Lithium-polymeer batterijen

De constante ontwikkeling van technologie heeft een gunstige invloed op vele aspecten van het leven van mensen. De behoefte aan krachtige voedingen met een goede verhouding tussen veiligheid, kosten en prestaties heeft geleid tot het ontstaan ​​van lithium-polymeerelementen.

Wat is een lithium-polymeerbatterij

Li-polymeerbatterijen zijn galvanische voedingen die met lithium verzadigde polymeermaterialen als elektrolyt gebruiken.

Lithium-polymeertechnologie is een nieuwe fase in de ontwikkeling van lithium-ionenstroombronnen geworden, waardoor de kosten van hun productie zijn verlaagd en de creatie van miniatuur- en flexibele batterijen mogelijk is geworden.

Wanneer u dergelijke batterijen koopt en gebruikt, moet u de markeringen begrijpen die erop zijn aangebracht, met de volgende kenmerken:

• batterijcapaciteit wordt aangegeven in mAh;
• het cijfer naast de Engelse letter S in de markering geeft het aantal afzonderlijke elementen (blikken) in de batterij aan, die elk een nominale spanning van 3,7 volt en een maximum van 4,2 volt hebben;
• het getal naast de letter C geeft de maximale stroomuitgang in eenheden van C aan. De maximale ontlaadstroom in milliampère per uur is gelijk aan de batterijcapaciteit vermenigvuldigd met deze waarde;
• het cijfer naast de letter P geeft het aantal parallel aangesloten blikjes aan. Bij gebruik van een blikje wordt deze waarde meestal niet aangegeven.

De aanduiding 2600 mAh 3S 20C betekent dus een 2600 mAh Li-polymeerbatterij met een nominale spanning van 11,1 volt (maximaal 12,6 volt), met drie in serie geschakelde banken en een toelaatbare ontlaadstroom van 52 ampère (2600x20 = 52000 mA).

Hoe is de productie van lithium-polymeerbatterijen

Bij de productie van Li-polymeer-voedingen wordt deze technologie gebruikt:

1. De suspensie wordt op een gecontroleerde manier aangebracht met de actieve materialen van de kathode en anode (twee verschillende processen) op het oppervlak van aluminium- of koperfolie, die fungeert als een stroomcollector.
2. De folie met het aangebrachte materiaal wordt gedroogd, in elementen van de vereiste grootte en vorm gesneden.
3. De bereiding van een polymere elektrolytscheider wordt uitgevoerd, die vervolgens tussen de folielagen wordt geplaatst met de actieve materialen van de kathode en de anode.
4. De meerlagige batterij wordt geassembleerd, verzegeld en gedroogd.
5. Bij gebruik van een polymere scheider die insluitingen van gel-elektrolyt vereist, is deze gevuld met de juiste hoeveelheid elektrolytvloeistof.
6. De installatie van contactpads, verpakking in een beschermende schaal en het afsnijden van de uitstekende delen.
7. Externe batterijpolen zijn geïnstalleerd.
8. Een laad / ontlaad-regelcyclus en testen worden uitgevoerd.
9. Sorteren, sorteren op capaciteit en tekenen van de juiste benamingen worden uitgevoerd.
10. Indien nodig worden draden aan de accupolen gesoldeerd.
11. Kwaliteitscontrole wordt uitgevoerd, de verpakking van de batterijcellen in een behuizing, waarop de nodige markering en verpakking worden aangebracht.

Het werkingsprincipe en de lithium-polymeerbatterij van het apparaat

Het werkingsprincipe van Li pol-batterijen is gebaseerd op het gebruik van een halfgeleidereffect in polymere stoffen met insluitsels van elektrolytionen. De toevoeging van elektrolyt aan polymeren veroorzaakt een toename van hun ionische geleidbaarheid terwijl de isolerende eigenschappen van de kunststof ten opzichte van elektronen behouden blijven.

De elektromotorische kracht met betrekking tot lithiumionen treedt op als gevolg van een omkeerbare chemische reactie tussen de anode (plus) van koolstof (meestal grafiet) en de kathode (min) van kobalt, vanadiumoxide of mangaan, geplaatst in een polymeerelektrolyt met lithiumzouten.

