Lithium polymerové baterie

Neustálý vývoj technologie příznivě ovlivňuje mnoho aspektů života lidí. Potřeba vysoce výkonných napájecích zdrojů s dobrým poměrem bezpečnosti, nákladů a výkonu vedla k vytvoření lithium-polymerních prvků.

Co je lithium-polymerová baterie

Li polymerové baterie jsou galvanické napájecí zdroje, které jako elektrolyt používají lithium-nasycené polymerní materiály.

Lithium-polymerová technologie se stala novou etapou ve vývoji lithium-iontových zdrojů energie, což snížilo náklady na jejich výrobu a umožnilo vytvoření miniaturních a flexibilních baterií.

Při nákupu a používání takových baterií musíte porozumět značkám, které se na ně vztahují a které mají následující vlastnosti:

• kapacita baterie je uvedena v mAh;
• číslo vedle anglického písmene S v označení označuje počet jednotlivých prvků (plechovek) v baterii, z nichž každý má jmenovité napětí 3,7 voltu a maximum 4,2 voltu;
• číslo vedle písmene C označuje maximální proudový výstup v jednotkách C. Maximální vybíjecí proud v miliampérech za hodinu se rovná kapacitě baterie vynásobené touto hodnotou;
• číslo vedle písmene P označuje počet paralelně zapojených plechovek. Při použití jedné plechovky tato hodnota obvykle není uvedena.

Označení 2600 mAh 3S 20C znamená 2600 mAh Li-polymerovou baterii s jmenovitým napětím 11,1 voltu (maximum 12,6 voltu), se třemi sériemi zapojenými do série a přípustným vybíjecím proudem 52 ampérů (2600x20 = 52000 mA).

Jak je výroba lithium-polymerových baterií

Při výrobě napájecích zdrojů Li-polymer se tato technologie používá:

1. Suspenze se aplikuje kontrolovaným způsobem s aktivními materiály katody a anody (dva různé procesy) na povrch hliníkové nebo měděné fólie, která působí jako sběrač proudu.
2. Fólie s naneseným materiálem se vysuší, rozřeže na prvky požadované velikosti a tvaru.
3. Provádí se oddělovač polymerního elektrolytu, který se potom umístí mezi vrstvy fólie s aktivními materiály katody a anody.
4. Vícevrstvá baterie se sestavuje, utěsňuje a suší.
5. Při použití odlučovače polymerů, který vyžaduje inkluze gelového elektrolytu, je naplněn správným množstvím elektrolytu.
6. Instalace kontaktních podložek, zabalení do ochranné skořepiny a ořezávání vyčnívajících částí.
7. Jsou nainstalovány svorky externí baterie.
8. Provádí se kontrolní cyklus nabíjení / vybíjení a testování.
9. Provádí se vyřazování, třídění podle kapacity a nakreslení příslušných označení.
10. V případě potřeby jsou vodiče připojeny ke svorkám baterie.
11. Provádí se kontrola kvality, balení bateriových článků do pouzdra, na kterém se nanáší potřebné značení a balení.

Princip činnosti a lithium-polymerová baterie zařízení

Princip fungování Li pol baterií je založen na použití polovodičového jevu v polymerních látkách s inkluzem elektrolytických iontů. Přídavek elektrolytu k polymerům způsobuje zvýšení jejich iontové vodivosti při zachování izolačních vlastností plastu s ohledem na elektrony.

Elektromotorická síla s ohledem na lithné ionty nastává v důsledku reverzibilní chemické reakce mezi anodou (plus) uhlíku (obvykle grafit) a katodou (minus) kobaltu, oxidu vanadu nebo manganu, umístěnou v polymerním elektrolytu se lithnými solemi.

