Warum werden in Mobilgeräten 3,8-V-Lithium-Ionen-Batterien anstelle von 3,6-V- oder 3,7-V-Batterien verwendet?

Ich habe einen merkwürdigen Trend bei den in Smartphones und Tablets verwendeten Lithium-Ionen-Batterien festgestellt: Anstelle der für die meisten Li-Ionen-Batterien in anderen Arten von Verbrauchergeräten typischen 3,6 V oder 3,7 V pro Zelle werden 3,8 V-Batterien verwendet auf eine maximale Spannung von 4,35 V aufgeladen (dies ist sowohl bei meinem Nexus 5X als auch bei meinem Nexus 9 der Fall). In mindestens einem Fall (dem LG G5-Akku ) hat der Akku eine Nennspannung von 3,85 V und wird auf 4,4 V aufgeladen.

Was ist mit diesen Hochspannungs-Li-Ionen-Zellen? Ich kann verstehen, dass die höhere Spannung zu mehr Gesamtenergie führt, aber warum sollte man eine höhere Spannung anstelle einer nur höheren Kapazität anstreben (wie dies bei 18650-Zellen der Fall ist)? Gibt es einen Nachteil bei der Verwendung dieses Batterietyps?

Eine hier beginnende Chat-Diskussion legt nahe, dass diese höhere Spannung spezifisch für Li-Poly-Batterien ist und nicht für zylindrische Zellen wie 18650 oder prismatische Zellen wie die in Kompaktkamerabatterien verwendeten gilt. Ist das tatsächlich der Fall?

— bwDraco
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Möglicherweise Verbesserungen in Konstruktion und / oder Chemie, die dies ermöglichen? Eine höhere Spannung im geladenen Zustand führt meiner Meinung nach zu höheren inneren mechanischen Kräften in Li-Po-Batterien.

— user2943160

Ich bin nicht sicher, ob wir Ihre Frage genau beantworten können. Diese Details befinden sich auf der Herstellungsebene und wenn sich Prozess und Materialien verbessern, ist die höhere Spannung ein natürlicher Nebeneffekt. Die feinen Details sind urheberrechtlich geschützt und urheberrechtlich geschützt, sodass selbst Wikipedia wahrscheinlich keine Hilfe bietet.

— Sparky256

@ Sparky256: Ich suche nicht unbedingt nach Informationen über die zugrunde liegende Chemie. Ich suche nach Informationen über die praktischen Gründe für die Bevorzugung dieser Art von Chemie in mobilen Geräten und die damit verbundenen Kompromisse.

— bwDraco

@bwDraco. Es ist eine verfeinerte Chemie, keine neue Chemie, oder die Spannungsänderung wäre dramatischer als Zehntel Volt. Die Batteriehersteller schützen diese Prozessdetails. Sie werden nicht veröffentlicht, da 15 Minuten Suche keine Ergebnisse erbracht haben. Es ist wie zu fragen, wie Kondensatoren kleiner sind, aber eine höhere oder die gleiche Kapazität haben. Es geht um einen besseren Herstellungsprozess und reinere Materialien.

— Sparky256

Ich gehe davon aus, dass sie, wenn sie die Spannung gleich lassen, die Kapazität nur erhöhen können, indem sie die Zellen größer / dicker machen als einige chemische Voodoos, bei denen festgestellt wurde, dass sie die Spannung erhöhen und die Gesamtkapazität erhöhen, ohne die physikalische Größe zu erhöhen.

— Vince Patron

Antworten:

Daher habe ich einige Nachforschungen angestellt und festgestellt, dass es in jüngster Zeit Fortschritte in der Batterietechnologie gibt, mit denen LiPo-Zellen, die sowohl in Mobilgeräten als auch in Hobby- / RC-Anwendungen verwendet werden, bei höheren Spannungen betrieben werden können. Insbesondere wird in der Anode ein Silizium-Graphen-Additiv verwendet, um bei höheren Spannungen vor Korrosion zu schützen und diese auf 4,35 V oder sogar 4,4 V aufzuladen. Dies führt zu einer etwas höheren Energiedichte, aber das Laden des Akkus auf höhere Spannungen kann die Lebensdauer verkürzen.

