№8 / 2017 / статья 8

Нужны литиевые батарейки? Выбираем Fanso!

Сергей Холуев (КОМПЭЛ)

КОМПЭЛ и компания Fanso Tehnology подписали дистрибьюторское соглашение. Компания производит литий-тионилхлоридные (Li-SOCl2; 3,6 В) и литий-диоксидмарганцевые (Li-MnO2; 3,0 В) батарейки, а также литий-ионные (Li-Ion) суперконденсаторы с повышенными импульсными токами разряда. Производство компании сертифицировано по ISO9001, продукция соответствует требованиям UL, CE, RoHs, UN. Fanso занимает одно из лидирующих положений среди производителей в Китае.

Темп развития рынка мобильных устройств – выше, чем рынка электроники в целом. Это неудивительно, ведь технологии не стоят на месте и позволяют разрабатывать все более миниатюрные приборы. С другой стороны, беспроводные технологии позволяют создавать автономные удаленные узлы, которые могут соединяться в единую систему и работать как единый комплекс. Все это требует бесперебойного автономного питания.

На данный момент наиболее перспективными в плане применения в приложениях, требующих автономного питания, являются литиевые батарейки. Это обусловлено их основными преимуществами:

  • длительностью хранения;
  • длительностью службы;
  • высокой удельной емкостью.

Например, литий-тионилхлоридные элементы бобинной конструкции имеют саморазряд около 1% в год, что позволяет им эффективно отдавать энергию даже спустя 10 лет хранения. По этому показателю батарейки на основе лития не имеют конкурентов. Стоит отметить, что саморазряд литиевых батареек при отрицательных температурах также очень низок, что привлекает разработчиков устройств наружного применения. У литиевых элементов рулонной конструкции саморазряд выше, чем у бобинной. Например, при высокой температуре хранения он может достигать 8…10% в год. Тем не менее этот показатель значительно лучше, чем у батареек на другой химической основе. Для сравнения: саморазряд щелочных (алкалиновых) батареек составляет около 10% в год даже при наилучших условиях хранения. Литиевые батарейки превосходят другие популярные «химии» и по длительности эксплуатации. При импульсных нагрузках и высоких токах они работают гораздо эффективнее элементов на других химических соединениях, и при этом, вследствие высокой плотности энергии, имеют меньшие размеры.

Основанная в 2001 году компания Fanso концентрирует свои усилия на производстве литиевых неперезаряжаемых батареек. Ассортимент производителя представлен литий-тионилхлоридными (3,6 В; Li-SOCl2) и литий диоксид марганцевыми (3,0 В; Li-MnO2) элементами.

Литий-тионилхлоридные (3.6V Li-SOCl2) батарейки

Литий-тионилхлоридные элементы бобинной конструкции (таблица 1) отлично подходят для приложений с небольшим током (несколько миллиампер), требующих периодического потребления энергии в течение очень длительного периода времени.

Таблица 1. Литий-тионилхлоридные элементы Fanso бобинной конструкции

Наименование Типоразмер Габаритные размеры (диаметр х длина), мм Вес, г Номинальное напряжение, В Номинальная емкость/ток, мА·ч/мА Максимальный продолжительный ток разряда, мА Рабочая температура, °С Напряжение на выходе, В
ER14250H 1/2AA 14,5 x 25,2 9 3,6 1200/1,0 25 -55…85 2,0
ER14505H AA 14,5 x 50,5 18 3,6 2700/1,0 50 -55…85 2,0
ER17505 AA 17,0 x 50,5 24 3,6 3600/2,0 100 -55…85 2,0
ER18505H _ 18,5 x 50,5 30 3,6 4100/2,0 100 -55…85 2,0
ER26500H C 26,2 x 50,0 53 3,6 9000/2,0 100 -55…85 2,0
ER261020H CC 26,2 x 102,0 101 3,6 16000/2,0 100 -55…85 2,0
ER34615H D 34,2 x 61,5 103 3,6 20000/2,0 150 -55…85 2,0
ER341245H DD 34,2 x 124,5 200 3,6 36000/10 500 -55…85 2,0

Литий-тионилхлоридные элементы рулонной конструкции (таблица 2) следует применять, если требуется периодическое потребление энергии при повышенном токе. Длительность использования несколько ниже, чем в случае с бобинной конструкцией, так как саморазряд батарейки выше. Дело в том, что в рулонной конструкции площадь соприкосновения анода с электролитом существенно больше, и, соответственно, миграция ионов лития при хранении происходит более активно. Но при этом батарейка способна выдавать гораздо большие значения тока.

