электроны и ионы с одного электрода на другой. Вот, как всё выглядит, когда наш инженер разбирает внешнюю часть корпуса аккумулятора, например, Samsung Galaxy S9 или любого другого смартфона после извлечения из устройства.

Устройство аккумулятора телефона/смартфона:

(1) Соединительный элемент подключает аккумулятор к системной плате смартфона (в несъёмной конструкции) или к контактам на внешнем корпусе батареи (в съёмной конструкции).

• • Он может быть в виде многожильного провода (как на схеме) или в виде шлейфа.
• • Шлейф имеет гибкую (как у iPhone 6) или формованную (как у Galaxy S8 Plus) основу.
• • У соединительного кабеля чаще всего есть коннектор с несколькими контактами (от двух до пяти).
• • В редких старых или бюджетных смартфонах соединение с системной платой выполняется не через разъём, а методом пайки (у нас есть пример такого соединения в инструкции разборки iPod Touch 6).

(2) — Плата системы управления аккумулятором (Battery Management System, BMS). На неё устанавливается логика работы батареи и предохранитель.

→ Узнайте, как устроена BMS-плата и все подробности по её функциональной роли в телефоне.

(3) и (4) — Положительный и отрицательные выводы питания для работы в электрической цепи.

(5) и (7) — Электродные материалы размещаются на тонкой металлической основе, напоминающей фольгу. Она собирает электроны и передаёт их из батареи к устройству.

Электроды не способны хранить много энергии в ограниченной зоне.

Поэтому нужны длинные скрутки таких полос, чтобы аккумулятор смог обеспечить смартфон необходимой энергией. Их количество и размеры влияют на конечную ёмкость и габариты батареи. Кстати, мы уже рассказывали, по какому принципу производители выбирают и проектируют аккумулятор в процессе разработки очередного смартфона.

(6) и (8) — Сепаратор препятствует электрической проводимости между электродными материалами (катодом и анодом) в пределах тока, который должен проходить через сепаратор в процессе движения ионов от катода к аноду (во время заряда) и обратно (во время разряда).

С превышением температуры (выше 130°C) материал плавится и закрывает поры во избежания дальнейшей катализации химической реакции и взрыва аккумулятора.

В большинстве смартфонов сепаратор однослойный из полиэтиленового материала, пропитанного электролитом.

Хотя последнее время в применение вошли сепараторы трёхслойной «гамбургерной» конструкции для более надёжной работы аккумулятора в условиях повышенной нагрузки:

• • Полипропилен (стойкость +155°C)
• • Полиэтилен (стойкость +130°C)
• • Полипропилен (стойкость +155°C)

(9) — Корпус аккумулятора представляет собой термостойкий материал с достаточной прочностью, чтобы выдерживать небольшие физические воздействия (например, от стягивания внутренних комплектующих смартфона).

В съёмной конструкции размещается в ударостойкую оболочку с контактной площадкой.

Это нужно для удобного и, главное, безопасного хранения вне мобильного устройства (из-за чего превышает габариты несъёмного аккумулятора аналогичных технических характеристик). Может иметь разные виды материалов, выбор которых зависит от производителя.

Научно-популярные статьи

Вы помогаете наполнять базу знаний Neovolt без ошибок и упущений. Пишите в комментарии предложения, свои взгляды и замечания — мы их читаем все без исключения. Или отправьте сообщение нам ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.

Теги: База знаний Li-Ion Li-Poly Телефоны Смартфоны Планшеты Ноутбуки Технологии

Из чего состоит аккумулятор телефона и принцип работы

Опубликовано: 09.04.2020

Узнать, из чего состоят аккумуляторы телефона можно, только разобрав его самостоятельно. И то, куча непонятных деталей для неспециалиста мало о чем скажет. Еще один нюанс – разбор батарейки опасная вещь, возможны даже взрывы. Проще – детально изучить устройство, основные элементы и принцип работы батареи из статьи.

Содержание

1. Как устроен и работает аккумулятор телефона?
2. Принципы и устройства аккумулятора
3. Что внутри батарейки?
4. Корпус для батареек и из чего он сделан
5. Примерный химический состав аккумуляторов телефона

Как устроен и работает аккумулятор телефона?

С виду батарея мобильной техники – небольшой блок и информацией о производителе на поверхности. Чтобы разобраться в особенностях этой детали, нужно детальнее осмотреть устройство аккумуляторов смартфонов.

Принципы и устройства аккумулятора

Батарея телефона, благодаря своим химическим и физическим свойствам является живительным элементом для процессора, дисплея и других частей.

Принцип, по которому работает аккумулятор:

1. Ионы лития попадают в специальную решетку графита.
2. Ионы при контакте с молекулами углерода создают химическую реакцию.
3. Происходят разрывы.
4. В результате реакции вырабатывается энергия.
5. Энергия оседает на полюсах аккумулятора в форме электричества.

