Li-polimerna baterija je najpogostejša baterijska tehnologija, ki jo uporabljamo vsak dan. Toda ali poznate princip delovanja in zgradbo litij-polimernih baterij?
Načelo delovanja in konstrukcija Li-polimernih baterij sta enaka kot pri Li-ionskih baterijah. Te baterije delujejo na principu deinterkalacije in interkalacije litijevih ionov iz materialov pozitivnih elektrod v materiale negativnih elektrod. Najprej si oglejmo postopek proizvodnje li-polimernih baterij.
Celice v obliki sendviča (slika 2) so sestavljene iz grafitne elektrode (negativna), elektrode iz litijevega kovinskega oksida (pozitivna) in ločilne plasti. Litijev kovinski oksid temelji na spojinah manganovega, nikljevega ali kobaltovega oksida ali njihove mešanice.
V določenih celicah z nižjo napetostjo se kot alternativa uporablja železov fosfat v obliki litijevo-železovih fosfatnih celic. Sestava vpliva na lastnosti baterije in se razlikuje glede na proizvajalca in kakovostni razred.
Slika 2. Osnovna konstrukcija litij-ionskih celic. Diagram: © Univerza v Siegenu
Pomembna merila, po katerih se Li-polimerne baterije razlikujejo od drugih vrst celic:
oLi-ionske celice imajo fiksno ohišje iz nerjavečega jekla ali aluminija. Ohišje je običajno cilindrične oblike ('okrogle celice'). Na voljo pa so tudi pravokotne oblike.
Slabosti: relativno visoki stroški orodja za izdelavo ohišja; omejene dimenzije.
Prednosti: robustno, mehansko močno ohišje, zaradi česar je baterijo težko poškodovati. Postopek laserskega varjenja zapre celice.
Li-polimerne celice, znane tudi kot mehke ali vrečkaste celice, imajo tanko in nekoliko "mehko" ohišje - kot vrečka - izdelano iz globoko vlečene aluminijaste folije. Večinoma prizmatično ohišje je mogoče izdelati lažje in ceneje kot trda ohišja Li-ionskih celic. Tudi druge komponente v tankoslojnih folijah (< 100 µm) je mogoče proizvajati množično po razmeroma nizkih stroških.
Celice so lahke, tanke in jih je mogoče izdelati v najrazličnejših oblikah in velikostih. Doseči je mogoče tako velike formate kot višine manj kot 1 mm. Vendar celice zahtevajo skrbno mehansko ravnanje.
Folija ohišja je obojestransko plastificirana. Notranjost: poliolefini, odporni na celične komponente. Zunaj: poliamid, odporen na zunanje vplive. Ta vodoodporen laminat je varjen in obdaja celico, ki jo sestavljajo katoda, anoda in separator.
Kritična točka je bila izvedba deflektorja v območju terase. Dodatna folija, ki je privarjena na deflektor, poveča tesnjenje v tem predelu zvara ‘ohišja’.
o Komplet elektrod: v Li-polimernih baterijah je komplet elektrod sestavljen iz snovi na osnovi ogljika (grafit+aditivi), prilepljene na kovinsko podlago. Katoda je sestavljena iz tridimenzionalnih litiranih kobaltovih oksidov ali mešanih oksidov niklja/mangana/kobalta (NMC), prav tako prilepljenih na kovinsko podlago. Deflektorji so prisotni na obeh elektrodah. Ovita sta okoli jedra skupaj s separatorjem, ki je običajno troslojni poliolefin. Jedro je običajno sestavljeno iz ploščatega zatiča, da se ustvari pravokotno navitje. Navitje se nahaja na dnu folije za vrečko, ki je delno prepognjena in položena čez navitje. Tesnilo se ustvari z varjenjem folije.
o Oblikovanje: Prednost je skoraj neomejen nabor velikosti in formatov zaradi pomanjkanja togega jeklenega ohišja in kompaktne konstrukcije. Zlasti možnost oblikovanja zelo ravnih celic loči tehnologijo Li-polimernih baterij. Takšne baterije so lahko tanjše od 1 mm.
Posledica tega je precejšnja svoboda oblikovanja končnega izdelka. Individualne dimenzije je mogoče realizirati tudi pri majhnih serijah, medtem ko je prostor, rezerviran za baterijo, mogoče izkoristiti v celoti.
o Energijska gostota: energetska gostota teh celic je večja kot pri drugih vrstah. Glede na skupno težo imajo Li-polimerne celice nekoliko višjo energijsko gostoto kot Li-ionske celice. Tako kot litij-ionske baterije jih je mogoče preprosto povezati vzporedno, da omogočijo večje zmogljivosti.
o Samopraznjenje: Nadaljnja prednost LiPo celic je njihova relativno nizka stopnja samopraznjenja.
Kljub temu jih je treba zaščititi pred prenapolnjenostjo, globoko izpraznitvijo in ekstremnimi temperaturami.
o Odobritev: Širjenje Li-polimernih celic na trgu potrjuje prednosti in sprejemljivost te tehnologije. Veliko celic na trgu je certificiranih. Pred uporabo določene celice je treba preveriti, ali ima odobritev in ali ima proizvajalec potrebna orodja za proizvodnjo.
VTC Power Co., ltd， Litij-polimerna baterija ， Li-polimerna baterija ， Li-polimerna baterijska celica ， Li-ionske celice ， Li-polimerne baterije ， litijeva baterija po meri