Таблица 2. Литий-тионилхлоридные элементы Fanso рулонной конструкции

Наименование Типоразмер Габаритные размеры (диаметр х длина), мм Вес, г Номинальное напряжение, В Номинальная емкость/ток, мА·ч/мА Максимальный продолжительный ток разряда, мА Рабочая температура, °С Напряжение на выходе, В
ER14250M 1/2AA 14,5 x 25,2 10 3,6 750/1,0 200 -55…80 2,0
ER14335M 2/3AA 14,5 x 33,5 13 3,6 1350/2,0 200 -55…80 2,0
ER14505M AA 14,5 x 50,5 19 3,6 2200/3,0 400 -55…80 2,0
ER17335M 2/3A 17,0 x 33,5 19 3,6 1700/3,0 400 -55…80 2,0
ER17505M A 17,0 x 50,5 26 3,6 2800/5,0 1000 -55…80 2,0
ER18505M __ 18,5 x 50,5 30 3,6 3500/5,0 1000 -55…80 2,0
ER26500M C 26,2 x 50,0 57 3,6 6000/10 1500 -55…80 2,0
ER34615M D 34,2 x 61,5 109 3,6 14000/15 1800 -55…85 2,0

Литий-диоксидмарганцевые (3.0V Li-MnO2) батарейки

У батареек на этой химической основе также есть два типа конструкций – бобинная и рулонная. Но в целом отличие этого типа элементов – в том, что они предназначены для приложений, работающих в импульсном режиме, и при этом не обязательно их периодическое использование, так как диоксидмарганцевые батарейки (таблица 3) свободны от эффекта пассивации.

Таблица 3. Литий-диоксидмарганцевые элементы Fanso

Наименование Типоразмер Габаритные размеры (диаметр х длина/д х ш х в), мм Вес, г Номинальное напряжение, В Номинальная емкость/ток, мА·ч/мА Максимальный продолжительный ток разряда, мА Рабочая температура, °С Напряжение на выходе, В
CR14250H 1/2AA 14,5 x 25,2 12 3,0 950 7 -30…60 2,0
CR14505H AA 14,5 x 50,5 23 3,0 2000 15 -30…60 2,0
CR17335H 2/3A 17,0 x 33,5 21 3,0 1800 8 -30…60 2,0
CR17505H AA 17,0 x 50,5 30 3,0 2700 20 -30…60 2,0
CR14250E 1/2AA 14,5 x 25,2 8,5 3,0 650/5 250 -30…60 2,0
CR14505E AA 14,5 x 50,5 17 3,0 1400/5 1000 -30…60 2,0
CR17335E 2/3A 17,0 x 33,5 17 3,0 1350/5 1000 -30…60 2,0
CR17450E AG 17,0 x 45,0 26 3,0 2200/10 1000 -30…60 2,0
CR17505E A 17,0 x 50,5 30 3,0 2400/10 1000 -30…60 2,0
CR26500E C 26,2 x 50,5 55 3,0 5000/10 1000 -30…60 2,0
CR34615E D 34,0 x 61,5 125 3,0 12000/10 2000 -30…60 2,0
CR26500E _ 15,5 x 27,0 13 3,0 850/5 800 -30…60 2,0
CR-P2 _ 35 x 19,5 x 36 42 3,0 1400/10 1000 -30…60 2,0
CR123A _ 17,0 x 34,5 16 3,0 1500/5 1000 -30…60 2,0

Отдельно следует выделить серию батареек CP (рисунок 1). Это батарейки на основе диоксида марганца, имеющие призматическую (плоскую) форму (таблица 4). Такие батарейки очень удобно использовать, если есть ограничение по форме устройства – призма в этом смысле является более эффективной фигурой, чем цилиндр.

