Lithium-Polymer-Batterien

Die ständige Weiterentwicklung der Technologie wirkt sich positiv auf viele Aspekte des Lebens der Menschen aus. Das Bedürfnis nach leistungsstarken Stromquellen mit einem ausgewogenen Verhältnis von Sicherheit, Kosten und Leistung hat zur Entstehung von Lithium-Polymer-Elementen geführt.

Was ist eine Lithium-Polymer-Batterie?

Li-Polymer-Batterien sind galvanische Stromversorgungen, die lithiumgesättigte Polymermaterialien als Elektrolyten verwenden.

Die Lithium-Polymer-Technologie ist zu einem neuen Stadium in der Entwicklung von Lithium-Ionen-Stromquellen geworden, wodurch die Produktionskosten gesenkt und die Herstellung von Miniatur- und flexiblen Batterien ermöglicht wurden.

Wenn Sie solche Batterien kaufen und verwenden, müssen Sie die auf ihnen angebrachten Kennzeichnungen verstehen, die die folgenden Merkmale aufweisen:

• Batteriekapazität wird in mAh angegeben;
• Die Zahl neben dem englischen Buchstaben S in der Kennzeichnung gibt die Anzahl der einzelnen Elemente (Dosen) in der Batterie an, von denen jedes eine Nennspannung von 3,7 Volt und ein Maximum von 4,2 Volt aufweist.
• Die Zahl neben dem Buchstaben C gibt die maximale Stromabgabe in Einheiten von C an. Der maximale Entladestrom in Milliampere pro Stunde entspricht der mit diesem Wert multiplizierten Batteriekapazität.
• Die Zahl neben dem Buchstaben P gibt die Anzahl der parallelen Dosen an. Bei Verwendung einer Dose wird dieser Wert normalerweise nicht angezeigt.

Die Bezeichnung 2600 mAh 3S 20C bedeutet somit eine 2600 mAh Li-Polymer-Batterie mit einer Nennspannung von 11,1 Volt (maximal 12,6 Volt), drei in Reihe geschalteten Bänken und einem zulässigen Entladestrom von 52 Ampere (2600 x 20 = 52000 mA).

Wie ist die Herstellung von Lithium-Polymer-Batterien

Bei der Herstellung von Li-Polymer-Netzteilen wird diese Technologie verwendet:

1. Die Suspension wird kontrolliert mit den Wirkstoffen der Kathode und der Anode (zwei verschiedene Verfahren) auf die Oberfläche der Aluminium- oder Kupferfolie aufgebracht, die als Stromabnehmer wirkt.
2. Die Folie mit dem aufgebrachten Material wird getrocknet, in Elemente der gewünschten Größe und Form geschnitten.
3. Die Herstellung eines Polymerelektrolytabscheiders erfolgt, der dann zwischen die Folienlagen mit den Wirkstoffen der Kathode und der Anode gelegt wird.
4. Die Mehrschichtbatterie wird zusammengebaut, versiegelt und getrocknet.
5. Bei Verwendung eines Polymerabscheiders, der Einschlüsse von Gelelektrolyt erfordert, wird er mit der richtigen Menge Elektrolytflüssigkeit gefüllt.
6. Einbau von Kontaktflächen, Verpackung in eine Schutzhülle und Beschneiden der hervorstehenden Teile.
7. Externe Batterieklemmen sind installiert.
8. Ein Lade- / Entladesteuerzyklus und Testen werden durchgeführt.
9. Das Keulen, Sortieren nach Kapazität und Zeichnen der entsprechenden Bezeichnungen wird durchgeführt.
10. Bei Bedarf werden Drähte an die Batterieklemmen angelötet.
11. Qualitätskontrolle erfolgt über die Verpackung der Batteriezellen im Gehäuse, wobei die notwendige Kennzeichnung und Verpackung aufgebracht wird.

Das Funktionsprinzip und das Gerät Lithium-Polymer-Akku

Das Funktionsprinzip von Li-Pol-Batterien basiert auf der Nutzung eines Halbleitereffekts in Polymersubstanzen mit Einschlüssen von Elektrolytionen. Die Zugabe von Elektrolyt zu Polymeren bewirkt eine Erhöhung ihrer Ionenleitfähigkeit unter Beibehaltung der Isoliereigenschaften des Kunststoffs gegenüber Elektronen.

Die elektromotorische Kraft in Bezug auf Lithiumionen tritt als Ergebnis einer reversiblen chemischen Reaktion zwischen der Anode (plus) von Kohlenstoff (üblicherweise Graphit) und der Kathode (minus) von Kobalt, Vanadiumoxid oder Mangan auf, die in einem Polymerelektrolyten mit Lithiumsalzen angeordnet ist.

