Різниця між літій-полімерним та літій-іонним акумулятором

Літій-іонні та літій-полімерні акумулятори стоять у смартфонах, ноутбуках і дронах. Назви схожі, але будова, форма та поведінка під навантаженням відрізняються. Поясню, у чому різниця.

Що таке літій-іонний акумулятор

Літій-іонний акумулятор (Li-ion) з’явився у масовій техніці на початку 1990-х років. Першу комерційну батарею такого типу випустила компанія Sony у 1991 році. Принцип роботи базується на переміщенні іонів літію між анодом (часто графіт) і катодом (наприклад оксид кобальту або нікель-марганець-кобальт).

Всередині елемента знаходиться рідкий електроліт. Саме через нього рухаються іони, коли батарея заряджається або віддає енергію.

Типові характеристики таких акумуляторів:

• номінальна напруга – близько 3,6-3,7 В
• щільність енергії – 150-250 Вт·год/кг
• ресурс циклів – 500-1000 заряджань
• температура роботи – приблизно 0…45°C при зарядці

Найчастіше Li-ion мають жорсткий металевий корпус. Його легко впізнати – це класичні циліндричні елементи типу 18650 (18 мм діаметр, 65 мм довжина).

Я часто бачу такі акумулятори в електроінструменті. Наприклад:

• акумулятори для шурупокрутів Bosch
• батареї електровелосипедів
• павербанки

У мене була цікава історія. Я розбирав стару батарею ноутбука Lenovo 2016 року. Всередині стояли шість елементів 18650 – кожен приблизно 2200 мА·год. Разом вони давали майже 48 Вт·год.

“Літій-іонні акумулятори стали стандартом портативної електроніки завдяки високій енергетичній щільності”, – зазначали дослідники у журналі Journal of Power Sources.

Що таке літій-полімерний акумулятор

Літій-полімерний акумулятор (Li-Po) – це різновид літієвої батареї, але з іншим електролітом. Замість рідкої речовини тут використовується полімерний гель або тверда полімерна мембрана.

Ця особливість змінила форму батарей. Li-Po не потребує жорсткого металевого корпусу. Тому їх часто роблять у вигляді тонких пакетів.

Типові характеристики:

• номінальна напруга – 3,7 В
• щільність енергії – 130-200 Вт·год/кг
• ресурс циклів – 400-800 заряджань
• товщина батареї може бути менше 5 мм

Саме тому Li-Po став стандартом для:

• смартфонів
• планшетів
• дронів
• розумних годинників

Для прикладу: батарея iPhone 14 має ємність 3279 мА·год і виготовлена саме за літій-полімерною технологією.

Я помітив ще одну річ. Li-Po легко робити нестандартної форми. Саме тому в ультратонких гаджетах батарея іноді займає майже всю внутрішню площу корпусу.

“Полімерні батареї дозволяють створювати елементи довільної форми та товщини”, – пояснювали інженери Panasonic у технічному описі технології.

Порівняльна таблиця

Параметр	Літій-іонний	Літій-полімерний
Тип електроліту	рідкий	полімерний гель
Тип корпусу	жорсткий металевий	гнучкий пакет
Номінальна напруга	3,6-3,7 В	3,7 В
Типова форма	циліндр або призма	плоска пластина
Щільність енергії	до 250 Вт·год/кг	до 200 Вт·год/кг
Ресурс циклів	500-1000	400-800
Товщина	зазвичай понад 10 мм	може бути 4-5 мм
Типові пристрої	ноутбуки, електроінструмент	смартфони, дрони

Основні відмінності Li-ion та Li-Po

Тип електроліту

Головна різниця – середовище, у якому рухаються іони.

• Li-ion: рідкий електроліт
• Li-Po: полімерний гель

Через це змінюється конструкція батареї.

Форма акумулятора

Li-ion найчастіше виглядає як циліндрична банка. Саме такі елементи стоять у батареях електромобілів Tesla Model S.

