Litiumpolymerbatterier

Den ständiga utvecklingen av teknik påverkar positivt många aspekter av människors liv. Behovet av att ha högprestanda kraftförsörjningar med ett bra förhållande mellan säkerhet, kostnad och prestanda har lett till skapandet av litiumpolymerelement.

Vad är ett litiumpolymerbatteri

Li-polymerbatterier är galvaniska strömförsörjningar som använder litiummättade polymermaterial som elektrolyt.

Litium-polymerteknologi har blivit ett nytt steg i utvecklingen av litiumjonströmkällor, vilket har minskat kostnaden för deras produktion och möjliggjort skapandet av miniatyr och flexibla batterier.

När du köper och använder sådana batterier måste du förstå markeringarna som används på dem, som har följande funktioner:

• batterikapacitet anges i mAh;
• siffran bredvid den engelska bokstaven S i markeringen indikerar antalet enskilda element (burkar) i batteriet, som var och en har en nominell spänning på 3,7 volt och högst 4,2 volt;
• siffran bredvid bokstaven C indikerar den maximala strömutgången i enheter av C. Den maximala urladdningsströmmen i milliamper per timme är lika med batterikapaciteten multiplicerad med detta värde;
• siffran bredvid bokstaven P anger antalet burkar som är anslutna parallellt. När du använder en burk anges detta värde vanligtvis inte.

Således betyder beteckningen 2600 mAh 3S 20C ett 2600 mAh Li-polymerbatteri med en nominell spänning på 11,1 volt (maximalt 12,6 volt), med tre banker anslutna i serie och en tillåten urladdningsström på 52 ampere (2600x20 = 52000 mA).

Hur är produktionen av litiumpolymerbatterier

Vid tillverkning av Li-polymer-kraftförsörjning används denna teknik:

1. Suspensionen appliceras på ett kontrollerat sätt med de aktiva materialen i katoden och anoden (två olika processer) på ytan av aluminium eller kopparfolie, som fungerar som en strömkollektor.
2. Folien med det applicerade materialet torkas, skärs i element med önskad storlek och form.
3. Framställningen av en polymerelektrolyttseparator utförs, vilken sedan placeras mellan folieskikten med de aktiva materialen i katoden och anoden.
4. Flerskiktsbatteriet monteras, tätas och torkas.
5. När man använder en polymerseparator som kräver inkludering av gelelektrolyt, fylls den med rätt mängd elektrolytvätska.
6. Installation av kontaktdynor, förpackning i ett skyddande skal och trimning av dess utskjutande delar.
7. Externa batteriterminaler är installerade.
8. En laddnings / urladdningskontrollcykel och testning utförs.
9. Rullning, sortering efter kapacitet och ritning av lämpliga beteckningar utförs.
10. Vid behov är kablar lödda till batteripolarna.
11. Kvalitetskontroll utförs, förpackningen av battericellerna i huset, på vilken nödvändig märkning och förpackning appliceras.

Funktionsprincipen och litiumpolymerbatteriets enhet

Principen för drift av Li pol-batterier är baserad på användning av en halvledareffekt i polymersubstanser med inneslutningar av elektrolytjoner. Tillsatsen av elektrolyt till polymerer orsakar en ökning av deras jonledningsförmåga medan de isolerande egenskaperna hos plasten bibehålls med avseende på elektroner.

Elektromotorns kraft i förhållande till litiumjoner uppstår som ett resultat av en reversibel kemisk reaktion mellan anoden (plus) av kol (vanligtvis grafit) och katoden (minus) av kobolt, vanadiumoxid eller mangan, placerad i en polymerelektrolyt med litiumsalter.

Det finns tre typer av polymerelektrolyter:

1. Helt torra polymerelektrolyter, som är plast med tillsats av litiumsalter, ger en låg ström vid rumstemperatur, otillräcklig för de flesta moderna enheter och är dyrare än vanliga litiumjonbatterier.
2. Gelliknande polymerelektrolyter, som är torra polymerelektrolyter isär med mjukningsmedel-lösningsmedel, har acceptabla indikatorer på kapacitet, strömstyrka och kostnad och används ofta i praktiken.
3. Icke-vattenhaltiga lösningar av litiumsalter fördelade i en mikroporös polymermatris genom absorption.

Massivt sålda Li Po-batterier är faktiskt hybrider som inte bara kombinerar ren torrpolymerelektrolyt, utan också en liten mängd gelelektrolyt, som också innehåller litiumjonkällor.

Tillsatsen av inneslutningar av gelelektrolyt i en fast polymerelektrolyt ökar dess jonledningsförmåga och elektriska egenskaper, i synnerhet ökar driftsströmmen till det värde som är nödvändigt för de flesta moderna små enheter.

Litiumpolymerbatteri: För- och nackdelar

Li-polymer kraftförsörjning har följande fördelar:

• hög energitäthet i förhållande till deras massa, 4-5 gånger högre än för nickel-kadmiumbatterier och 3-4 gånger högre än för nickel-metallhydridkraftkällor;
• låg självutladdningsström och hög strömeffektivitet;
• förmågan att skapa flexibla och mycket tunna produkter;
• brist på minneseffekt;
• bibehålla spänningen inom acceptabla gränser under en arbetsutladdning
• ett stort antal tillåtna temperaturer under drift (från -20 till +40 grader).

