Piles au lithium polymère

Le développement constant de la technologie affecte favorablement de nombreux aspects de la vie des gens. La nécessité de disposer de sources d'alimentation performantes avec un bon équilibre entre sécurité, coût et performances a conduit à la création d'éléments lithium-polymère.

Qu'est-ce qu'une batterie au lithium polymère

Les batteries Li-polymère sont des alimentations galvaniques qui utilisent des matériaux polymères saturés de lithium comme électrolyte.

La technologie lithium-polymère est devenue une nouvelle étape dans le développement des sources d'énergie lithium-ion, ce qui a réduit le coût de leur production et a permis la création de batteries miniatures et flexibles.

Lors de l'achat et de l'utilisation de telles batteries, vous devez comprendre les marquages ​​qui leur sont appliqués, qui présentent les caractéristiques suivantes:

• la capacité de la batterie est indiquée en mAh;
• le nombre à côté de la lettre anglaise S dans le marquage indique le nombre de cellules individuelles (boîtes) dans la batterie, dont chacune a une tension nominale de 3,7 volts et un maximum de 4,2 volts;
• le nombre à côté de la lettre C indique la sortie de courant maximum en unités de C. Le courant de décharge maximum en milliampères par heure est égal à la capacité de la batterie multipliée par cette valeur;
• le nombre à côté de la lettre P indique le nombre de boîtes connectées en parallèle. Lorsque vous utilisez une boîte, cette valeur n'est généralement pas indiquée.

Ainsi, la désignation 2600 mAh 3S 20C signifie une batterie Li-polymère de 2600 mAh avec une tension nominale de 11,1 volts (maximum 12,6 volts), avec trois batteries connectées en série et un courant de décharge admissible de 52 ampères (2600x20 = 52000 mA).

Comment est la production de batteries au lithium polymère

Dans la fabrication d'alimentations Li-polymère, cette technologie est utilisée:

1. La suspension est appliquée de manière contrôlée avec les matériaux actifs de la cathode et de l'anode (deux processus différents) sur la surface d'une feuille d'aluminium ou de cuivre, qui agit comme un collecteur de courant.
2. La feuille avec le matériau appliqué est séchée, coupée en éléments de la taille et de la forme requises.
3. La préparation d'un séparateur d'électrolyte polymère est effectuée, qui est ensuite placée entre les couches de feuille avec les matériaux actifs de la cathode et de l'anode.
4. La batterie multicouche est assemblée, scellée et séchée.
5. Lorsque vous utilisez un séparateur polymère qui nécessite des inclusions d'électrolyte en gel, il est rempli de la bonne quantité de liquide électrolytique.
6. L'installation de plots de contact, l'emballage dans une coque de protection et le parage de ses parties saillantes.
7. Des bornes de batterie externes sont installées.
8. Un cycle de contrôle de charge / décharge et des tests sont effectués.
9. L'abattage, le tri par capacité et le tirage des désignations appropriées sont effectués.
10. Si nécessaire, les fils sont soudés aux bornes de la batterie.
11. Un contrôle qualité est effectué, l'emballage des cellules de la batterie dans le boîtier, sur lequel le marquage et l'emballage nécessaires sont appliqués.

Le principe de fonctionnement et la batterie lithium-polymère de l'appareil

Le principe de fonctionnement des batteries Li pol est basé sur l'utilisation d'un effet semi-conducteur dans des substances polymères avec des inclusions d'ions électrolytes. L'ajout d'électrolyte aux polymères entraîne une augmentation de leur conductivité ionique tout en conservant les propriétés isolantes du plastique par rapport aux électrons.

La force électromotrice par rapport aux ions lithium résulte d'une réaction chimique réversible entre l'anode (plus) de carbone (généralement graphite) et la cathode (moins) de cobalt, oxyde de vanadium ou manganèse, placés dans un électrolyte polymère avec des sels de lithium.

