Perché le batterie agli ioni di litio da 3,8 V sono utilizzate nei dispositivi mobili, anziché le batterie da 3,6 V o 3,7 V?

Ho notato una strana tendenza nelle batterie agli ioni di litio utilizzate in smartphone e tablet: anziché i 3,6 V o 3,7 V per cella tipici della maggior parte delle batterie agli ioni di litio in altri tipi di dispositivi di consumo, usano batterie da 3,8 V che sono caricato con una tensione massima di 4,35 V (questo è il caso sia del mio Nexus 5X che del Nexus 9). In almeno un caso (la batteria LG G5 ), la batteria ha una tensione nominale di 3,85 V ed è caricata a 4,4 V.

Cosa sono queste celle agli ioni di litio ad alta tensione? Posso capire che la tensione più alta si traduce in una maggiore energia complessiva, ma perché perseguire una tensione più alta invece che solo una maggiore capacità (come si fa con 18650 celle)? C'è un inconveniente nell'uso di questo tipo di batteria?

Una discussione in chat che inizia qui suggerisce che questa tensione più elevata è specifica per le batterie al litio e non si applica alle celle cilindriche come 18650 o alle celle prismatiche come quelle utilizzate nelle batterie compatte per fotocamere. È davvero così?

— bwDraco
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Forse miglioramenti nella costruzione e / o chimica che lo consentono? Una maggiore tensione nello stato di carica si traduce in maggiori forze meccaniche interne nelle batterie Li-po, credo.

— user2943160

Non sono sicuro che possiamo fornire una risposta esatta alla tua domanda. Questi dettagli sono a livello di produzione e poiché processo e materiali migliorano, la tensione più elevata è un effetto collaterale naturale. I dettagli sono proprietari e protetti da copyright, quindi anche Wikipedia non è in grado di offrire aiuto.

— Sparky256

@ Sparky256: Non sto necessariamente cercando informazioni sulla chimica sottostante. Sto cercando informazioni sui motivi pratici per preferire questo tipo di chimica nei dispositivi mobili e i compromessi coinvolti.

— bwDraco,

@bwDraco. È una chimica raffinata, non una nuova chimica, o il cambiamento di tensione sarebbe più drammatico di un decimo di volt. I produttori di batterie proteggono questi dettagli di processo. Non vengono resi pubblici, in quanto 15 minuti di ricerca non hanno prodotto risultati. È come chiedere come i condensatori sono più piccoli ma con capacità superiore o uguale. Si tratta di un processo di fabbricazione migliore e materiali più puri.

— Sparky256

Immagino che se lasciano la tensione uguale, possono solo aumentare la capacità rendendo le celle più grandi / più spesse rispetto ad alcuni voodoo chimici che hanno trovato per aumentare la tensione e aumentare la capacità complessiva senza aumentare le dimensioni fisiche.

— Vince Patron,

Risposte:

Così ho fatto alcune ricerche e ho scoperto che c'è un recente progresso nella tecnologia delle batterie che consente alle celle LiPo, utilizzate sia in dispositivi mobili che in applicazioni per hobby / RC, di funzionare a tensioni più elevate. Nello specifico, nell'anodo viene utilizzato un additivo silicio-grafene per proteggere dalla corrosione a tensioni più elevate, consentendo loro di essere caricati a 4,35 V o addirittura a 4,4 V. Ciò comporta una densità energetica leggermente superiore, ma caricare la batteria a tensioni più elevate può ridurne la durata.

L'elevato consumo di energia dei dispositivi mobili significa che un'alta densità di energia è più importante di qualsiasi altra caratteristica. Ciò significa che una durata ridotta è un compromesso accettabile; poiché il consumatore tipico sostituisce il proprio smartphone ogni due anni, la durata non è un requisito fondamentale.

In sostanza, la tensione più alta è solo un'altra strada per aumentare la densità energetica complessiva.

— bwDraco
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+1 per un bel riassunto di tutti i commenti sopra e buona intuizione.

— Sparky256

In pratica, imbrogliano sovraccaricandoli. Ecco perché muoiono più velocemente. Posso andare a 4,4 V con qualsiasi cella agli ioni di litio ma non durerà quanto al solito.

— Overmind

@Overmind, no, non "barano". Questa risposta afferma specificamente che i progressi della tecnologia permettono che ciò avvenga. Le moderne celle da 4,35 V hanno lo stesso o più elevato numero di cicli di carica-scarica, il che è garantito da test di ricerca, caratterizzazione e produzione.

— Ale..chenski,

Sì, barano. Caricali solo su 4.2 e vedrai miglioramenti molto significativi nella durata della batteria. Posso OC qualsiasi cella 18650 a 4,35 e funziona bene, ma finirà con una durata della vita significativamente più breve. È testato e testato per le celle LG, Samsung, Sony e Sanyo / Panasonic.

— Overmind

@Overmind: No. C'è un vero cambiamento nella chimica delle cellule che lo consente. Per le celle normali, 4,35 V non è sicuro da caricare su base regolare ed è sostanzialmente il margine di sicurezza. Per le nuove celle, 4,35 V è una tensione sicura, anche se la carica a tale tensione accelera il degrado delle celle. È una questione di sfogo cellulare / rischio di incendio più di ogni altra cosa; la chimica migliorata mitiga questo rischio e consente tensioni più elevate.

— bwDraco,

-2

questo numero 3,6-3,7-3,8 V è la tensione nominale della cella durante la sua scarica. esempio: una batteria si carica completamente da 4,2 V per svuotare 3,0 V a una frequenza lineare, avrà una tensione nominale di 3,6 V. Una seconda batteria passa da 4,3 V a 3,3 V vuoti avrà una tensione nominale di 3,8 V.

se il dispositivo utilizza 3 Watt di potenza, la batteria dovrà erogare 714 mA a 4,2 V, ma quando è quasi scarica a 3,0 V la batteria deve erogare 1000 mA. la capacità della batteria di (esempio =>) 1500mAh si esaurirà più velocemente. La seconda batteria fornirà 697 mA a 4,3 V fino a 909 mA a 3,3 V quando è quasi scarica.

una batteria da 3,8 V 1500 mAh funzionerà più a lungo di una batteria da 3,6 V 1500 mAh. una tensione di scarica più costante è migliore di una capacità maggiore di una batteria. il più importante per il tuo dispositivo è il tasso di Wh.

3,8 V x 1800 mAh = 6,8 Wh

3,6 V x 1900 mAh = 6,8 Wh

Un dispositivo che utilizza 1W funzionerà 6,8 ore con entrambe le batterie

— andy
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