Способы восстановления литий-ионных аккумуляторов

Восстановление литиевых аккумуляторов

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы окружают нас повсюду – они в смартфонах, планшетах, фонарях и вообще везде. Неудивительно, что, так или иначе, но периодически они выходят из строя. Давайте попробуем разобраться – насколько эти процессы обратимы и можно ли восстановить вышедший из строя литий-ионный аккумулятор.

Литий-ионный аккумулятор – это электрохимическое устройство, которое способно преобразовывать энергию обратимых химических процессов в электрическую. Эксплуатируется аккумулятор совместно с устройством, которое контролирует процесс заряда и разряда. Контроль этот очень важен, поскольку для того, чтобы литиевый аккумулятор работал долго и качественно, нужно чтобы параметры работы аккумулятора четко соблюдались.

Традиционный рабочий диапазон напряжений одной банки – от 2.7 до 4.2В. При заряде защита аккумулятора прекратит процесс при достижении верхней границы приведенного диапазона. Разряд будет прекращен, когда напряжение достигнет 2.7В. Кроме этого, плата защиты следит за тем, чтобы рабочий ток аккумулятора не был превышен. Это же относится и к литий-полимерным аккумуляторам, которые отличаются от литий-ионных аккумуляторов конструктивно (подробнее о различиях читайте в статье “Литий-полимерный аккумулятор – отличия от литий-ионного”).

Указанные цифры не случайны – перезаряд и переразряд литий-ионного аккумулятора приводит к необратимым процессам, из-за которых, как минимум, ухудшаются параметры аккумулятора, а, как максимум, процессы в банке начнут протекать слишком бурно, что в итоге закончится разрывом батареи.

Вы же не хотите, чтобы так было на вашем столе?

При правильной эксплуатации литий-ионный аккумулятор рассчитан на несколько тысяч циклов заряд-разряд. Но даже если вообще не пользоваться батареей, она сама собой выйдет из строя в течение 2-3 лет. Емкость, рабочие токи, внутреннее сопротивление аккумулятора ухудшаются плавно, но бесповоротно. Другими словами, в аккумуляторе так или иначе, быстрее или медленнее, но проходят необратимые процессы, которые рано или поздно окончательно и бесповоротно выведут аккумулятор из строя. При этом ремонту или восстановлению сама аккумуляторная батарея не подлежит. Проще и правильнее сдать почивший аккумулятор на утилизацию и заменить его новым. Поскольку любые дальнейшие манипуляции с ним могут привести к очень неприятным последствиям.

Но бывают ситуации, когда сама аккумуляторная банка еще жива, а защитная электроника доступ к ней блокирует. Причины блокировки могут быть следующие:

• Короткое замыкание. Если превышен допустимый ток работы аккумулятора, то плата защиты разрывает цепь и не восстанавливает ее, после того как короткое замыкание будет устранено. Естественно, это может случиться и с абсолютно рабочим свежим устройством. Решение простое – защита разблокирует аккумулятор, если его подсоединить к зарядному устройству. Или, на худой конец, к такой же, но заряженной и рабочей батарее.
• Литий-ионный аккумулятор разрядился ниже допустимого предела. При разряде до 2.7В защита блокирует аккумулятор, не давая ему разрядиться еще сильнее. Обычно в таких случаях батарею просто подключают к зарядке. Но если ее оставить в полностью разряженном состоянии на длительный срок времени (месяцы, год), она продолжит неспешно разряжаться сама собой. Напряжение батареи будет снижаться и с какой-то момент защита уже не разблокирует аккумулятор, даже если он будет подключен к зарядному устройству. Вообще-то, это происходит не случайно. При глубоком разряде батареи в ее анодном пространстве могут начать появляться кристаллики металлического лития, а в самом аккумуляторе образоваться металлические мостики между анодом и катодом. Подача зарядного напряжения в этих условиях может привести не к началу зарядки, а к перегреву и взрыву. Поэтому защитная электроника аккумулятора при падении напряжения на нем ниже допустимого пределе, начинает считать, что заряжать его уже может быть опасно и включать его вообще отказывается.