Il existe trois types d'électrolytes polymères:

1. Les électrolytes polymères complètement secs, qui sont en plastique avec l'ajout de sels de lithium, donnent un faible courant à température ambiante, insuffisant pour la plupart des appareils modernes et sont plus chers que les batteries lithium-ion conventionnelles.
2. Les électrolytes polymères de type gel, qui sont des électrolytes polymères secs entrecoupés de plastifiants-solvants, ont une capacité, une intensité et un coût acceptables et sont le plus souvent utilisés dans la pratique.
3. Solutions non aqueuses de sels de lithium distribuées dans une matrice polymère microporeuse par absorption.

Les batteries Li Po massivement vendues sont en fait des hybrides qui combinent non seulement un électrolyte polymère sec pur, mais aussi une petite quantité d'électrolyte gel, qui contient également des sources lithium-ion.

L'ajout d'inclusions d'électrolyte en gel dans un électrolyte polymère solide augmente sa conductivité ionique et ses caractéristiques électriques, en particulier, le courant de fonctionnement augmente jusqu'à la valeur nécessaire pour la plupart des appareils modernes de petite taille.

Batterie au lithium polymère: avantages et inconvénients

Les alimentations Li-polymère présentent les avantages suivants:

• haute densité d'énergie par rapport à leur masse, 4-5 fois supérieure à celle des batteries nickel-cadmium, et 3-4 fois supérieure à celle des sources d'énergie nickel-hydrure métallique;
• faible courant d'autodécharge et efficacité élevée du courant;
• la possibilité de créer des produits flexibles et très fins;
• manque d'effet mémoire;
• maintenir la tension dans des limites acceptables pendant une décharge de travail;
• une large gamme de températures admissibles pendant le fonctionnement (de -20 à +40 degrés).

Les batteries au lithium polymère présentent certains inconvénients:

• risque d'incendie en cas de surcharge / surchauffe. Ces batteries nécessitent l'utilisation d'une électronique de protection, qui surveille le courant et la température de charge, ainsi qu'un algorithme de charge spécial;
• l'effet de vieillissement, qui conduit à une diminution de la capacité pendant le stockage et le fonctionnement à long terme (on pense que la batterie perd jusqu'à 20% de capacité pour chaque année);
• défaillance lors d'une décharge profonde (inférieure à 3 volts);
• peur de surchauffer au-dessus de 60 degrés et de surcharger au-dessus de 4,2 volts (avec une tension supérieure à 4,5 volts, une explosion est possible);
• l'utilisation d'une coque mince (généralement sous forme de papier d'aluminium) dans certaines de ces batteries réduit le coût des cellules Li Pol, mais en même temps réduit leur résistance.

Où sont utilisées les batteries Li Pol?

En raison de sa légèreté et de sa puissance élevée, ce type d'alimentation est largement utilisé pour alimenter des appareils de petite et de grande taille, notamment:

• téléphones mobiles et smartphones;
• modèles radiocommandés, quadrocoptères, microplans;
• outil électrique;
• technologie numérique, ultrabooks;
• voitures électriques.

Directives d'utilisation de la batterie Li Pol

Pour garantir le niveau de sécurité nécessaire et prolonger la durée de vie des batteries saines, vous devez respecter les règles suivantes:

1. en présence de dommages, de gonflement des batteries, elles ne peuvent pas être utilisées, mais doivent être éliminées;
2. les batteries doivent être chargées avec un chargeur de qualité sous surveillance, en évitant la surchauffe de la batterie. Si pendant la charge il y a une odeur de brûlé, des ballonnements, une inflammation, vous devez immédiatement l'arrêter et débrancher la batterie du chargeur;
3. il est préférable de charger sur une surface non combustible, comme une tuile en céramique ou une assiette en porcelaine, après avoir complètement chargé la source d'alimentation, il est préférable de la laisser refroidir et de ne commencer à l'utiliser;
4. une décharge inférieure à 3 volts, une surchauffe ou un refroidissement excessif, qui réduisent la capacité et le nombre total de cycles de charge-décharge, ne doivent pas être autorisés;
5. la durée de vie la plus longue des cellules LiPo est obtenue tout en maintenant leur niveau de charge à 45%;
6. Le meilleur mode de charge pour les batteries LiPo est fourni par les chargeurs Sony pendant environ trois heures. Elle se déroule en trois étapes:
   • Tout d'abord, pendant environ une heure, la charge est effectuée jusqu'à 70% avec un courant continu de 0,5-1 de la sortie de courant de la batterie à une tension de 4,2 volts;
   • Recharge d'une durée de 1 heure à 90% avec une tension ne dépassant pas 4,2 volts avec un courant progressivement décroissant (jusqu'à environ 0,2 de la sortie de courant);
   • À la troisième étape, la charge est effectuée sur une heure à 100% avec un petit courant en constante diminution.