Er zijn drie soorten polymere elektrolyten:

1. Volledig droge polymere elektrolyten, die plastic zijn met toevoeging van lithiumzouten, geven een lage stroom bij kamertemperatuur, onvoldoende voor de meeste moderne apparaten en zijn duurder dan gewone lithium-ionbatterijen.
2. Gelachtige polymeerelektrolyten, die droge polymeerelektrolyten zijn afgewisseld met weekmakers-oplosmiddelen, hebben aanvaardbare indicatoren voor capaciteit, stroomsterkte en kosten en worden meestal in de praktijk gebruikt.
3. Niet-waterige oplossingen van lithiumzouten verdeeld in een microporeuze polymeermatrix door absorptie.

Massaal verkochte Li Po-batterijen zijn eigenlijk hybriden die niet alleen pure droge polymere elektrolyt combineren, maar ook een kleine hoeveelheid gel-elektrolyt, die ook lithium-ionbronnen bevat.

De toevoeging van insluitingen van gel-elektrolyt in een vaste polymeer-elektrolyt verhoogt zijn ionische geleidbaarheid en elektrische eigenschappen, in het bijzonder neemt de bedrijfsstroom toe tot de waarde die nodig is voor de meeste moderne kleine apparaten.

Lithium-polymeerbatterij: voor- en nadelen

Li-polymeer voedingen hebben de volgende voordelen:

• hoge energiedichtheid in verhouding tot hun massa, 4-5 keer hoger dan die van nikkel-cadmium-batterijen, en 3-4 keer hoger dan die van nikkel-metaalhydride krachtbronnen;
• lage zelfontladingsstroom en hoog stroomrendement;
• de mogelijkheid om flexibele en zeer dunne producten te maken;
• gebrek aan geheugeneffect;
• het handhaven van spanning binnen acceptabele grenzen tijdens een werkende ontlading;
• een breed bereik van toegestane temperaturen tijdens bedrijf (van -20 tot +40 graden).

Lithium-polymeerbatterijen hebben enkele nadelen:

• brandgevaar in geval van overladen / oververhitting. Deze batterijen vereisen het gebruik van beschermende elektronica, die de laadstroom en temperatuur bewaakt, evenals een speciaal laadalgoritme;
• het verouderingseffect, wat leidt tot een afname van de capaciteit tijdens langdurige opslag en gebruik (er wordt aangenomen dat de batterij elk jaar tot 20% capaciteit verliest);
• falen tijdens diepe ontlading (minder dan 3 volt);
• angst voor oververhitting boven 60 graden en overladen boven 4,2 volt (bij een spanning boven 4,5 volt is een explosie mogelijk);
• het gebruik van een dunne schaal (meestal in de vorm van folie) in sommige van deze batterijen verlaagt de kosten van Li Pol-cellen, maar vermindert tegelijkertijd hun sterkte.

Waar worden Li Pol-batterijen gebruikt?

Dit type stroombron wordt vanwege zijn lichte gewicht en hoge vermogen veel gebruikt om kleine en grote apparaten van stroom te voorzien, waaronder:

• mobiele telefoons en smartphones;
• radiogestuurde modellen, quadrocopters, microplanes;
• elektrisch gereedschap;
• digitale technologie, ultrabooks;
• elektrische auto's.

Richtlijnen voor het gebruik van Li Pol-batterijen

Om het noodzakelijke veiligheidsniveau te waarborgen en de levensduur van gezonde batterijen te verlengen, moet u zich aan de volgende regels houden:

1. in geval van schade, zwelling van de batterijen, kunnen ze niet worden gebruikt, maar moeten ze worden weggegooid;
2. de batterijen moeten worden opgeladen met een kwaliteitslader onder toezicht, om oververhitting van de batterij te voorkomen. Als er tijdens het opladen een brandende geur, opgeblazen gevoel, ontsteking is, moet u deze onmiddellijk stoppen en de batterij loskoppelen van de lader;
3. het is beter om op te laden op een niet-brandbaar oppervlak, bijvoorbeeld op een keramische tegel of porseleinen plaat, nadat de stroombron volledig is opgeladen, is het beter om het te laten afkoelen en het pas te gebruiken;
4. een ontlading onder 3 volt, oververhitting of overkoeling, die de capaciteit en het totale aantal laad / ontlaadcycli vermindert, is niet toegestaan;
5. de langste levensduur van LiPo-cellen wordt bereikt met behoud van hun ladingniveau op 45%;
6. De beste oplaadmodus voor LiPo-batterijen wordt geleverd door Sony-laders gedurende ongeveer drie uur. Het vindt plaats in drie fasen:
   • Eerst wordt gedurende ongeveer een uur tot 70% opgeladen met een gelijkstroom van 0,5-1 van de stroomuitgang van de batterij tot een spanning van 4,2 volt;
   • Opladen met een duur van 1 uur tot 90% met een spanning van niet meer dan 4,2 volt met een geleidelijk afnemende stroom (tot ongeveer 0,2 van de stroomuitgang);
   • In de derde fase wordt het opladen gedurende een uur tot 100% uitgevoerd met een kleine constant dalende stroom.