Таблица 4. Литий-диоксидмарганцевые элементы Fanso серии CP

Наименование Типоразмер Габаритные размеры (диаметр х длина/д х ш х в), мм Вес, г Номинальное напряжение, В Номинальная емкость/ ток (мА·ч/мА) Максимальный продолжительный ток разряда, мА Рабочая температура, °С Напряжение на выходе, В
CP073040 _ 40,5 x 31,0 x 0,9 1,2 3,0 50/0,03 1 -20…60 1,8
CP502025 _ 25,5 x20,5 x 5,2 4 3,0 400/1,0 30 -20…60 1,8
CP204440 _ 40,5 x 44,5 x 2,2 4,3 3,0 500/1,0 45 -20…60 1,8
CP502425 _ 25,5 x 24,5 x 5,2 5,5 3,0 550/1,0 40 -20…60 1,8
CP203047 _ 47,5 x 35,5 x 2,2 5 3,0 650/1,0 200 -20…60 1,8
CP224147 _ 48,3 x 45,5 x 2,2 6,5 3,0 800/1,0 200 -20…60 1,8
CP502440 _ 40,5 x 24,5 x 5,2 7,8 3,0 1200/1,0 120 -20…60 1,8
CP383047 _ 47,5 x 30,5 x 4,0 9,5 3,0 1350/5,0 400 -20…60 1,8
CP305050 _ 50,5 x 56,5 x 3,2 14 3,0 1000/5,0 500 -20…60 1,8
CP504644 _ 44,5 x 46,5 x 5,2 17 3,0 2300/5,0 1000 -20…60 1,8
CP505050 _ 50,5 x 50,5 x 5,2 23 3,0 3000/10 1200 -20…60 1,8
CP-9V _ 49,5 x 27,3 x 18,0 29 9,0 1200/1,0 120 -20…60 5,4
Рис. 1 Общий вид батареек серии CP

Рис. 1. Общий вид батареек серии CP

Есть в линейке производителя и специальные высокотемпературные элементы. Они представлены как в «таблеточном», так и в цилиндрическом форм-факторе (рисунок 2).

Разнообразие выпускаемых Fanso батареек обеспечивает возможность подобрать из ассортимента идеально подходящий для конкретного применения тип. Так, литий-тионилхлоридные батарейки следует применять в приборах с необходимым ресурсом работы до 12 лет, например, в счетчиках учета ресурсов с постоянным или периодическим потреблением энергии. Литий-диоксидмарганцевые батарейки, напротив, следует выбирать, если потребление энергии – временное, например, элемент служит в качестве резервного питания или возможен длительный режим ожидания (пульты управления, сенсоры, резервное питание микросхем памяти). Серия плоскопрофильных батареек CP идеально подойдет для устройств, имеющих небольшую толщину, где для обычных цилиндров нет места, а таблеточный форм-фактор не обеспечивает достаточное количество энергии.

Рис.2 Высокотемпературные батарейки Fanso

Рис. 2. Высокотемпературные батарейки Fanso

Любой серьезный производитель, планирующий иметь постоянных клиентов, должен обеспечить стабильный уровень качества поставляемой продукции. Следовательно, необходимо иметь соответствующие технологии и оборудование для контроля параметров продукции на всех этапах производства – от закупаемого сырья до контроля качества при проведении упаковочных работ. Для этого у Fanso есть собственная лаборатория (рисунки 3, 4).

Основной характеристикой любой батарейки является ее способность работать в широком диапазоне температур. Батарейка должна удерживать необходимый уровень напряжения в импульсном режиме как при положительной температуре, так и при отрицательной.

Так как литиевые батарейки относятся к 9 классу опасных грузов, то проведение тестов на безопасность является одной из приоритетных задач любого их производителя. Компания Fanso для этих целей проводит собственные испытания на прокол батарейки, падение ее с высоты, crash-тесты и др.

Рис.3 Оборудование Fanso для тестирования элементов при различных температурах

Рис. 3. Оборудование Fanso для тестирования элементов при различных температурах

Рис. 4 Оборудование Fanso для проведение UL-тестов

Рис. 4. Оборудование Fanso для проведение UL-тестов

Дополнительным примером, иллюстрирующим серьезное отношение Fanso к безопасности, является постоянное внедрение технологий, нацеленных на защиту продукции от взрыва. Известно, что литиевые батарейки спирального типа обладают способностью выдавать большую энергию за короткий период времени, в связи с чем такие элементы могут предоставлять опасность при неверной эксплуатации или хранении. Компания Fanso одной из первых внедрила в производственный процесс технологию предотвращения взрыва при избыточном давлении, которое создается в результате бурной химической реакции внутри элемента (например, при коротком замыкании или попытке повторного заряда). Характерная насечка на катоде (отрицательном полюсе) элемента говорит о наличии такой защиты (рисунок 5).