Лучше, конечно, с защитой согласиться. Тем более что, если даже удастся восстановить такой литий-ионный аккумулятор, долго и качественно работать он все равно не сможет (максимум 3-5 циклов заряд/разряд при емкости в 50-70% от начальной). Но если ну очень нужно, то кое-что сделать попробовать можно.

1. Найдите на аккумуляторе дату производства. Не мучайте, оставьте покоиться с миром трупики, которым больше трех-четырех лет.
2. Прикиньте, сколько времени батарея пролежала в разряженном состоянии. Если больше, чем полгода-год, шансов на восстановление почти нет. Кроме того, чем больше прошло времени, тем потенциально опаснее становится процесс восстановления.
3. Посмотрите не внешнее состояние аккумулятора. Однозначно в утиль устройства с явными внешними повреждениями или вздутые батареи!
4. Если еще не пробовали, вставьте аккумулятор в родное устройство (телефон, например) и/или подключить к штатной зарядке. Если пошел заряд – ура!
5. Если нет – продолжаем мучать девайс дальше. Проверьте напряжение на контактах батареи (пока не разбирая ее). Должен быть ноль.
6. Постарайтесь аккуратно отделить плату защиты и измерить напряжение на выводах самой аккумуляторной банки. Если ноль – в утиль. Если где-то в районе 2-2.5В – хорошо, продолжаем дальше.
7. Далее понадобится устройство с регулируемым током заряда. Подключите его выводы непосредственно к выводам батареи, минуя защиту (плюс к плюсу, минус к минусу), установите напряжение 4.2В и ток до 100мА.
8. Включите зарядное устройство. Очень хорошо, если напряжение на батарее начнет расти. Заряжайте до напряжения 3.0-3.2В. Процесс должен занять 10-15 минут. Не оставляйте аккумулятор без внимания все это время, регулярно проверяйте его температуру. И если он начнет существенно греться, тут же прекращайте процесс и прощайтесь с окончательно сдошхим аккумулятором.
9. Если все же аккумулятор наберет нужное напряжение, отключите внешнее зарядное устройство, верните защиту на место и пробуйте заряжать батарею уже через нее – обычным способом (вставьте в телефон, подключите штатную зарядку). Аккумулятор должен ожить и начать заряжаться.

В сети были интересные сообщения о том, что удавалось запустить зарядку литий-ионного аккумулятора после его заморозки. Нужно положить батарею в морозилку на 30-40 минут, достать и сразу вставить в зарядку. Должен начаться заряд. Позаряжать холодный аккумулятор 2-3 минуты, потом дать ему нагреться до комнатной температуры. После чего продолжить зарядку.

У кого-то этот способ действительно работал. Дело, видимо, в том, что переохлаждение как-то отключает защиту и позволяет аккумулятору начать заряжаться напрямую.

Не стоит ожидать от воскресших аккумуляторных батарей много. Длительный срок службы или продолжительный выход за рабочие параметры неминуемо и необратимо разрушает их. Но пережить еще несколько циклов заряд-разряд они, может быть, смогут. Что даст вам время приобрести аккумулятор на замену.

Читайте также статью о том, как использовать литиевые аккумуляторы правильно.

Восстановление литий ионных и литий полимерных аккумуляторов

Литиевые аккумуляторы (Li Ion и LiPo) являются самыми популярными для бытовой техники. В случае неверной эксплуатации возможны сбои в работе и потеря ёмкости. Можно ли вернуть номинальную мощность? Ответы в статье.

Lithium ionic батарея

• Номинальное напряжение 3.6-3,7 в;
• Число разрядов при котором емкость падает до 80% — 600;
• Время заряда – от четверти часа до часа;
• Разряд – 3% в месяц;
• Внутреннее сопротивление 5-15 мОм/А*ч.