Goedkope laders beëindigen de lading in de eerste fase, bij het bereiken van een spanning van 4,2 v, zodat de batterij niet zijn volledige capaciteit bereikt.

• Vermijd schokken op de batterij, kortsluiting of ontlading door zeer hoge stromen, door op te laden boven 4,2 volt per celbatterijelement - al deze oorzaken kunnen brand veroorzaken;
• als er composietbatterijen van meerdere Li Pol-cellen worden gebruikt, is het beter om ze afzonderlijk op te laden of een speciale egalisatielading met balancering voor elke cel te gebruiken. Het werkingsprincipe van een dergelijke inrichting is het stoppen van de lading van afzonderlijke elementen wanneer deze een spanning van ongeveer 4,17 volt bereiken;
• Voordat u nieuwe batterijen in gebruik neemt, is het beter om ze te kalibreren door ze dubbel volledig op te laden en te ontladen.

In sommige Li Pol-batterijen kan een ontlading lager dan 2,5 volt leiden tot metallisatie van lithium, wat leidt tot de vorming van geleidende bruggen in de batterij en kortsluiting. Bij het opladen van een dergelijke batterij vindt ongecontroleerde verwarming plaats, wat kan leiden tot de explosie van een dergelijke stroombron. Daarom zijn batterijen waarin de spanning onder een kritiek niveau van 3 volt is gedaald, beter niet te gebruiken, en als de spanning daalt tot 2,5 volt en lager, moeten ze worden weggegooid.

Hoe lithium-polymeerbatterijen op te slaan

Het is wenselijk om opgeladen LiPo-batterijen in beschermende gevallen bij kamertemperatuur op te slaan terwijl ze worden opgeladen op een niveau van 3,6-3,8 volt.

Voordat u LiPo-cellen opslaat, wordt aanbevolen dat ze tot 40-50% worden opgeladen, losgekoppeld van de apparaten die ze voeden en periodiek, ten minste eenmaal per zes maanden, het oplaadniveau controleren.

Verwijdering van lithium-polymeerbatterijen

Het weggooien van LiPo-voedingen is van bijzonder belang vanwege hun hoge brandgevaar. Ze zijn minder giftig dan nikkel-cadmium-batterijen, maar bevatten nog steeds stoffen die schadelijk zijn voor het milieu.

Om Li-polymeerbatterijen volledig en veilig te verwijderen, moeten de volgende vereisten in acht worden genomen:

• Ontladen batterijen worden in plastic containers met waterzoutoplossing (ongeveer een half glas zout per 1 liter water) ongeveer 2 weken (tot de gasproductie stopt) weggegooid in een niet-residentieel gebouw. Daarna kunnen ze worden weggegooid met gewoon afval;
• Voordat de batterijen worden weggegooid, moeten ze worden ontladen tot ten minste één volt (dit kan worden gedaan met een gloeilamp als lading);
• als de batterijhouder beschadigd is, hoeft deze niet te worden ontladen, maar moet deze worden weggegooid in een waterzoutoplossing;
• als de ontlading wordt geproduceerd door een meer dan toegestane stroom, verbonden met de waarde van de maximale stroomuitgang C, dan moet de batterij zich in een emmer zand bevinden of op een andere plaats met bescherming tegen brand;
• Mechanische vernietiging van niet-verwerkte batterijen in zoutoplossing is niet toegestaan, wat kan leiden tot brand. In dit verband zijn vooral batterijen met een kobaltkathode gevaarlijk.