Aufgrund des hohen Stromverbrauchs mobiler Geräte ist eine hohe Energiedichte wichtiger als jedes andere Merkmal. Dies bedeutet, dass eine verkürzte Lebensdauer ein akzeptabler Kompromiss ist. Da der typische Verbraucher sein Smartphone alle zwei Jahre austauscht, ist die Lebensdauer keine wesentliche Anforderung.

Im Wesentlichen ist die höhere Spannung nur ein weiterer Weg zur Erhöhung der Gesamtenergiedichte.

— bwDraco
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+1 für eine schöne Zusammenfassung aller oben genannten Kommentare und eine gute Intuition.

— Sparky256

Praktisch betrügen sie, indem sie sie überladen. Deshalb sterben sie schneller. Ich kann mit jeder Li-Ion-Zelle 4,4 V erreichen, aber es hält nicht so lange wie gewöhnlich.

— Overmind

@ Overmind, nein, sie "betrügen" nicht. Diese Antwort besagt ausdrücklich, dass Fortschritte in der Technologie dies ermöglichen. Moderne 4,35-V-Zellen haben die gleiche oder eine höhere Anzahl von Lade- / Entladezyklen, was durch Forschung, Charakterisierung und Produktionstests garantiert wird.

— Ale..chenski

Ja, sie betrügen. Wenn Sie sie nur auf 4.2 aufladen, werden Sie eine erhebliche Verbesserung der Akkulaufzeit feststellen. Ich kann jede 18650-Zelle auf 4,35 OC und es funktioniert gut, aber es wird mit einer deutlich kürzeren Lebensdauer enden. Es ist für LG-, Samsung-, Sony- und Sanyo / Panasonic-Zellen bewährt und getestet.

— Overmind

@Overmind: Nein. Es gibt eine tatsächliche Änderung in der Zellchemie, die dies ermöglicht. Bei normalen Zellen ist es nicht sicher, 4,35 V regelmäßig aufzuladen, und dies ist im Grunde die Sicherheitsmarge. Für die neuen Zellen, 4,35V ist eine sichere Spannung, auch wenn auf diese Ladespannung Zellabbau beschleunigt. Es geht vor allem um die Entlüftung / das Brandrisiko von Zellen. Die verbesserte Chemie verringert dieses Risiko und ermöglicht höhere Spannungen.

— bwDraco

-2

Diese Zahl 3,6-3,7-3,8 V ist die Nennspannung der Zelle während ihrer Entladung. Beispiel: Eine Batterie ist mit 4,2 V voll, um 3,0 V mit einer linearen Rate zu leeren. Sie hat eine Nennspannung von 3,6 V. Eine zweite Batterie geht von 4,3 V voll bis 3,3 V leer und hat eine Nennspannung von 3,8 V.

Wenn Ihr Gerät 3 Watt Leistung verbraucht, muss der Akku 714 mA bei 4,2 V liefern. Wenn er bei 3,0 V fast leer ist, muss der Akku 1000 mA liefern. Die Batteriekapazität von (Beispiel =>) 1500mAh ist schneller leer. Die zweite Batterie liefert 697 mA bei 4,3 V bis zu 909 mA bei 3,3 V, wenn sie fast leer ist.

Eine 3,8-V-1500-mAh-Batterie arbeitet länger als eine 3,6-V-1500-mAh-Batterie. Eine gleichmäßigere Entladespannung ist besser als eine größere Kapazität einer Batterie. Das wichtigste für Ihr Gerät ist die Wh-Rate.

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

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

Ein Gerät mit 1 W arbeitet 6,8 Stunden mit beiden Batterien

— Andy
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