Аккумулятор является пожароопасным. Если при заряде подать высокое напряжение он может вспыхнуть, поэтому в него встраивают защиту от повышенного напряжения при восстановлении. Другая опасность — механическое повреждение. При сильном ударе он взрывается и начинает сильно гореть.

Балансировка

Если несколько банок подключены последовательно требуется специальное зарядное устройство имеющее в своем арсенале балансировку ячеек. При последовательном подключении банки заряжаются неравномерно и схема реализует оптимальный алгоритм для их равномерного заряда.

Балансировкой заряда оснащают следующие приборы:

1. Портативные электронные устройства, планшеты, телефоны;
2. Системы альтернативной энергии;
3. Источники бесперебойного питания;
4. Зарядные приборы.

Литиевые аккумуляторы состоят из тонкой “фольги”, смотанной в рулон или гармошку. “Фольга” представляет из себя в разрезе типичную аккумуляторную сборку, она имеет несколько слоёв – катодный слой, электролитный слой и анодный слой.

Из-за высокого риска взрыва в случае перегрева, современные литиевые элементы комплектуются специальной схемой, предотвращающей критический нагрев при подзарядке.

Li-ion аккумуляторы имеют низкое значение саморазряда и большой запас циклов подзарядки. Поэтому они являются наилучшими “кандидатами” для применения в автономных энергетических устройствах.

Литиевые аккумуляторы, предназначенные для использования в ветро-генераторах или солнечных батареях, комплектуются инвертором напряжения (помимо балансировочной микросхемы).

Преимущества и недостатки

• Большая ёмкость;
• Герметичность;
• Сохранение свойств при длительном хранении.

Первое поколение было подвержено взрыву из-за перегрева, в данный эта проблема решена вводом специальной предохранительной схемы и использованием Литий-Ферро-Фосфатной конфигурацией.

Эффект памяти

Наиболее подвержены эффекту памяти следующие типы аккумуляторов: NiMh, NiCd и Серебряно-цинковый.

После изобретения считалось, что литиевые аккумуляторы не имеют эффекта памяти, однако исследования показали, что это не так. Если аккумулятор часто заряжать не до конца, то это со временем приведет возникновению препятствий в протекании химических реакций, что будет проявляется в ограничении ёмкости.

Эффект памяти – нарушения в работе аккумулятора, связанные с тем, что он перестает работать в полную мощность. Выглядит это так, как будто ёмкость его существенно снизилась по сравнению с начальным значением. Данная проблема имеет решение. Если продолжить использование аккумулятора в соответствии с рекомендацией производителя (разряжать его до рекомендуемого уровня и только потом заряжать), то ёмкость восстанавливается. Для устранения проблемы также используют зарядку ассиметричным переменным током.

Lithium polymeric батарея

LiPo аккумулятор – продолжение развитие литий-ионного. Электролитом ему служит полимерная смесь, от чего и произошло название. Данный тип аккумулятора широко применяется в современных бытовых устройствах.

Плюсы:

• Более высокая емкость по сравнению с li-ion (при равных размерах);
• Для LiPo разработана технология тонкого корпуса;
• Нет эффекта памяти;
• Стабильность номинального напряжения в процессе эксплуатации;
• Устойчивость к холоду и умеренному нагреву.

Отрицательные качества у LiPo те же, что и у Li ion – взрывоопасность при зарядке. Проблема полимерной батареи решается с помощью микросхем, контролирующих процесс подзарядки.

Реанимация lithium батарей

Нарушение целостности микросхемы и попытки зарядить литиевый аккумулятор кустарным способом могут привести к перегреву и последующему взрыву элемента!

Рассмотрим два случая восстановление Li ion:

1. Восстановление после глубокого разряда;
2. Восстановление в случае с эффектом памяти.

В случае глубокого разряда контроллер блокирует аккумулятор препятствуя его подзарядке. Народные умельцы отключают контроллер и начинают заряжать его напрямую. Немного подняв напряжение в нем до уровня выше критического (чтобы защитная схема отключила блокировку), к нему вновь присоединяют контроллер и продолжают заряжать уже обычным образом.

