Baterias de polímero de lítio

O constante desenvolvimento da tecnologia afeta favoravelmente muitos aspectos da vida das pessoas. A necessidade de fontes de energia de alto desempenho com um bom equilíbrio de segurança, custo e desempenho levou à criação de elementos de polímero de lítio.

O que é uma bateria de polímero de lítio

As baterias de polímero de lítio são fontes de energia galvânicas que usam materiais poliméricos saturados de lítio como eletrólito.

A tecnologia de polímero de lítio tornou-se uma nova etapa no desenvolvimento de fontes de energia de íons de lítio, o que reduziu o custo de sua produção e permitiu a criação de baterias em miniatura e flexíveis.

Ao comprar e usar essas baterias, você deve entender as marcações aplicadas a elas, que possuem os seguintes recursos:

• a capacidade da bateria é indicada em mAh;
• o número ao lado da letra inglesa S na marcação indica o número de elementos individuais (latas) na bateria, cada um dos quais com uma tensão nominal de 3,7 volts e um máximo de 4,2 volts;
• o número ao lado da letra C indica a corrente máxima de saída em unidades de C. A corrente máxima de descarga em miliamperes por hora é igual à capacidade da bateria multiplicada por esse valor;
• o número ao lado da letra P indica o número de latas conectadas em paralelo. Ao usar uma lata, esse valor geralmente não é indicado.

Assim, a designação 2600 mAh 3S 20C denota uma bateria de polímero de lítio de 2600 mAh com uma tensão nominal de 11,1 volts (máximo 12,6 volts), com três bancos conectados em série e uma corrente de descarga admissível de 52 amperes (2600x20 = 52000 mA).

Como é a produção de baterias de polímero de lítio

Na fabricação de fontes de alimentação de polímero de lítio, esta tecnologia é usada:

1. A suspensão é aplicada de maneira controlada com os materiais ativos do cátodo e do ânodo (dois processos diferentes) na superfície da folha de alumínio ou cobre, que atua como coletor de corrente.
2. A folha com o material aplicado é seca, cortada em elementos do tamanho e formato necessários.
3. É realizada a preparação de um separador de eletrólitos de polímero, que é então colocado entre as camadas da folha com os materiais ativos do cátodo e do ânodo.
4. A bateria multicamada está sendo montada, selada e seca.
5. Ao usar um separador de polímero que requer inclusões de eletrólito de gel, ele é preenchido com a quantidade certa de líquido de eletrólito.
6. A instalação de pastilhas de contato, embaladas em uma carcaça protetora e aparando suas partes salientes.
7. Terminais de bateria externa estão instalados.
8. Um ciclo de controle de carga / descarga e testes são realizados.
9. A seleção, classificação por capacidade e desenho das designações apropriadas são realizadas.
10. Se necessário, os fios são soldados aos terminais da bateria.
11. O controle de qualidade é realizado, a embalagem das células da bateria na carcaça, na qual a marcação e a embalagem necessárias são aplicadas.

O princípio de operação e a bateria de polímero de lítio do dispositivo

O princípio de operação das baterias Li pol baseia-se no uso de um efeito semicondutor em substâncias poliméricas com inclusões de íons eletrólitos. A adição de eletrólito aos polímeros causa um aumento em sua condutividade iônica, mantendo as propriedades isolantes do plástico em relação aos elétrons.

A força eletromotriz em relação aos íons de lítio ocorre como resultado de uma reação química reversível entre o ânodo (mais) de carbono (geralmente grafite) e o cátodo (menos) de cobalto, óxido de vanádio ou manganês, colocados em um eletrólito de polímero com sais de lítio.

Existem três tipos de eletrólitos poliméricos:

1. Eletrólitos poliméricos completamente secos, que são plásticos com a adição de sais de lítio, fornecem baixa corrente à temperatura ambiente, insuficiente para a maioria dos dispositivos modernos e são mais caros do que as baterias comuns de íons de lítio.
2. Os eletrólitos poliméricos do tipo gel, que são eletrólitos poliméricos secos intercalados com solventes plastificantes, têm indicadores aceitáveis ​​de capacidade, resistência e custo atuais e são mais frequentemente utilizados na prática.
3. Soluções não aquosas de sais de lítio distribuídas em uma matriz polimérica microporosa por absorção.

As baterias Li Po massivamente vendidas são na verdade híbridos que combinam não apenas eletrólitos de polímeros secos puros, mas também uma pequena quantidade de eletrólitos de gel, que também contém fontes de íons de lítio.

A adição de inclusões de eletrólito de gel em um eletrólito de polímero sólido aumenta sua condutividade iônica e características elétricas, em particular, a corrente de operação aumenta para o valor necessário para a maioria dos dispositivos modernos de pequeno porte.

Bateria de polímero de lítio: prós e contras

As fontes de alimentação de polímero de lítio têm as seguintes vantagens:

• alta densidade de energia em relação à sua massa, 4-5 vezes maior que a das baterias de níquel-cádmio e 3-4 vezes maior que a das fontes de energia de hidreto de níquel-metal;
• baixa corrente de auto-descarga e alta eficiência de corrente;
• a capacidade de criar produtos flexíveis e muito finos;
• falta de efeito de memória;
• manter a tensão dentro de limites aceitáveis ​​durante uma descarga de trabalho;
• uma ampla faixa de temperaturas permitidas durante a operação (de -20 a +40 graus).

