Lithium polymerové baterie

Na počátku 90. let, kdy průmyslové využití lithium-iontových baterií již nabíralo na síle, byly vyvinuty první lithiové baterie ve formě balíčků - lithium-polymerové baterie (označení „Li-Pol“ nebo „Li-Po“).

Lithiové polymerové baterie se tak staly novější verzí lithium-iontové baterie. Pokud se však kapalný elektrolyt používá v lithium-iontových bateriích, pak v protějšku lithium-polymeru je to již složení polymeru, díky gelové konzistenci. Díky polymerové bázi mají baterie tohoto typu vyšší specifickou energetickou náročnost než ostatní.

Z tohoto důvodu jsou dnes lithium-polymerové baterie zvláště široce implementovány v mnoha mobilních zařízeních, kde je nízká hmotnost nesmírně důležitá (pomůcky, hračky s rádiem atd.)

Typická lithium-polymerová baterie obsahuje ve své konstrukci čtyři hlavní části: kladnou elektrodu (anoda), zápornou elektrodu (katoda), separátor a elektrolyt. Polymer, jako je mikroporézní polyethylen nebo polypropylenový film, může působit jako separátor. Proto, i když je elektrolyt prakticky kapalina, je polymerní složka v baterii vždy přítomna.

Pozitivní elektroda může být dále rozdělena do tří částí: lithium-přechodový materiál (oxid kobaltu lithia nebo oxid manganičitý lithia), vodivá přísada a polymerní pojivo - polyvinylidenfluorid. Pokud jde o zápornou elektrodu, obsahuje také tři části, místo oxidů je na ní přítomen pouze uhlík (grafit).

Princip činnosti lithium-polymerové baterie, stejně jako princip činnosti lithium-iontové baterie, je založen na reverzibilním začlenění (interkalace a dekatulaci) lithiových iontů do materiálu kladných a záporných elektrod, zatímco elektrolyt slouží jako vodivé médium pro lithiové ionty, a zde je potřebný mikroporézní separátor aby se zabránilo protilehlým elektrodám v dotyku.

Separátor tak eliminuje migraci částic samotných elektrod a vede pouze ionty lithia. Ve vybitém stavu je napětí mezi elektrodami v rozmezí od 2,7 do 3 V a v nabitém stavu dosahuje 4,2 V (pro lithium-kobalt oxidovou baterii). Pro fosforečnan lithno-železnatý (typ lithium-iontové baterie) se tyto hodnoty budou lišit - od 1,8 do 2,0 voltů ve vybitém stavu a od 3,6 do 3,8 voltů ve stavu nabití.

Pro každou baterii jsou charakteristické hodnoty provozního napětí uvedeny v dokumentaci, navíc musí být každá baterie vybavena ochranným obvodem, který neumožňuje překročení povoleného napětí. Pokud jsou články spojeny do baterií po sériovém zapojení, je nezbytné, aby existoval vyrovnávací regulátor, který bude udržovat náboj každého článku na přijatelné úrovni.

Lithium-polymerové baterie se tradičně liší od konvenčních lithium-iontových baterií ve flexibilním než pevném rámu. Výsledkem je, že buňka je nejen o 20% lehčí, ale má také obrovskou výhodu, kterou je schopnost vyrábět baterie téměř jakéhokoli požadovaného tvaru (pro notebooky, tablety a jiná mobilní zařízení je to nesmírně důležité). Kromě toho je úroveň samovybíjení lithium-polymerových baterií pouze asi 5% za měsíc.

Nakonec je třeba poznamenat, že počet pracovních cyklů, které u lithium-polymerových baterií dosáhne 900. A při vybíjecích proudech 2C (dvojnásobek jmenovité kapacity) se kapacita domácích baterií tohoto typu snižuje po celou dobu životnosti pouze o 20%.Pro speciální aplikace s atypicky velkými provozními proudy jsou vyvinuty speciální lithium-polymerové baterie, které mohou bezpečně přenášet proudy do zátěže řádově vyšší než jmenovitá hodnota.