Les chargeurs bon marché terminent la charge dans la première étape, lorsqu'ils atteignent une tension de 4,2 v, de sorte que la batterie ne gagne pas sa pleine capacité.

• Évitez les chocs sur la batterie, les courts-circuits ou les décharges par des courants très élevés, en rechargeant au-dessus de 4,2 volts par élément de batterie cellulaire - toutes ces causes peuvent provoquer un incendie;
• si des batteries composites de plusieurs cellules Li Pol sont utilisées, il est préférable de les charger séparément ou d'utiliser une charge d'égalisation spéciale avec équilibrage pour chaque cellule. Le principe de fonctionnement d'un tel dispositif est d'arrêter la charge des éléments individuels lorsqu'ils atteignent une tension d'environ 4,17 volts;
• Avant de mettre en service de nouvelles batteries, il est préférable de les calibrer par double charge et décharge complètes.

Dans certaines batteries Li Pol, une décharge inférieure à 2,5 volts peut entraîner une métallisation du lithium, ce qui entraîne la création de ponts conducteurs à l'intérieur de la batterie et un court-circuit. Lors du chargement d'une telle batterie, un échauffement incontrôlé se produit, ce qui peut entraîner l'explosion d'une telle source d'alimentation. Par conséquent, les batteries dans lesquelles la tension est tombée en dessous d'un niveau critique de 3 volts sont mieux à ne pas utiliser, et si la tension chute à 2,5 volts et en dessous, elles doivent être éliminées.

Comment conserver les batteries au lithium polymère

Il est souhaitable de stocker les batteries LiPo chargées dans des étuis de protection à température ambiante tout en chargeant au niveau de 3,6-3,8 volts.

Avant de stocker les cellules LiPo, il est recommandé de les charger jusqu'à 40-50%, déconnectées des appareils qu'elles alimentent et périodiquement, au moins une fois tous les six mois, de vérifier le niveau de charge.

Élimination des batteries au lithium polymère

L'élimination des alimentations LiPo est particulièrement importante en raison de leur risque d'incendie élevé. Ils sont moins toxiques que les batteries au nickel-cadmium, mais contiennent toujours des substances nocives pour l'environnement.

Afin d'éliminer complètement et en toute sécurité les batteries Li-polymère, les exigences suivantes doivent être respectées:

• Les batteries déchargées sont jetées dans des conteneurs en plastique contenant une solution eau-sel (environ un demi-verre de sel pour 1 litre d'eau) pendant environ 2 semaines (jusqu'à l'arrêt de la production de gaz) dans un bâtiment non résidentiel. Après cela, ils peuvent être jetés avec des ordures ordinaires;
• Avant la mise au rebut, les batteries doivent être déchargées à au moins un volt (cela peut être fait avec une ampoule comme charge);
• si le boîtier de la batterie est endommagé, il n'a pas besoin d'être déchargé, mais il doit être éliminé dans une solution eau-sel;
• si la décharge est produite par un courant plus que admissible, lié à la valeur de la sortie de courant maximale C, alors la batterie doit être dans un seau de sable ou dans un autre endroit avec protection contre le feu;
• La destruction mécanique des batteries non transformées dans une solution saline n'est pas autorisée, ce qui pourrait provoquer un incendie. Les batteries à cathode de cobalt sont particulièrement dangereuses à cet égard.