Если устройство долго эксплуатируется без полного разряда, это приводит к “эффекту памяти». Например, если ноутбук работает всегда включенным в розетку, то батарея привыкает к этому и перестает выдавать номинальную емкость. Что бы сбросить это “залипание” рекомендуется начать нормальную эксплуатацию – разряжать аккумулятор до требуемых величин, хотя бы периодически.

Некоторые ресурсы утверждают, что эффект памяти для Li Ion – это миф. Другие приводят в качестве доказательства исследования японских и швейцарских специалистов. Кому из них верить – решать вам.

Реанимация батареи портативного устройства

На планшетах как правило используются литиевые аккумуляторы (Li Ion и LiPo), процесс восстановления которых описан в общих чертах в предыдущем разделе.

Для более экономного расхода питания на планшете можно использовать специальное программное обеспечение, которое следит за разрядом. Некоторые приложение для ОС Андроид, которые помогут сохранить заряд планшета:

• Battery Booster Lite;
• GreenPower;
• Battery Doctor.

Срок годности

Литиевые батареи крайне чувствительны к уровню разряда. Разрядка в ноль может оказаться фатальной, поэтому стоит строго соблюдать уровень разряда, предписанный производителем.

Зарядное устройство для литиевых батарей должно быть очень качественного исполнения, так как выход напряжения из допустимого диапазона всего на 4% приведет к подрыву его работоспособности.

Пролежав на складе 2 года литиевый аккумулятор теряет 20% своей мощности, поэтому при приобретении нового аккумулятора стоит обращать внимание на дату изготовления.

Если вы планируете отключить аккумулятор на долгое время, то перед откладыванием его в чулан предпочтительно зарядить его до 40%. Это сохранит его свойства пока он не будет использоваться.

Как восстановить литий ионный аккумулятор для ИБП?

Многие современные приборы содержат в своём составе аккумуляторы. Они позволяют более или менее длительное время функционировать независимо от наличия внешнего источника электропитания.

При сходном на первый взгляд назначении, цель их встраивания в устройства весьма различна.

Задача одних – сгладить последствия временных перебоев с подачей электричества, вторых же – обеспечить автономную работу в течение как можно более длительного времени.

Другими словами, первые защищают от нештатных ситуаций и в идеале бывают задействованы периодически на относительно короткие временные промежутки, работа вторых – штатная ситуация, постоянная в течение длительного времени с перерывами на подзарядку.

Принцип работы аккумуляторов

В общих чертах все электролитические аккумуляторы устроены следующим образом:

Положительный и отрицательный электроды погружены в раствор электролита. Появление свободных электронов связано с проходящими окислительно-восстановительными процессами.

Электрод, окисляющийся под действием электролита, становится положительным (анодом), восстанавливающийся – отрицательным (катодом).

Сходные процессы происходят, как в свинцово-кислотных, так и в литий ионных аккумуляторах. Но в первых окисляются и восстанавливаются электроды из свинца – чистого и диоксида, погруженные в серную кислоту. У вторых устройство более сложное, но для простоты можно считать, что электроды изготовлены из алюминия (анод) и меди (катод).

Процессы окисления и восстановления на электродах аккумуляторов обратимы. Этим объясняется возможность их многократной зарядки. Но, тем не менее, после определённого срока службы или циклов заряда-разряда работоспособность аккумулятора сначала снижается, а в конце и полностью утрачивается.

Как восстановить литий-ионный аккумулятор

После окончания срока эксплуатации и практически полной потери работоспособности источник тока лучше всего утилизировать и заменить новым.

Но иногда по ряду причин возникает необходимость хотя бы частичного его восстановления.

Несмотря на принципиальную схожесть процессов приёмы обращения с аккумуляторами обоих видов различны. Соответственно и возможности возврата способности принимать заряд существенно отличаются.