Es gibt drei Arten von Polymerelektrolyten:

1. Vollständig trockene Polymerelektrolyte, die unter Zusatz von Lithiumsalzen plastisch sind, liefern bei Raumtemperatur einen geringen Strom, der für die meisten modernen Geräte nicht ausreicht und teurer ist als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien.
2. Gelartige Polymerelektrolyte, bei denen es sich um trockene Polymerelektrolyte handelt, die mit Weichmachern und Lösungsmitteln durchsetzt sind, weisen eine akzeptable Kapazität, Stromstärke und Kosten auf und werden in der Praxis am häufigsten verwendet.
3. Nichtwässrige Lösungen von Lithiumsalzen, die durch Absorption in einer mikroporösen Polymermatrix verteilt sind.

Massiv verkaufte Li-Po-Batterien sind Hybride, die nicht nur reinen trockenen Polymerelektrolyten, sondern auch eine kleine Menge Gelelektrolyten enthalten, die auch Lithiumionenquellen enthalten.

Die Zugabe von Einschlüssen von Gelelektrolyt zu einem festen Polymerelektrolyten erhöht dessen Ionenleitfähigkeit und elektrische Eigenschaften, insbesondere steigt der Betriebsstrom auf den Wert, der für die meisten modernen kleinen Vorrichtungen erforderlich ist.

Lithium-Polymer-Batterie: Vor- und Nachteile

Li-Polymer-Netzteile bieten folgende Vorteile:

• hohe Energiedichte im Verhältnis zu ihrer Masse, 4-5 mal höher als die von Nickel-Cadmium-Batterien und 3-4 mal höher als die von Nickel-Metallhydrid-Stromquellen;
• niedriger Selbstentladungsstrom und hoher Stromwirkungsgrad;
• die Fähigkeit, flexible und sehr dünne Produkte herzustellen;
• Mangel an Gedächtniseffekt;
• Halten der Spannung innerhalb akzeptabler Grenzen während einer Arbeitsentladung;
• einen weiten Bereich zulässiger Temperaturen im Betrieb (von -20 bis +40 Grad).

Lithium-Polymer-Batterien haben einige Nachteile:

• Brandgefahr bei Überladung / Überhitzung. Diese Batterien erfordern die Verwendung einer Schutzelektronik, die den Ladestrom und die Temperatur überwacht, sowie einen speziellen Ladealgorithmus.
• der Alterungseffekt, der zu einer Verringerung der Kapazität während der Langzeitlagerung und des Betriebs führt (es wird angenommen, dass die Batterie jedes Jahr bis zu 20% ihrer Kapazität verliert);
• Versagen bei Tiefentladung (unter 3 Volt);
• Angst vor Überhitzung über 60 Grad und Überladung über 4,2 Volt (bei einer Spannung über 4,5 Volt ist eine Explosion möglich);
• Die Verwendung einer dünnen Hülle (normalerweise in Form einer Folie) in einigen dieser Batterien reduziert die Kosten für Li-Pol-Zellen, verringert jedoch gleichzeitig deren Festigkeit.

Wo werden Li-Pol-Batterien verwendet?

Diese Art von Stromquelle wird aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Leistung häufig zur Stromversorgung kleiner und großer Geräte verwendet, darunter:

• Mobiltelefone und Smartphones;
• ferngesteuerte Modelle, Quadrocopter, Microplanes;
• Elektrowerkzeug;
• Digitaltechnik, Ultrabooks;
• Elektroautos.

Richtlinien zur Verwendung von Li Pol-Akkus

Um das erforderliche Sicherheitsniveau zu gewährleisten und die Lebensdauer gesunder Batterien zu verlängern, müssen Sie die folgenden Regeln einhalten:

1. Wenn die Batterien beschädigt sind oder anschwellen, können sie nicht verwendet werden, sondern müssen entsorgt werden.
2. Die Batterien müssen unter Aufsicht mit einem hochwertigen Ladegerät aufgeladen werden, um eine Überhitzung der Batterie zu vermeiden. Wenn während des Ladevorgangs ein brennender Geruch, ein Aufblähen oder eine Entzündung auftritt, müssen Sie dies sofort abstellen und den Akku vom Ladegerät trennen.
3. es ist besser, auf einer nicht brennbaren Oberfläche wie Keramikfliesen oder Porzellantellern zu laden, nachdem die Stromquelle vollständig aufgeladen wurde, sie abkühlen zu lassen und sie erst dann zu verwenden;
4. Eine Entladung unter 3 Volt, Überhitzung oder Unterkühlung, die die Kapazität und die Gesamtzahl der Lade-Entlade-Zyklen verringert, darf nicht zulässig sein.
5. Die längste Lebensdauer von LiPo-Zellen wird bei einem Ladezustand von 45% erreicht.
6. Der beste Lademodus für LiPo-Akkus wird von Sony-Ladegeräten für ungefähr drei Stunden bereitgestellt. Es findet in drei Stufen statt:
   • Zunächst wird etwa eine Stunde lang eine Aufladung von bis zu 70% mit einem Gleichstrom von 0,5-1 vom Stromausgang der Batterie auf eine Spannung von 4,2 Volt durchgeführt;
   • Wiederaufladen mit einer Dauer von 1 Stunde auf 90% bei einer Spannung von nicht mehr als 4,2 Volt mit einem allmählich abnehmenden Strom (bis zu etwa 0,2 vom Stromausgang);
   • In der dritten Stufe wird der Ladevorgang über eine Stunde mit einem stetig abnehmenden Strom auf 100% durchgeführt.

