Η μπαταρία Li-Polymer είναι η πιο κοινή τεχνολογία μπαταριών που χρησιμοποιούμε καθημερινά. Γνωρίζετε όμως την αρχή λειτουργίας και κατασκευής των μπαταριών Li-polymer;
Η αρχή λειτουργίας και κατασκευής των μπαταριών Li-polymer είναι πανομοιότυπες με αυτές των μπαταριών Li-ion. Αυτές οι μπαταρίες λειτουργούν με βάση την αρχή της αποσυμπίεσης και παρεμβολής ιόντων λιθίου από υλικά θετικών ηλεκτροδίων σε υλικά αρνητικών ηλεκτροδίων. Ας εξετάσουμε πρώτα τη διαδικασία παραγωγής μπαταριών λιθίου πολυμερούς.
Τα κύτταρα που μοιάζουν με σάντουιτς (Εικ. 2) αποτελούνται από ένα ηλεκτρόδιο γραφίτη (αρνητικό), ένα ηλεκτρόδιο οξειδίου μετάλλου λιθίου (θετικό) και ένα στρώμα διαχωρισμού. Το οξείδιο του μετάλλου λιθίου βασίζεται σε ενώσεις μαγγανίου, νικελίου ή οξειδίου του κοβαλτίου ή σε μείγμα αυτών.
Σε ορισμένα κύτταρα με χαμηλότερο επίπεδο τάσης, ο φωσφορικός σίδηρος χρησιμοποιείται εναλλακτικά με τη μορφή κυψελών φωσφορικού σιδήρου λιθίου. Η σύνθεση επηρεάζει τις ιδιότητες της μπαταρίας και διαφέρει ανάλογα με τον κατασκευαστή και την ποιότητα.
Εικ. 2. Βασική κατασκευή κυττάρων Li-ion. Διάγραμμα: © University of Siegen
Σημαντικά κριτήρια που διακρίνουν τις μπαταρίες Li-polymer από άλλους τύπους στοιχείων:
Οι κυψέλες ιόντων oLi έχουν σταθερό περίβλημα από ανοξείδωτο χάλυβα ή αλουμίνιο. Το περίβλημα έχει συνήθως κυλινδρική μορφή («στρογγυλά κελιά»). Ωστόσο, υπάρχουν και ορθογώνια σχήματα.
Μειονεκτήματα: σχετικά υψηλό κόστος εργαλείων για την κατασκευή κατοικιών. περιορισμένες διαστάσεις.
Πλεονεκτήματα: στιβαρό, μηχανικά ισχυρό περίβλημα, καθιστώντας δύσκολη την καταστροφή της μπαταρίας. Μια διαδικασία συγκόλλησης με λέιζερ σφραγίζει τα κύτταρα.
Οι κυψέλες πολυμερούς λιθίου, γνωστές και ως μαλακές κυψέλες ή κυψέλες θήκης, έχουν ένα λεπτό και κάπως «μαλακό» περίβλημα –όπως μια θήκη– κατασκευασμένο από φύλλο αλουμινίου βαθιάς έλξης. Το κυρίως πρισματικό περίβλημα μπορεί να παραχθεί πιο εύκολα και φθηνά από τις σκληρές θήκες των κυττάρων Li-ion. Τα άλλα συστατικά, σε φύλλα λεπτής στρώσης γκοφρέτας (< 100 μm) μπορούν επίσης να παραχθούν μαζικά με σχετικά χαμηλό κόστος.
Οι κυψέλες είναι ελαφριές, λεπτές και μπορούν να κατασκευαστούν σε μεγάλη γκάμα σχημάτων και μεγεθών. Μπορούν να επιτευχθούν τόσο μεγάλες μορφές όσο και ύψη μικρότερα από 1 mm. Ωστόσο, τα κύτταρα απαιτούν προσεκτικό μηχανικό χειρισμό.
Το φύλλο περιβλήματος είναι επικαλυμμένο και στις δύο πλευρές με πλαστικό. Εσωτερικά: πολυολεφίνες, ανθεκτικές στα κυτταρικά συστατικά. Εξωτερικά: πολυαμίδιο, ανθεκτικό στο εξωτερικό περιβάλλον. Αυτό το αδιάβροχο έλασμα συγκολλάται και περιβάλλει την κυψέλη που περιλαμβάνει κάθοδο, άνοδο και διαχωριστή.
