Lithium-polymeer batterijen

In de vroege jaren 90, toen het industriële gebruik van lithium-ionbatterijen al in een stroomversnelling kwam, werden de eerste lithiumbatterijen in de vorm van pakketten ontwikkeld: lithium-polymeerbatterijen (benaming "Li-Pol" of "Li-Po").

Aldus zijn lithium-polymeerbatterijen een latere versie geworden lithium-ionbatterijen. Maar als een vloeibare elektrolyt wordt gebruikt in lithium-ionbatterijen, dan is dit in lithium-polymeer-tegenhangers al een polymeersamenstelling, in consistentie is het een gel. Vanwege de polymeerbasis hebben batterijen van dit type een hogere specifieke energie-intensiteit dan andere.

Het is om deze reden dat lithium-polymeerbatterijen tegenwoordig vooral op grote schaal worden geïmplementeerd in veel mobiele apparaten, waar een laag gewicht uiterst belangrijk is (gadgets, speelgoed met afstandsbediening, enz.)

Een typische lithium-polymeerbatterij bevat vier hoofdonderdelen in het ontwerp: een positieve elektrode (anode), een negatieve elektrode (kathode), een scheider en een elektrolyt. Een polymeer zoals een microporeuze polyethyleen- of polypropyleenfilm kan als een separator werken. Daarom is, zelfs als de elektrolyt praktisch een vloeistof is, de polymeercomponent in de batterij altijd aanwezig.

De positieve elektrode kan op zijn beurt worden verdeeld in drie delen: een lithiumovergangsmateriaal (lithiumkobaltoxide of lithiummangaanoxide), een geleidend additief en een polymeerbindmiddel - polyvinylideenfluoride. Wat betreft de negatieve elektrode, deze bevat ook drie delen, alleen koolstof (grafiet) is aanwezig in plaats van oxiden.

Het werkingsprincipe van een lithium-polymeerbatterij, evenals het werkingsprincipe van een lithium-ionbatterij, is gebaseerd op de omkeerbare opname (intercalatie en de -calatie) van lithiumionen in het materiaal van de positieve en negatieve elektroden, terwijl de elektrolyt dient als een geleidend medium voor lithiumionen, en een microporeuze separator is hier nodig om te voorkomen dat de tegengestelde elektroden elkaar raken.

De separator elimineert dus de migratie van deeltjes van de elektroden zelf, en passeert alleen lithiumionen. In de ontladen toestand ligt de spanning tussen de elektroden in het bereik van 2,7 tot 3 volt en in de geladen toestand bereikt deze 4,2 volt (voor een lithium-kobaltoxide batterij). Voor lithiumijzerfosfaat (een type lithium-ionbatterij) zullen deze waarden verschillen - van 1,8 tot 2,0 volt in ontladen toestand en van 3,6 tot 3,8 volt in opgeladen toestand.

Voor elke batterij worden de karakteristieke waarden van de bedrijfsspanningen aangegeven in de documentatie. Bovendien moet elke batterij zijn uitgerust met een beschermingscircuit waardoor de spanning het toegestane bereik niet overschrijdt. Als de cellen worden verzameld in batterijen nadat ze in serie zijn aangesloten, is het noodzakelijk om een ​​balanceringscontroller te hebben die de lading van elke cel op een acceptabel niveau houdt.

Lithium-polymeerbatterijen verschillen traditioneel van conventionele lithium-ionbatterijen in een flexibel in plaats van een star frame. Hierdoor blijkt de cel niet alleen 20% lichter te zijn, maar heeft hij ook een enorm voordeel, namelijk de mogelijkheid om batterijen van vrijwel elke gewenste vorm te produceren (voor laptops, tablets en andere mobiele apparaten is dit uiterst belangrijk). Bovendien is het niveau van zelfontlading van lithium-polymeerbatterijen slechts ongeveer 5% per maand.

Ten slotte moet het aantal werkcycli worden opgemerkt, dat voor lithium-polymeerbatterijen 900 bereikt. En bij ontlaadstromen van 2C (tweemaal de nominale capaciteit), neemt de capaciteit van dit type huishoudelijke batterijen slechts met 20% af gedurende de gehele levensduur.Voor speciale toepassingen, met atypisch grote bedrijfsstromen, zijn speciale lithium-polymeerbatterijen ontwikkeld die stromen veilig naar de belasting kunnen overbrengen in een orde van grootte hoger dan de nominale waarde.