As baterias de polímero de lítio têm algumas desvantagens:

• risco de incêndio em caso de sobrecarga / superaquecimento. Essas baterias requerem o uso de componentes eletrônicos de proteção, que monitoram a corrente e a temperatura de carregamento, além de um algoritmo de carregamento especial;
• o efeito de envelhecimento, que leva a uma diminuição da capacidade durante o armazenamento e a operação a longo prazo (acredita-se que a bateria perca até 20% da capacidade a cada ano);
• falha durante descarga profunda (abaixo de 3 volts);
• medo de superaquecer acima de 60 graus e sobrecarga acima de 4,2 volts (com uma tensão acima de 4,5 volts, é possível uma explosão);
• o uso de uma casca fina (geralmente na forma de papel alumínio) em algumas dessas baterias reduz o custo das células Li Pol, mas, ao mesmo tempo, reduz sua resistência.

Onde são usadas as baterias Li Pol?

Devido ao seu peso leve e alta potência, esse tipo de fonte de alimentação é amplamente utilizado para fornecer energia a dispositivos de pequeno e grande porte, incluindo:

• telefones celulares e smartphones;
• modelos controlados por rádio, quadrocopters, microplanos;
• ferramenta elétrica;
• tecnologia digital, ultrabooks;
• carros elétricos.

Diretrizes de uso da bateria Li Pol

Para garantir o nível de segurança necessário e prolongar a vida útil de baterias saudáveis, você deve seguir as seguintes regras:

1. na presença de danos, inchaço das baterias, elas não podem ser usadas, mas devem ser descartadas;
2. as baterias precisam ser carregadas com um carregador de qualidade sob supervisão, evitando o superaquecimento da bateria. Se durante o carregamento houver cheiro de queimado, inchaço, ignição, você deve imediatamente pará-lo e desconectar a bateria do carregador;
3. é melhor carregar em uma superfície incombustível, por exemplo, em uma placa de cerâmica ou porcelana, depois de carregar completamente a fonte de energia, é melhor deixá-la esfriar e só então começar a usá-la;
4. uma descarga abaixo de 3 volts, superaquecimento ou superaquecimento, que reduz a capacidade e o número total de ciclos de descarga de carga, não deve ser permitida;
5. a vida mais longa das células LiPo é alcançada, mantendo seu nível de carga em 45%;
6. O melhor modo de carregamento para baterias LiPo é fornecido pelos carregadores da Sony por aproximadamente três horas. Ocorre em três etapas:
   • Primeiro, por cerca de uma hora, o carregamento é realizado em até 70% com corrente direta de 0,5 a 1 da saída atual da bateria para uma tensão de 4,2 volts;
   • Recarregar com duração de 1 hora a 90% com uma tensão não superior a 4,2 volts com uma corrente gradualmente decrescente (até cerca de 0,2 a partir da corrente de saída);
   • No terceiro estágio, o carregamento é realizado durante uma hora a 100% com uma pequena corrente constantemente decrescente.

Carregadores baratos encerram a carga no primeiro estágio, ao atingir uma tensão de 4,2 v, para que a bateria não atinja sua capacidade total.

• Evite choques na bateria, curto-circuito ou descarga por correntes muito altas, recarregando acima de 4,2 volts por elemento da bateria da célula - todas essas causas podem causar um incêndio;
• se forem usadas baterias compostas de várias células Li Pol, é melhor carregá-las separadamente ou use uma carga equalizadora especial com balanceamento para cada célula. O princípio de operação de um dispositivo desse tipo é interromper a carga de elementos individuais quando eles atingem uma tensão de cerca de 4,17 volts;
• Antes de colocar as pilhas novas em operação, é melhor calibrá-las com carga e descarga duplas.

Em algumas baterias Li Pol, uma descarga menor que 2,5 volts pode levar à metalização do lítio, o que leva à criação de pontes condutoras no interior da bateria e a um curto-circuito. Ao carregar essa bateria, ocorre um aquecimento descontrolado, o que pode levar à explosão de uma fonte de energia. Portanto, é melhor não usar baterias nas quais a tensão caiu abaixo de um nível crítico de 3 volts e, se a tensão cair para 2,5 volts e abaixo, elas devem ser descartadas.

Como armazenar baterias de polímero de lítio

É desejável armazenar baterias LiPo carregadas em estojos de proteção à temperatura ambiente enquanto carrega no nível de 3,6-3,8 volts.

Antes de armazenar células LiPo, recomenda-se que elas sejam carregadas de 40 a 50%, desconectadas dos dispositivos que alimentam e periodicamente, pelo menos uma vez a cada seis meses, verifique o nível de carga.

Descarte de baterias de polímero de lítio

O descarte de fontes de alimentação LiPo é de particular relevância devido ao seu alto risco de incêndio. Eles são menos tóxicos que as baterias de níquel-cádmio, mas ainda contêm substâncias nocivas ao meio ambiente.

Para descartar completamente e com segurança as baterias de polímero de lítio, os seguintes requisitos devem ser observados:

• As baterias descarregadas são descartadas em recipientes de plástico com solução salina em água (cerca de meio copo de sal por 1 litro de água) por cerca de 2 semanas (até a produção de gás parar) em um prédio não residencial. Depois disso, eles podem ser jogados fora com o lixo comum;
• Antes do descarte, as baterias devem ser descarregadas a pelo menos um volt (isso pode ser feito com uma lâmpada como carga);
• se a caixa da bateria estiver danificada, ela não precisará ser descarregada, mas deve ser descartada em uma solução de sal de água;
• se a descarga for produzida por uma corrente mais do que permitida, conectada ao valor da corrente máxima de saída C, a bateria deverá estar em um balde de areia ou em outro local com proteção contra incêndio;
• A destruição mecânica de baterias não processadas em solução salina não é permitida, o que pode resultar em incêndio. Especialmente perigosos nesse sentido são as baterias com um cátodo de cobalto.