Η εκτέλεση του εκτροπέα στον χώρο της ταράτσας ήταν ένα κρίσιμο σημείο. Ένα επιπλέον φύλλο που συγκολλάται στον εκτροπέα αυξάνει τη στεγανοποίηση σε αυτήν την περιοχή της συγκόλλησης του «περιβλήματος».
o Σετ ηλεκτροδίων: Στις μπαταρίες πολυμερούς λιθίου το σετ ηλεκτροδίων περιλαμβάνει μια ουσία με βάση τον άνθρακα (γραφίτης+πρόσθετα) επικολλημένη σε μεταλλικό υπόστρωμα. Η κάθοδος αποτελείται από τρισδιάστατα, λιθιωμένα οξείδια κοβαλτίου ή μικτά οξείδια νικελίου/μαγγανίου/κοβαλτίου (NMC), επικολλημένα επίσης σε μεταλλικό υπόστρωμα. Εκτροπείς υπάρχουν και στα δύο ηλεκτρόδια. Τυλίγονται γύρω από τον πυρήνα μαζί με τον διαχωριστή, συνήθως μια πολυολεφίνη τριών στρωμάτων. Ο πυρήνας αποτελείται γενικά από έναν επίπεδο πείρο για τη δημιουργία της ορθογώνιας περιέλιξης. Η περιέλιξη κάθεται στο κάτω μέρος του φύλλου θήκης, το οποίο είναι εν μέρει διπλωμένο και τοποθετημένο πάνω από την περιέλιξη. Η σφράγιση δημιουργείται με συγκόλληση του φύλλου.
o Σχεδιασμός: Ένα πλεονέκτημα είναι η σχεδόν απεριόριστη γκάμα μεγεθών και μορφών χάρη στην έλλειψη άκαμπτου χαλύβδινου περιβλήματος και της συμπαγούς κατασκευής. Συγκεκριμένα, η δυνατότητα σχεδιασμού πολύ επίπεδων κυψελών ξεχωρίζει την τεχνολογία μπαταριών Li-polymer. Τέτοιες μπαταρίες μπορεί να είναι πιο λεπτές από 1 mm.
Αυτό έχει ως αποτέλεσμα σημαντική ελευθερία σχεδιασμού για το τελικό προϊόν. Οι μεμονωμένες διαστάσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν ακόμη και για μικρά μεγέθη παρτίδων, ενώ ο χώρος που προορίζεται για την μπαταρία μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο μέγιστο των δυνατοτήτων του.
o Ενεργειακή πυκνότητα: Η ενεργειακή πυκνότητα αυτών των κυττάρων είναι μεγαλύτερη από αυτή άλλων τύπων. Σε σχέση με το συνολικό τους βάρος, τα κύτταρα Li-polymer έχουν ελαφρώς υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από τα κύτταρα Li-ion. Όπως και οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, μπορούν εύκολα να συνδεθούν παράλληλα για να επιτρέψουν μεγαλύτερη χωρητικότητα.
o Αυτοεκφόρτιση: Ένα επιπλέον πλεονέκτημα των κυττάρων LiPo είναι ο σχετικά χαμηλός ρυθμός αυτοεκφόρτισης.
Θα πρέπει ωστόσο να προστατεύονται από υπερφόρτιση, βαθιά εκφόρτιση και ακραίες θερμοκρασίες.
o Έγκριση: Η εξάπλωση των κυττάρων Li-polymer στην αγορά επιβεβαιώνει τα πλεονεκτήματα και την αποδοχή αυτής της τεχνολογίας. Πολλά από τα κύτταρα που κυκλοφορούν στην αγορά είναι πιστοποιημένα. Πριν χρησιμοποιηθεί ένα συγκεκριμένο στοιχείο, θα πρέπει να επαληθευτεί εάν έχει έγκριση και εάν ο κατασκευαστής διαθέτει τα εργαλεία που απαιτούνται για την παραγωγή
VTC Power Co., ltd, μπαταρία πολυμερούς λιθίου, μπαταρία λιθίου, κυψέλη μπαταρίας πολυμερούς λιθίου, στοιχεία ιόντων λιθίου, μπαταρίες πολυμερούς λιθίου, προσαρμοσμένη μπαταρία λιθίου
