Akumulator litowo-polimerowy to najpopularniejsza technologia akumulatorów, z której korzystamy na co dzień. Ale czy znasz zasadę działania i budowę akumulatorów litowo-polimerowych?
Zasada działania i budowa akumulatorów litowo-polimerowych są identyczne jak akumulatorów litowo-jonowych. Baterie te działają na zasadzie deinterkalacji i interkalacji jonów litu z materiałów elektrod dodatnich do materiałów elektrody ujemnej. Przyjrzyjmy się najpierw procesowi produkcji baterii litowo-polimerowych.
Ogniwa kanapkowe (ryc. 2) składają się z elektrody grafitowej (ujemnej), elektrody z tlenku litu i metalu (dodatniej) oraz warstwy oddzielającej. Tlenek litowo-metaliczny opiera się na związkach tlenku manganu, niklu lub kobaltu lub ich mieszaninie.
W niektórych ogniwach o niższym poziomie napięcia alternatywnie stosuje się fosforan żelaza w postaci ogniw Li-Iron Fosforan. Skład wpływa na właściwości akumulatora i różni się w zależności od producenta i klasy jakości.
Rys. 2. Podstawowa konstrukcja ogniw Li-Ion. Schemat: © Uniwersytet w Siegen
Istotne kryteria odróżniające akumulatory litowo-polimerowe od innych typów ogniw:
Ogniwa oLi-ion mają stałą obudowę ze stali nierdzewnej lub aluminium. Obudowa ma zwykle kształt cylindryczny („ogniwa okrągłe”). Dostępne są jednak również kształty prostokątne.
Wady: stosunkowo wysokie koszty narzędzi do produkcji obudów; ograniczone wymiary.
Zalety: solidna, mocna mechanicznie obudowa, przez co akumulator jest trudny do uszkodzenia. Proces spawania laserowego uszczelnia komórki.
Ogniwa litowo-polimerowe, znane również jako ogniwa miękkie lub woreczkowe, mają cienką i nieco „miękką” obudowę – przypominającą woreczek – wykonaną z głęboko tłoczonej folii aluminiowej. W większości pryzmatyczną obudowę można wyprodukować łatwiej i taniej niż twarde obudowy ogniw litowo-jonowych. Pozostałe komponenty w postaci cienkich folii (< 100 µm) mogą być również produkowane masowo przy stosunkowo niskich kosztach.
Ogniwa są lekkie, cienkie i mogą być wykonane w szerokiej gamie kształtów i rozmiarów. Można uzyskać zarówno duże formaty, jak i wysokości poniżej 1 mm. Ogniwa wymagają jednak ostrożnej obsługi mechanicznej.
Folia obudowy pokryta jest obustronnie tworzywem sztucznym. Wewnątrz: poliolefiny odporne na działanie składników ogniwa. Na zewnątrz: poliamid, odporny na działanie środowiska zewnętrznego. Ten wodoodporny laminat jest zespawany i otacza ogniwo zawierające katodę, anodę i separator.
Punktem krytycznym było wykonanie deflektora w rejonie tarasu. Dodatkowa folia przyspawana do deflektora zwiększa szczelność w tym miejscu zgrzewania „obudowy”.
o Zestaw elektrod: W akumulatorach litowo-polimerowych zestaw elektrod składa się z substancji na bazie węgla (grafit + dodatki) naklejonej na podłoże metalowe. Katoda składa się z trójwymiarowych, litowanych tlenków kobaltu lub mieszanych tlenków niklu/manganu/kobaltu (NMC), również naklejonych na podłoże metaliczne. Na obu elektrodach znajdują się deflektory. Nawinięte są wokół rdzenia wraz z separatorem, zwykle z trójwarstwowej poliolefiny. Rdzeń zazwyczaj składa się z płaskiego kołka w celu utworzenia prostokątnego uzwojenia. Uzwojenie znajduje się na dnie folii woreczka, która jest częściowo złożona i nałożona na uzwojenie. Uszczelnienie powstaje poprzez zgrzanie folii.
o Konstrukcja: Zaletą jest niemal nieograniczona gama rozmiarów i formatów dzięki brakowi sztywnej stalowej obudowy i zwartej konstrukcji. W szczególności możliwość projektowania bardzo płaskich ogniw wyróżnia technologię akumulatorów litowo-polimerowych. Takie baterie mogą być cieńsze niż 1 mm.
Skutkuje to znaczną swobodą projektowania produktu końcowego. Indywidualne wymiary można zrealizować nawet w przypadku małych partii, a przestrzeń zarezerwowaną dla akumulatora można wykorzystać w pełni.
o Gęstość energii: Gęstość energii tych ogniw jest wyższa niż innych typów. W stosunku do swojej całkowitej masy ogniwa litowo-polimerowe mają nieco wyższą gęstość energii niż ogniwa litowo-jonowe. Podobnie jak akumulatory litowo-jonowe, można je łatwo łączyć równolegle, aby uzyskać większą pojemność.
o Samorozładowanie: Kolejną zaletą ogniw LiPo jest ich stosunkowo niski stopień samorozładowania.
Niemniej jednak należy je chronić przed przeładowaniem, głębokim rozładowaniem i ekstremalnymi temperaturami.
o Zatwierdzenie: Powszechność ogniw litowo-polimerowych na rynku potwierdza zalety i akceptację tej technologii. Wiele ogniw dostępnych na rynku posiada certyfikaty. Przed użyciem konkretnego ogniwa należy sprawdzić czy posiada ono atest i czy producent posiada narzędzia potrzebne do produkcji
VTC Power Co., Ltd, bateria litowo-polimerowa, bateria litowo-polimerowa, ogniwo baterii litowo-polimerowej, ogniwa litowo-jonowe, baterie litowo-polimerowe, dostosowana bateria litowa