Рис. 5 Насечка на минусовом выводе – знак увеличения безопасности

Рис. 5. Насечка на минусовом выводе – знак увеличения безопасности

Известно, что полезная емкость литиевой батарейки зависит от силы тока, которым ее разряжает нагрузка. Таким образом, максимальную емкость литиевого элемента можно проверить только одним способом – это длительный разряд (в течение нескольких лет) небольшим током. Такие проверки являются обязательными для всех партий товаров, выпускаемых заводом FANSO (рисунок 6).

Для проверки некоторых заявленных технических характеристик в части емкости мы провели своими силами некоторые тесты с образцами бобинной конструкции ER26500H (типоразмер С), ER14505H (типоразмер АА) и спиральной конструкции ER14505M (типоразмер АА).

Подтверждение качества. Тесты и их результаты

Тестирование указанных батареек мы проводили в нормальных условиях и при отрицательной температуре -20°С. При указанной температуре батарейки ER26500H (2 шт.) и ER14505H (2 шт.) разряжали постоянным током под нагрузкой 200 Ом и 3,3 кОм соответственно (ток примерно 17 мА и 1 мА). Результаты, полученные в ходе тестирования при отрицательной температуре, приведены в таблице 5.

Рис. 6 Установка медленного разряда для выявления максимальной емкости элементов

Рис. 6. Установка медленного разряда для выявления максимальной емкости элементов

Тестирование элементов в нормальных условиях осуществлялось в импульсном режиме импульсами длительностью 0,5 секунды один раз в минуту. Каждая батарейка была подключена к нагрузке, обеспечивающей определенный импульс тока. Значение импульса тока, тип батарейки и полученные результаты для этого вида теста приведены в таблице 6.

В указанных таблицах приведено и полученное в ходе эксперимента значение емкости (за исключением случая, где эксперимент еще продолжается). Емкость литиевой батарейки рассчитывается вплоть до момента снижения напряжения на ней до уровня 2 В. В нашем эксперименте мы не смогли точно поймать этот момент, и поэтому в подсчетах присутствует погрешность, также имеется и небольшая погрешность в применяемом нами методе расчета по среднему значению тока. Тем не менее, учитывая это, сравним полученные значения емкости с заявленными производителем (рисунок 7).

а)

а)

б)

б)

Из таблицы 5 видно, что испытываемые образцы в одной и той же части эксперимента показали практически одинаковый результат, что говорит о хорошей повторяемости параметров батареек. Сравнивая полученный результат с графиками, приведенными на рисунке 7 (а и б), мы можем сделать вывод, что батарейки типа ER26500H отработали с существенным запасом (допустимое значение емкости немного менее 5000 мАч), а батарейки типа ER14505H полностью выдали указанную емкость.

Про батарейку типа ER14505M мы можем сказать, используя график рисунка 7 (в), только то, какой должна быть емкость при разряде током 456 мА, но нельзя ничего сказать о токе разряда 840 мА, поскольку график не доходит до нужного нам значения.

в)

в)