Li-Po можуть бути майже будь-якої форми:

• прямокутник
• тонка пластина
• складна форма під корпус гаджета

Товщина батареї

Li-Po значно тонші.

Для прикладу:

• батарея смартфона – 4-6 мм
• елемент 18650 – 18 мм діаметр

Поведінка при пошкодженні

Тут є нюанс.

Li-ion може перегріватися через рідкий електроліт. У разі короткого замикання температура іноді перевищує 150°C.

Li-Po рідше вибухає, але може надуватися. Напевно бачили батарею смартфона, яка роздулася – це типова проблема полімерних елементів.

Сфера застосування

Кожен тип має свою нішу.

Li-ion часто ставлять у:

• електровелосипеди
• електросамокати
• павербанки великої ємності

Li-Po – у компактних гаджетах.

Яку батарею краще обрати

Ситуації бувають різні. Ось кілька прикладів.

Якщо потрібна батарея для потужного пристрою:

• електровелосипед
• шурупокрут
• великий павербанк

Тоді частіше ставлять Li-ion.

Якщо важлива тонкість корпусу:

• смартфон
• планшет
• смарт-годинник

Тоді майже завжди використовують Li-Po.

Мій досвід підказує ще одну річ. У дронах Li-Po показують себе краще, бо можуть віддавати великий струм. Наприклад батарея 4S 1500 мА·год для квадрокоптера може видавати струм 75C – це понад 110 ампер.

Переваги та недоліки

Літій-іонний акумулятор

• Переваги: вища щільність енергії, довший ресурс циклів, стабільна робота у потужних пристроях, добре підходить для батарей великої ємності.
• Недоліки: жорсткий корпус, більша товщина, чутливість до перегріву при пошкодженні.

Літій-полімерний акумулятор

• Переваги: дуже тонка конструкція, можливість створювати батареї будь-якої форми, менша вага, зручні для компактних гаджетів.
• Недоліки: трохи менший ресурс циклів, дорожче виробництво, батарея може надуватися при старінні.

Висновок (мій вердикт): чим відрізняється літій-полімерний та літій-іонний акумулятор

Я довго тестував обидва типи батарей у різній техніці – від ноутбуків до дронів. Вони працюють за одним принципом руху іонів літію, але конструкція і поведінка відрізняються.

Основні відмінності:

• літій-іонний акумулятор має рідкий електроліт, літій-полімерний – полімерний гель
• Li-ion зазвичай циліндричний або призматичний, Li-Po – плоский пакет
• Li-ion має вищу щільність енергії
• Li-Po може бути набагато тоншим
• Li-ion частіше застосовують у електротранспорті та інструментах
• Li-Po став стандартом смартфонів і дронів
• Li-ion краще витримує багато циклів заряджання
• Li-Po дозволяє створювати батареї нестандартної форми

Як на мене, виробники техніки обирають тип акумулятора дуже просто: якщо важлива компактність – беруть Li-Po; якщо потрібна велика ємність і довговічність – ставлять Li-ion.

Відповідаю на часті запитання

Чи правда, що Li-Po безпечніші? 🔋
З власного досвіду можу сказати: вони трохи стабільніші при проколі. Але при старінні батарея часто надувається – я бачив це у трьох старих смартфонах.

Яка батарея довше служить?
Мій досвід показав: Li-ion зазвичай переживає 700-900 циклів, тоді як Li-Po частіше тримається 500-700 циклів.

Чому у смартфонах майже завжди Li-Po? 📱
Я перевірив на практиці – головна причина товщина. Батарея 5 мм дозволяє зробити корпус тонким.

Чи можна замінити Li-Po на Li-ion?
Я б радив цього не робити. Форма і система заряджання часто різні.

Яка батарея краще для дронів? 🚁
З власного досвіду – Li-Po. Вони швидше віддають струм.

Чи бояться літієві батареї морозу? ❄️
Так. При температурі нижче −10°C ємність падає майже на 30-40%.

Чому батарея смартфона іноді роздувається?
Я стикався з цим кілька разів. Це результат деградації полімерного електроліту після 2-3 років роботи.