Litiumpolymerbatterier har några nackdelar:

• brandrisk vid överladdning / överhettning. Dessa batterier kräver användning av skyddselektronik, som övervakar laddningsströmmen och temperaturen, samt en speciell laddningsalgoritm;
• åldringseffekten, vilket leder till en minskning av kapaciteten under långvarig lagring och drift (det tros att batteriet förlorar upp till 20% av kapaciteten för varje år);
• fel under djup urladdning (under 3 volt);
• rädsla för överhettning över 60 grader och överladdning över 4,2 volt (med en spänning över 4,5 volt är en explosion möjlig);
• användningen av ett tunt skal (vanligtvis i form av folie) i några av dessa batterier minskar kostnaden för Li Pol-celler, men minskar samtidigt deras styrka.

Var används Li Pol-batterier?

Denna typ av strömkälla på grund av dess lätta vikt och höga kraft används i stor utsträckning för att tillhandahålla ström till små och stora enheter, inklusive:

• mobiltelefoner och smartphones;
• radiostyrda modeller, quadrocopters, mikroplan;
• elverktyg;
• digital teknologi, ultrabooks;
• elbilar.

Li Pols riktlinjer för användning av batterier

För att säkerställa den nödvändiga säkerhetsnivån och förlänga livslängden på friska batterier måste du följa följande regler:

1. i närvaro av skador, svullnad av batterierna, kan de inte användas, utan måste kasseras;
2. batterierna måste laddas med en kvalitetsladdare under övervakning för att undvika överhettning av batteriet. Om det under uppladdningen finns en brinnande lukt, uppblåsthet, antändning, måste du omedelbart stoppa den och koppla bort batteriet från laddaren;
3. det är bättre att ladda på en icke-brännbar yta, till exempel på en keramisk kakel eller porslinsplatta, efter att ha laddat kraftkällan är det bättre att låta den svalna och först sedan börja använda den;
4. en urladdning under 3 volt, överhettning eller överkylning, som minskar kapaciteten och det totala antalet laddnings-urladdningscykler, får inte tillåtas;
5. den längsta livslängden för LiPo-celler uppnås samtidigt som deras laddningsnivå hålls på 45%;
6. Det bästa laddningsläget för LiPo-batterier tillhandahålls av Sony-laddare i cirka tre timmar. Det sker i tre steg:
   • Först, under ungefär en timme, utförs laddningen upp till 70% med likström 0,5-1 från batteriets strömutgång till en spänning på 4,2 volt;
   • Ladda med en tid på 1 timme till 90% med en spänning på högst 4,2 volt med en gradvis minskande ström (upp till cirka 0,2 från strömutgången);
   • I det tredje steget utförs laddning under en timme till 100% med en liten ständigt minskande ström.

Billiga laddare avslutar laddningen i det första steget, när de når en spänning på 4,2 v, så att batteriet inte får sin fulla kapacitet.

• Undvik stötar på batteriet, kortslutningar eller urladdning med mycket höga strömmar, laddning över 4,2 volt per cellbatteri - alla dessa orsaker kan orsaka brand.
• om kompositbatterier från flera Li Pol-celler används är det bättre att ladda dem separat, eller använda en speciell utjämningsladdning med balansering för varje cell. Funktionen för en sådan anordning är att stoppa laddningen av enskilda element när de når en spänning på cirka 4,17 volt;
• Innan du använder nya batterier är det bättre att kalibrera dem genom att dubbla full laddning och urladdning.

I vissa Li Pol-batterier kan en urladdning som är lägre än 2,5 volt leda till metallisering av litium, vilket leder till att ledande broar skapas inuti batteriet och kortslutningen. Vid laddning av ett sådant batteri inträffar okontrollerad uppvärmning, vilket kan leda till explosion av en sådan kraftkälla. Därför är det bättre att använda batterier där spänningen har sjunkit under en kritisk nivå på 3 volt, och om spänningen sjunker till 2,5 volt och därunder måste de kasseras.

Hur du lagrar litiumpolymerbatterier

Det är önskvärt att förvara laddade LiPo-batterier i skyddsfall vid rumstemperatur under laddning på 3,6-3,8 volt.

Innan LiPo-celler lagras rekommenderas att de laddas upp till 40-50%, kopplas bort från enheterna som de strömförsörjer och regelbundet, minst en gång var sjätte månad, kontrollera laddningsnivån.

Avfallshantering av litiumpolymerbatterier

Avfallshantering av LiPo-strömförsörjningar är särskilt relevant på grund av deras stora brandrisk. De är mindre giftiga än nickel-kadmiumbatterier, men innehåller fortfarande ämnen som är skadliga för miljön.

För att helt och säkert bortskaffa Li-polymerbatterier måste följande krav följas:

• Laddade batterier kastas i plastbehållare med vatten-saltlösning (ungefär ett halvt glas salt per 1 liter vatten) i ungefär två veckor (tills gasproduktionen upphör) i en icke-bostadshus. Efter det kan de kastas med vanligt skräp;
• Innan bortskaffandet måste batterierna urladdas till minst en volt (detta kan göras med en glödlampa som en last);
• om batterilådan är skadad, behöver den inte urladdas, men den måste kastas i en vatten-saltlösning;
• om urladdningen produceras av en ström som är mer än tillåten, kopplad till värdet på den maximala strömutgången C, bör batteriet ligga i en hink med sand eller på en annan plats med skydd mot eld;
• Mekanisk förstörelse av batterier som inte är bearbetade i saltlösning är inte tillåtna, vilket kan leda till brand. Speciellt farligt i detta avseende är batterier med en koboltkatod.