Рис. 7. Зависимость емкости от тока разряда при различной температуре

Таблица 5. Тестирование батареек Fanso при отрицательной температуре

Дата/Емкость Тип элемента/Напряжение, В
ER26500H (№1) ER26500H (№2) ER14505H (№1) ER14505H (№2) Температура, °C
17.05.2017 3,45 3,44 3,48 3,48 -20
18.05.2017 3,43 3,42 3,49 3,49 -20
22.05.2017 3,4 3,4 3,5 3,5 -20
24.05.2017 3,36 3,36 3,47 3,47 -20
25.05.2017 3,35 3,35 3,47 3,46 -20
26.05.2017 3,35 3,35 3,47 3,46 -22
2 дня остановка
29.05.2017 3,29 3,3 3,47 3,46 -21
30.05.2017 3,3 3,32 3,46 3,44 -20
31.05.2017 3,28 3,3 3,47 3,46 -19
01.06.2017 3,22 3,23 3,48 3,48 -19
02.06.2017 3,18 3,18 3,47 3,47 -20
05.06.2017 1,82 1,83 3,46 3,46 -20
07.06.2017 3,46 3,46 -20
09.06.2017 3,46 3,46 -20
19.06.2017 3,46 3,45 -20
30.06.2017 3,43 3,43 -22
06.07.2017 3,46 3,45 -20
13.07.2017 3,45 3,44 -19
18.07.2017 3,42 3,4 -21
20.07.2017 3,42 3,42 -21
24.07.2017 3,39 3,35 -22
02.08.2017 3,42 3,17 -19
11.08.2017 2,25 2,98 -20
16.08.2017 2,1 2,88 -20
21.08.2017 1,7 1,2 -20
Емкость мА·ч 6790 6800 2350 2380

При непрерывном токе разряда 456 мА емкость может быть на уровне 1200 мАч. В нашем случае получилось значение 1830 мАч, что существенно больше, и объясняется тем, что нами был выбран импульсный, а не непрерывный режим потребления тока. Разряд импульсным током по сравнению с разрядом непрерывным током (при условии их равенства) для батарейки является менее напряженным, поскольку между импульсами есть время на восстановление.

Таблица 6. Тестирование батареек Fanso в нормальных условиях

Дата/Емкость Напряжение холостого хода/под нагрузкой, В
ER14505H (№1) ER14505H (№2) ER14505М (№1) ER14505М (№2)
Ток (импульс; 0,5 сек/мин), мА
50 88 456 840
18.05.2017 3,68 3,66 3,66 3,66
3,14 3,06 3,14 3,1
25.05.2017 3,62 3,62 3,62 3,62
3,26 3,2 3,14 2,96
29.05.2017 3,64 3,62 3,62 3,6
3,24 3,18 3,12 1,6
07.06.2017 3,64 3,62 3,62
3,14 3,16 2,08
08.06.2017 3,64 3,62 3,62
3,16 3,18 1,56
14.06.2017 3,62 3,62
3,08 3,12
22.06.2017 3,62 3,62
3,04 3,08
30.06.2017 3,62 3,62
3,08 3,2
13.07.2017 3,62 3,62
3,06 3,26
07.08.2017 3,62 3,62
3,04 3,22
21.08.2017 3,62 3,62
2,96 3,2
Тест продолжается Общее время работы
3,6 часа 2,2 часа
Емкость мА·ч 1830 1680

Учитывая полученные результаты, а также принимая во внимание погрешность расчета, можно сделать вывод, что продукция компании Fanso является качественной и с успехом может применяться в устройствах промышленного и коммерческого назначения.

О компании Fanso

Компания Fanso специализируется на производстве первичных литиевых элементов питания (литиевых батареек). Основной продукцией компании являются химические источники тока, выполненные на основе литий-тионилхлоридной (Li-SOCl2; 3,6 В) и литий-диоксидмарганцевой (Li-MnO2; 3,0 В) электрохимических систем. Имеющиеся производственные мощности с современным оборудованием позволяют производить ежегодно до 80 млн. батареек. В штате компании трудятся высококвалифицированные специалисты с более чем 30 л ...читать далее

Наличие на складах
Наименование Наличие Цена
ER14250H/3PF (FANSO) 47 1.9000 $ 114.63 руб. от 264 шт
ER14505H/2PT (FANSO) 50 1.9000 $ 114.63 руб. от 264 шт
ER17505 (EVE) 45 2.9450 $ 177.66 руб. от 168 шт
ER18505H/T (FANSO) 20 3.3250 $ 200.59 руб. от 151 шт
ER26500H/S (FANSO) 10 4.7500 $ 286.55 руб. от 106 шт
ER34615H/S (FANSO) 16 8.5500 $ 515.80 руб. от 59 шт
ER14250M (EEMB) 0
ER14335M (EEMB) 0
ER14505M 3.6V (EEMB) 3 954 2.3845 $ 143.85 руб. от 216 шт
ER17335M (EEMB) 122 2.5365 $ 153.02 руб. от 200 шт