Litiumpolymerbatterier

Den stadige utviklingen av teknologi påvirker gunstig mange aspekter av menneskers liv. Behovet for å ha kraftige strømforsyninger med et godt forhold mellom sikkerhet, pris og ytelse har ført til at litiumpolymerelementer ble skapt.

Hva er et litiumpolymerbatteri

Li-polymerbatterier er galvaniske strømforsyninger som bruker litiummettede polymermaterialer som elektrolytt.

Litium-polymerteknologi har blitt et nytt stadium i utviklingen av litium-ion kraftkilder, noe som har redusert kostnadene for deres produksjon og muliggjort opprettelse av miniatyr og fleksible batterier.

Når du kjøper og bruker slike batterier, må du forstå merkingene som brukes på dem, som har følgende funksjoner:

• batterikapasitet er angitt i mAh;
• tallet ved siden av den engelske bokstaven S i markeringen indikerer antall individuelle elementer (bokser) i batteriet, som hver har en nominell spenning på 3,7 volt og maksimalt 4,2 volt;
• tallet ved siden av bokstaven C indikerer den maksimale strømstyrken i enheter av C. Den maksimale utladningsstrømmen i milliamper per time er lik batterikapasiteten multiplisert med denne verdien;
• tallet ved siden av bokstaven P indikerer antall bokser som er koblet parallelt. Når du bruker en boks, indikeres vanligvis ikke denne verdien.

Betegnelsen 2600 mAh 3S 20C betyr således et 2600 mAh Li-polymerbatteri med en nominell spenning på 11,1 volt (maksimalt 12,6 volt), med tre banker koblet i serie og en tillatt utladningsstrøm på 52 ampere (2600x20 = 52000 mA).

Hvordan er produksjonen av litiumpolymerbatterier

I produksjonen av Li-polymer strømforsyninger brukes denne teknologien:

1. Suspensjonen påføres på en kontrollert måte med de aktive materialene i katoden og anoden (to forskjellige prosesser) på overflaten av aluminium eller kobberfolie, som fungerer som en strømkollektor.
2. Folien med påført materiale tørkes, kuttes i elementer av ønsket størrelse og form.
3. Fremstillingen av en polymerelektrolytt-separator utføres, som deretter plasseres mellom folielagene med de aktive materialene i katoden og anoden.
4. Flerlagsbatteriet blir satt sammen, forseglet og tørket.
5. Når du bruker en polymerseparator som krever inkludering av gelelektrolytt, fylles den med riktig mengde elektrolyttvæske.
6. Installasjon av kontaktputer, emballasje i et beskyttende skall og trimming av de utstående delene.
7. Eksterne batteriterminaler er installert.
8. En ladning / utladningskontrollsyklus og testing utføres.
9. Utførelse, sortering etter kapasitet og tegning av passende betegnelser blir utført.
10. Om nødvendig blir ledninger loddet til batteripolene.
11. Kvalitetskontroll utføres, emballasjen til battericellene i huset, hvorpå nødvendig merking og emballasje brukes.

Prinsippet om drift og litiumpolymerbatteriet

Prinsippet om drift av Li pol-batterier er basert på bruk av en halvledereffekt i polymersubstanser med inneslutninger av elektrolyttioner. Tilsetningen av elektrolytt til polymerer forårsaker en økning i deres ioniske ledningsevne mens de isolerende egenskapene til plasten opprettholdes i forhold til elektroner.

Elektromotorisk kraft i forhold til litiumioner oppstår som et resultat av en reversibel kjemisk reaksjon mellom anoden (pluss) av karbon (vanligvis grafitt) og katoden (minus) av kobolt, vanadiumoksyd eller mangan, plassert i en polymerelektrolytt med litiumsalter.

Det er tre typer polymerelektrolytter:

1. Helt tørre polymerelektrolytter, som er plast med tilsetning av litiumsalter, gir lav strøm ved romtemperatur, utilstrekkelig for de fleste moderne enheter og er dyrere enn vanlige litium-ion-batterier.
2. Gellignende polymerelektrolytter, som er tørre polymerelektrolytter ispedd mykner-løsningsmidler, har akseptable indikatorer på kapasitet, strømstyrke og pris og blir ofte brukt i praksis.
3. Ikke-vandige oppløsninger av litiumsalter fordelt i en mikroporøs polymermatrise ved absorpsjon.

Massivt solgte Li Po-batterier er faktisk hybrider som ikke bare kombinerer ren tørr polymerelektrolytt, men også en liten mengde gelelektrolytt, som også inneholder litium-ion-kilder.

Tilsetningen av inneslutninger av gelelektrolytt i en fast polymerelektrolytt øker dens ioneledningsevne og elektriske egenskaper, spesielt øker driftsstrømmen til verdien som er nødvendig for de fleste moderne små enheter.

Litiumpolymerbatteri: Fordeler og ulemper

Li-polymer strømforsyninger har følgende fordeler:

• høy energitetthet i forhold til deres masse, 4-5 ganger høyere enn for nikkel-kadmiumbatterier, og 3-4 ganger høyere enn for nikkel-metallhydrid kraftkilder;
• lav selvutladningsstrøm og høy strømeffektivitet;
• muligheten til å lage fleksible og veldig tynne produkter;
• mangel på minneeffekt;
• å holde spenningen innenfor akseptable grenser under en arbeidsutladning;
• et bredt spekter av tillatte temperaturer under drift (fra -20 til +40 grader).