Некоторые методы, неплохо работающие со свинцово-кислотными, в принципе неприменимы к литий-ионным. Их можно было бы вовсе не упоминать в настоящей статье, посвященной вопросу «Как восстановить литий-ионный аккумулятор?».

Но так как они устанавливаются на автомобили и потому неплохо знакомы большинству мужского населения, будут проведены аналоги между обоими видами с указанием их сходства и различия.

Методы восстановления аккумуляторов

1 Долив дистиллированной воды

В процессе работы из аккумулятора, кроме новых необслуживаемых моделей, испаряется вода. После падения уровня электролита и снижения ёмкости, можно восстановить его долив дистиллированную воду. Этот метод, многократно проверенный на свинцово-кислотных, абсолютно неприменим к литий-ионным аккумуляторам.

2 Десульфатация пластин

В процессе длительной работы катод свинцово-кислотного аккумулятора покрывается слоем сульфата свинца, препятствующего дальнейшему заряду. В ряде случаев удаётся десульфатировать электрод зарядкой пульсирующими малыми токами.

Данный способ можно применить и к литий-ионному аккумулятору, частично вернув ему работоспособность. Но в данном случае правильнее назвать процесс дефосфорацией.

Примечание. В процессе восстановления нельзя оставлять литиевый прибор без присмотра, т. к. при перезаряде он может взорваться. Время восстановления не более 3 минут при восстанавливающем напряжении не выше 3,3 вольта.

3 Замена решёток с активной массой.

Это способ достаточно трудоёмок и требует обеспеченности запасными частями и производственной базой. По затратам он может быть менее выгоден, чем приобретение нового аккумулятора, и применяется только в каких-то особенных случаях.

Способ применим исключительно к свинцово-кислотным аккумуляторам. Для литий-ионных не стоит даже пытаться, если только вы не любитель делать нечто сложное и нерациональное.

Следующие способы связаны с вмешательством в конструкцию литий-ионника. Поэтому ещё раз стоит напомнить, что читать дальше имеет смысл только тем, кто на «ты» с паяльником, эпоксидной смолой и вообще имеет золотые руки.

Способ настолько сложен, что не имеет никакого экономического смысла и его стоит применять, если магазин далеко, а источник напряжения нужен здесь и сейчас.

4 Батарея вспучилась от выделения газов.

Вскрыть аккумулятор. Отсоединить электронный датчик, проткнуть оболочку, не повредив содержимого. Это принципиальный момент. Если им пренебречь, реанимация аккумулятора станет невозможной.

Положить устройство на плоскую поверхность и придавить таким же плоским тяжёлым предметом. Так, чтобы выровнять, но не раздавить. По окончании работ аккуратно заклеить отверстие эпоксидной смолой и припаять электронный датчик.

5 Весьма неоднозначный с инженерной точки зрения способ, тем не менее, применяющийся и дающий положительный результат.

Стоит иметь в виду, что используя его вы принимаете на себя всю полноту ответственности за возможные отрицательные последствия.

Умершую батарейку следует извлечь из устройства, запаковать в полиэтиленовый пакет и положить в морозильное отделение домашнего холодильника примерно на полчаса.

Затем «подмороженный» прибор вставить в телефон или смартфон и поставить на зарядку, примерно на минуту. Затем вынуть его и дать прогреться до температуры комнаты. Потом можно продолжить заряжать в обычном режиме.

6 И, наконец варварский способ, применять который можно, когда все другие, менее жестокие, уже безуспешно испробованы.

Срезать с аккумулятора верхнюю крышку из пластика. Обнаружить главные контактные участки и буквально на миг накоротко замкнуть их любым металлическим предметом.

Приклеить на место срезанную крышку и дать клею высохнуть.

Все применяемые для восстановления литий ионного аккумулятора способы, кроме заряда пульсирующим напряжением, трудоёмки и не дают гарантированного результата. Поэтому применять их следует только в крайнем случае, когда нет возможности купить новое устройство.