Preiswerte Ladegeräte beenden den Ladevorgang in der ersten Stufe, sobald eine Spannung von 4,2 V erreicht ist, sodass der Akku nicht seine volle Kapazität erreicht.

• Vermeiden Sie Stromschläge, Kurzschlüsse oder Entladungen mit sehr hohen Strömen und eine Überladung von mehr als 4,2 Volt pro Zellenbatteriekomponente - all dies führt zu einem Brand.
• Wenn zusammengesetzte Batterien aus mehreren Li-Pol-Zellen verwendet werden, ist es besser, diese separat aufzuladen oder eine spezielle Ausgleichsladung mit Abgleich für jede Zelle zu verwenden. Das Funktionsprinzip einer solchen Vorrichtung besteht darin, die Ladung einzelner Elemente zu stoppen, wenn sie eine Spannung von etwa 4,17 Volt erreichen;
• Bevor Sie neue Batterien in Betrieb nehmen, ist es besser, sie durch doppeltes vollständiges Laden und Entladen zu kalibrieren.

Bei einigen Li-Pol-Batterien kann eine Entladung von weniger als 2,5 Volt zur Metallisierung von Lithium führen, was zur Bildung von leitenden Brücken innerhalb der Batterie und zu Kurzschlüssen führt. Beim Laden eines solchen Akkus kommt es zu einer unkontrollierten Erwärmung, die zur Explosion einer solchen Stromquelle führen kann. Daher sollten Batterien, bei denen die Spannung unter einen kritischen Wert von 3 Volt gefallen ist, besser nicht verwendet werden. Wenn die Spannung auf 2,5 Volt und darunter abfällt, müssen sie entsorgt werden.

So lagern Sie Lithium-Polymer-Batterien

Es ist wünschenswert, geladene LiPo-Akkus in Schutzhüllen bei Raumtemperatur zu lagern, während sie mit einer Spannung von 3,6 bis 3,8 Volt geladen werden.

Vor der Lagerung von LiPo-Zellen wird empfohlen, diese zu 40-50% zu laden, von den mit Strom versorgten Geräten zu trennen und regelmäßig, mindestens alle sechs Monate, den Ladezustand zu überprüfen.

Entsorgung von Lithium-Polymer-Batterien

Die Entsorgung von LiPo-Netzteilen ist aufgrund ihrer hohen Brandgefahr von besonderer Bedeutung. Sie sind weniger giftig als Nickel-Cadmium-Batterien, enthalten aber dennoch umweltschädliche Substanzen.

Um Li-Polymer-Batterien vollständig und sicher zu entsorgen, müssen folgende Anforderungen erfüllt sein:

• Entladene Batterien werden in Plastikbehältern mit Wasser-Salzlösung (etwa ein halbes Glas Salz pro 1 Liter Wasser) für etwa 2 Wochen (bis die Gasproduktion eingestellt ist) in einem Nichtwohngebäude entsorgt. Danach können sie mit dem normalen Müll entsorgt werden.
• Vor der Entsorgung müssen die Batterien auf mindestens ein Volt entladen werden (dies kann mit einer Glühbirne als Last erfolgen);
• Wenn das Batteriegehäuse beschädigt ist, muss es nicht entladen werden, sondern muss in einer Wasser-Salz-Lösung entsorgt werden.
• Wird die Entladung durch einen mehr als zulässigen Strom erzeugt, der mit dem Wert der maximalen Stromabgabe C verbunden ist, muss sich die Batterie in einem Sandeimer oder an einem anderen Ort mit Brandschutz befinden.
• Die mechanische Zerstörung von Batterien, die nicht in Kochsalzlösung verarbeitet wurden, ist nicht zulässig. Dies kann zu einem Brand führen. Besonders gefährlich in dieser Hinsicht sind Batterien mit einer Kobaltkathode.