Долгое время производители питательных элементов трудились над одной проблемой. Дело в том, что литий внутри аккумулятора – жидкий. Это плохо сказывалось на стабильности его химических свойств. Когда появлялись трещины на корпусе – жидкий состав просто вытекал. Несмотря на такие недостатки, жидкий вариант обладал низким сопротивлением, поэтому лучше выполнял функции, чем сухой.

Современные батарейки сочетают в себе качественную работу Li-Ion и сухих частиц. Принцип работы аккумуляторов телефона основан на тех же ионах лития, но в устройстве установлен сухой сепаратор. Риск возникновения химических реакций сведен к минимуму. Механизм устроенный так, что при правильной эксплуатации батарейки она не взорвется.

Что внутри батарейки?

Самые сложные элементы аккумуляторов мобильников находятся внутри корпуса. Можно изучить их конструкцию и основные функции. Кроме банки с ионами лития и сепаратора, конструкция оснащена контроллером.

Контроллер – это «мозги» батареи сотового, состоит из таких элементов:

1. Резисторы (в схеме питания, защиты).
2. Терморезистор.
3. MOSFET-транзисторы.
4. Микросхема.
5. Конденсатор накопления.

Контроллер выполняет следующие функции:

1. Контроль заряда. Аккумуляторы телефонов заряжаются постепенно. Первых 10% с невысокой скоростью, потом ускорение до 80%, и конечный этап – замедление. С высокой скоростью заряжается лишь «средняя часть» батарейки, такая особенность работы для снижения нагрузки.
2. Защита от перезаряда. Ток от сети поступает, но при достижении напряжения в 4,2 В питание автоматически останавливается.
3. Защита от разряда. Установлено и минимальное напряжение, на уровне, примерно в 2,9 В. Даже если процент упал до 0, и мобильный телефон выключился, в аккумуляторе остается небольшой запас. Если его не будет – потеряется полезная емкость.
4. Ограничение тока. Напряжение не всегда стабильно, великие скачки или короткое замыкание – однозначно повредят батарею. Это плохо скажется на длительности срока эксплуатации. Ограничитель препятствует этому.
5. Балансировка батареи. Это конструкция, состоящая из последовательных электронных элементов. Такая схема обеспечивает равномерный заряд разных частей. От функции зависит долговечность батарейки.
6. Контроль за температурой. В каждой батарейке установлен терморезистор. Он контролирует температуру и при надобности защищает устройство от перегрева или переохлаждения.

Корпус для батареек и из чего он сделан

После ознакомления с тем, как устроен аккумулятор телефона, остается ознакомиться с корпусом этой детали.

Он состоит их двух слоев:

1. Верхний слой. Пластиковое покрытие. Изолирует банку батареи, защищает ее от воздействия внешних факторов. Еще на покрытии производитель печатает информационный блок.
2. Внутренний слой. Это – металл. Материал твердый и прочный, защищает внутренности от повреждений.

Читайте также:  Батарейка CR2032: характеристики, ёмкость, напряжение, размеры, аналоги, бывают ли аккумуляторы

Производители аккумуляторов для техники используют металл с определенным показателем эластичности. Это делается для того, чтобы корпус выдержал деформации в случае вздутия батареи.

Примерный химический состав аккумуляторов телефона

Современные производители батареек для смартфонов применяют три класса катодных соединений:

1. Кобальт лития. LiCoO2.
2. Литий-марганцевая шпинель LiMn2O2.
3. Литий-феррофосфат LiFePO4.

Электрохимические цепочки батарей телефонов будут состоять из следующих элементов:

• Литий-кобальтовые: LiCoO2 + 6C → Li1xCoO2 + LiC6
• Литий феррофосфатные: LiFePO4 + 6C → Li1xFePO4 + LiC6

Чтобы понять, как работает и какие функции выполняет батарея смартфона – следует изучить его устройство. Тогда станет понятно, какой элемент за что отвечает, и какие материалы используются.

 

 

Как вам статья?

ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА

• Главная
• ☠

Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.

Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.

Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?

SparkFun Фотон RedBoard

В наличии DEV-13321

41,95 $

12

Избранное Любимый 34

Список желаний

МИКРОЭ ATA6571 Нажмите

Нет в наличии DEV-19322

22,95 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

Модуль камеры Arducam V3 с автофокусом

Осталось всего 12! SEN-19512

24,95 $

Избранное Любимый 4

Список желаний

NFC-метка MIKROE 2 Click

Нет в наличии WRL-20291

11,95 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

Щит для игры на уровне

29 мая 2020 г.

Доступны новые версии некоторых из наших самых популярных экранов Qwiic, а также новый шлюз Raspberry Pi LoRa!

Избранное Любимый 0

Машины, которые управляют SparkFun

9 февраля 2023 г.

Зак Фридман рассказывает, как делаются доски для SparkFun

Избранное Любимый 0

Советы по устранению неполадок SparkFun

19 октября 2017 г.

Не работает должным образом? В этом руководстве мы рассмотрим несколько общих советов по устранению неполадок и возможных решений, которые часто приходят в службу технической поддержки SparkFun.