Litiumpolymerbatterier har noen ulemper:

• brannfare i tilfelle overlading / overoppheting. Disse batteriene krever bruk av beskyttende elektronikk, som overvåker ladestrømmen og temperaturen, samt en spesiell ladealgoritme;
• aldringseffekten, noe som fører til en reduksjon i kapasiteten under langvarig lagring og drift (det antas at batteriet mister opptil 20% av kapasiteten for hvert år);
• feil under dyp utladning (under 3 volt);
• frykt for overoppheting over 60 grader og overlading over 4,2 volt (med en spenning over 4,5 volt, er en eksplosjon mulig);
• bruk av et tynt skall (vanligvis i form av folie) i noen av disse batteriene reduserer kostnadene for Li Pol-celler, men reduserer samtidig styrken.

Hvor brukes Li Pol-batterier?

Denne typen strømkilder på grunn av sin lette vekt og høye kraft er mye brukt til å gi strøm til små og store enheter, inkludert:

• mobiltelefoner og smarttelefoner;
• radiostyrte modeller, quadrocopters, mikroplan;
• elektroverktøy;
• digital teknologi; ultrabooks;
• elbiler.

Retningslinjer for bruk av Li Pol batteri

For å sikre nødvendig sikkerhetsnivå og forlenge levedyktige batterier, må du følge følgende regler:

1. i nærvær av skade, hevelse i batteriene, kan de ikke brukes, men må kastes;
2. batteriene må lades med en kvalitetslader under oppsyn, og forhindrer at batteriet overopphetes. Hvis det under lading er en brennende lukt, oppblåsthet, tenning, må du øyeblikkelig stoppe den og koble batteriet fra laderen;
3. det er bedre å lade på en ikke-brennbar overflate, for eksempel på en keramisk flis eller porselensplate, etter å ha ladet kraftkilden helt, er det bedre å la den avkjøles og først begynne å bruke den;
4. utladning under 3 volt, overoppheting eller overkjøling, som reduserer kapasiteten og det totale antall ladning-utladningssykluser, må ikke tillates;
5. den lengste levetiden til LiPo-celler oppnås mens du holder ladningsnivået på 45%;
6. Den beste lademodusen for LiPo-batterier tilbys av Sony-ladere i omtrent tre timer. Det foregår i tre trinn:
   • For det første, i omtrent en time, utføres lading opp til 70% med likestrøm på 0,5-1 fra strømutgangen til batteriet til en spenning på 4,2 volt;
   • Lading med en varighet på 1 time til 90% med en spenning på ikke mer enn 4,2 volt med en gradvis synkende strøm (opp til ca. 0,2 fra strømutgangen);
   • I det tredje trinnet utføres lading over en time til 100% med en liten kontinuerlig synkende strøm.

Billige ladere avslutter ladingen i det første trinnet, når de når en spenning på 4,2 v, slik at batteriet ikke får full kapasitet.

• Unngå støt på batteriet, kortslutninger eller utladning med meget høye strømmer, og lader over 4,2 volt per batterielement - alle disse årsakene kan forårsake brann
• Hvis det brukes komposittbatterier fra flere Li Pol-celler, er det bedre å lade dem separat, eller bruke en spesiell utjevningsladning med balansering for hver celle. Prinsippet for drift av en slik anordning er å stoppe ladningen av enkeltelementer når de når en spenning på omtrent 4,17 volt;
• Før du tar i bruk nye batterier, er det bedre å kalibrere dem ved dobbelt full lading og utladning.

I noen Li Pol-batterier kan et utladning lavere enn 2,5 volt føre til metallisering av litium, noe som fører til at det skapes ledende broer inne i batteriet og kortslutningen. Når du lader et slikt batteri, oppstår ukontrollert oppvarming, noe som kan føre til eksplosjon av en slik strømkilde. Derfor er det bedre å ikke bruke batterier der spenningen har falt under et kritisk nivå på 3 volt, og hvis spenningen synker til 2,5 volt og under, må de kastes.

Hvordan lagre litiumpolymerbatterier

Det er ønskelig å lagre ladede LiPo-batterier i beskyttelsestilfeller ved romtemperatur mens de lades i et nivå på 3,6-3,8 volt.

Før du lagrer LiPo-celler, anbefales det at de lades opp til 40-50%, kobles fra enhetene som de driver, og regelmessig, minst en gang hvert halvår, sjekk ladenivået.

Kassering av litiumpolymerbatterier

Avhending av LiPo strømforsyninger er spesielt relevant på grunn av deres høye brannfare. De er mindre giftige enn nikkel-kadmiumbatterier, men inneholder fremdeles miljøskadelige stoffer.

For å kaste Li-polymer-batterier fullstendig og sikkert, må følgende krav overholdes:

• Utladede batterier kastes i plastbeholdere med vann-saltløsning (omtrent et halvt glass salt per 1 liter vann) i omtrent 2 uker (til gassproduksjonen stopper) i et ikke-boligbygg. Etter det kan de kastes med vanlig søppel;
• Før avhending må batteriene lades ut til minst en volt (dette kan gjøres med en lyspære som belastning);
• hvis batterikassen er skadet, trenger den ikke å tømmes, men den må kastes i en vann-saltløsning;
• hvis utladningen produseres av en strøm som er mer enn tillatt, forbundet med verdien av maksimal strømutgang C, bør batteriet ligge i en bøtte med sand eller på et annet sted med beskyttelse mot brann;
• Mekanisk ødeleggelse av batterier som ikke er bearbeidet i saltvann er ikke tillatt, noe som kan føre til brann. Spesielt farlig i denne forbindelse er batterier med en koboltkatode.