Избранное Любимый 7

• Электроника SparkFun®
• 6333 Dry Creek Parkway, Niwot, Colorado 80503
• Настольный сайт

• Ваш счет
• Авторизоваться
• регистр

Что внутри литий-ионной батареи?

Литий-ионные аккумуляторы сегодня повсюду. Они в вашем телефоне, вашем компьютере и, возможно, даже в вашей машине или доме на колесах. Но что такое ?0102 литий-ионный аккумулятор? Кроме того, что такое внутри литий-ионной батареи, которая позволяет им питать вашу электронику? Давайте взглянем!

Что такое литий-ионный аккумулятор?

Литий-ионные батареи используют ионы лития для создания электрического потенциала между положительной и отрицательной сторонами батареи. Тонкий слой изолирующего материала, называемый «сепаратором», расположен между двумя сторонами батареи и позволяет ионам лития проходить, блокируя электроны.

Пока аккумулятор заряжается, ионы лития проходят через сепаратор с положительной стороны на отрицательную. Пока аккумулятор разряжается, ионы движутся в противоположном направлении.

Движение ионов лития вызывает разность электрических потенциалов, называемую «напряжением». Когда вы подключаете свои электронные устройства к батарее, электроны (не литий-ионы) проходят через ваше устройство и питают его.

Литий-ионный аккумулятор по сравнению с. Литий-ионный элемент

Несколько литий-ионных элементов, соединенных внутри, образуют литий-ионный аккумулятор. Думайте о литий-ионных элементах как о строительных блоках, из которых состоит полноценная батарея.

Напряжение литий-ионного элемента зависит от конкретного типа химического состава. Номинальное выходное напряжение одного литий-железо-фосфатного элемента (тип, используемый в батареях Battle Born) находится в диапазоне от 3,2 до 3,8 вольт. Однако стандартные напряжения для многих литий-ионных аккумуляторов составляют 12, 24 и 48 вольт.

При последовательном соединении элементов их напряжения суммируются. Например, при последовательном соединении четырех элементов получится 12-вольтовая батарея. При последовательном соединении восьми элементов получится 24-вольтовая батарея и так далее.

Литий-ионные элементы также можно подключать параллельно. Когда вы соединяете элементы батареи (и батареи) параллельно, их емкости складываются. Это означает, что два элемента, подключенных параллельно, прослужат примерно в два раза дольше, чем одиночный элемент.

Что внутри литий-ионной батареи?

Внутри литиевая батарея содержит несколько литий-ионных элементов (соединенных последовательно и параллельно), провода, соединяющие элементы, и систему управления батареями, также известную как BMS.

Система управления батареями контролирует состояние и температуру батареи. В верхней части каждой зарядки BMS также уравновешивает энергию во всех элементах и ​​помогает обеспечить максимальный срок службы и производительность литий-ионного аккумулятора.

Что внутри литий-ионного элемента 

Внутреннее устройство отдельного литий-ионного элемента относительно простое. Есть четыре основных компонента: анод, катод, электролит и сепаратор.

Электроды: анод и катод

Отрицательный электрод в ячейке называется анодом. Положительная сторона называется катодом. Во время зарядки ионы лития перемещаются от катода через сепаратор к аноду. Во время разряда происходит обратное течение.

Наиболее популярным материалом для анода является графит. Обычными материалами для катода являются оксид лития-кобальта, фосфат лития-железа и оксид лития-марганца. Эти разные химические вещества обеспечивают разные преимущества и напряжения.

Что такое электролит для литий-ионных аккумуляторов?

Роль электролита внутри литий-ионного аккумулятора заключается в том, чтобы способствовать переносу положительных ионов лития между анодом и катодом. Наиболее распространенным электролитом внутри литий-ионного аккумулятора является литиевая соль.

Что такое сепаратор?

Между анодом и катодом находится сепаратор. Сепаратор представляет собой тонкий лист материала, который пропускает ионы лития, но не проводит электричество. Он предотвращает электрическое замыкание анода и катода и заставляет электроны проходить через ваше электронное устройство, обеспечивая его питанием.

Сепаратор также играет важную роль в обеспечении безопасности. Если сепаратор становится слишком горячим, поры закрываются и препятствуют прохождению ионов лития. Прекращение переноса ионов отключает аккумуляторную ячейку, что может помочь предотвратить повреждение батареи или возгорание.

Как улучшить литий-ионные батареи

Легко увидеть, как литий-ионные батареи изменили наш мир, поскольку они используются повсеместно. Они служат намного дольше и сохраняют больше энергии, чем любой предыдущий тип батарей. Однако это не означает, что производители не могут улучшать эти аккумуляторы.

Здесь, в Dragonfly Energy, мы собираем литий-ионные аккумуляторы высочайшего качества для хранения энергии, используя обычные элементы. Хотя эта современная технология меняет мир хранения энергии, мы не остановились на достигнутом. Мы активно работаем над следующим поколением литий-ионных технологий.

От работы над твердотельными батареями, которые служат дольше и содержат больше энергии, до революции в производственном процессе, наша команда исследователей и разработчиков смотрит в будущее хранения энергии.