Existují tři typy polymerních elektrolytů:

1. Zcela suché polymerní elektrolyty, které jsou plastové s přídavkem solí lithia, dávají při pokojové teplotě nízký proud, nedostatečné pro většinu moderních zařízení a jsou dražší než běžné lithium-iontové baterie.
2. Gelové polymerní elektrolyty, což jsou suché polymerní elektrolyty rozptýlené se změkčovadly-rozpouštědly, mají přijatelné ukazatele kapacity, proudové síly a ceny a nejčastěji se používají v praxi.
3. Nevodné roztoky lithných solí distribuovaných v mikroporézní polymerní matrici absorpcí.

Masivně prodávané Li Po baterie jsou vlastně hybridy, které kombinují nejen čistý suchý polymerní elektrolyt, ale také malé množství gelového elektrolytu, který také obsahuje lithium-iontové zdroje.

Přidání inkluzí gelového elektrolytu do pevného polymerního elektrolytu zvyšuje jeho iontovou vodivost a elektrické vlastnosti, zejména provozní proud se zvyšuje na hodnotu nezbytnou pro nejmodernější zařízení malých rozměrů.

Lithium Polymer Battery: Klady a zápory

Zdroje Li-polymeru mají následující výhody:

• vysoká hustota energie ve vztahu k jejich hmotnosti, 4 až 5krát vyšší než u nikl-kadmiových baterií a 3 až 3krát vyšší než u zdrojů energie hydridu niklu a kovu;
• nízký samonabíjecí proud a vysoká proudová účinnost;
• schopnost vytvářet flexibilní a velmi tenké výrobky;
• nedostatek paměťového efektu;
• udržování napětí v přijatelných mezích během pracovního výboje;
• široký rozsah přípustných teplot během provozu (od -20 do +40 stupňů).

Lithiové polymerové baterie mají některé nevýhody:

• nebezpečí požáru v případě přebití / přehřátí. Tyto baterie vyžadují použití ochranné elektroniky, která monitoruje nabíjecí proud a teplotu, jakož i speciální algoritmus nabíjení;
• účinek stárnutí, který vede ke snížení kapacity během dlouhodobého skladování a provozu (věří se, že baterie ztrácí až 20% kapacity za každý rok);
• porucha při hlubokém výboji (pod 3 V);
• strach z přehřátí nad 60 stupňů a přebití nad 4,2 voltů (při napětí nad 4,5 voltech je možná exploze);
• použití tenké skořápky (obvykle ve formě fólie) v některých z těchto baterií snižuje náklady na články Li Pol, ale zároveň snižuje jejich sílu.

Kde se používají baterie Li Pol?

Vzhledem ke své nízké hmotnosti a vysokému výkonu se tento typ zdroje energie běžně používá k napájení malých a velkých zařízení, včetně:

• mobilní telefony a smartphony;
• Rádiem ovládané modely, kvadrokoptéry, mikroplanety;
• elektrické nářadí;
• digitální technologie, ultraknihy;
• elektromobily.

Li Pol Pokyny pro používání baterií

Abyste zajistili nezbytnou úroveň bezpečnosti a prodloužili životnost zdravých baterií, musíte dodržovat následující pravidla:

1. v případě poškození, otoků baterií, nemohou být použity, ale musí být zlikvidovány;
2. baterie je třeba nabíjet kvalitní nabíječkou pod dohledem, aby nedošlo k přehřátí baterie. Pokud během nabíjení dojde k zápachu, nadýmání, zapálení, musíte jej okamžitě zastavit a odpojit baterii od nabíječky;
3. je lepší nabíjet na nehořlavém povrchu, například na keramické dlaždici nebo porcelánové desce, po úplném nabití zdroje energie je lepší nechat jej vychladnout a teprve poté jej začít používat;
4. nesmí být povolen výboj pod 3 volty, přehřátí nebo podchlazení, které snižují kapacitu a celkový počet cyklů vybíjení a vybití;
5. nejdelší životnost LiPo buněk je dosažena při udržení úrovně nabití na 45%;
6. Nejlepší režim nabíjení LiPo baterií zajišťují nabíječky Sony přibližně na tři hodiny. Probíhá ve třech fázích:
   • Nejprve po dobu asi jedné hodiny je nabíjení prováděno až do 70% stejnosměrným proudem 0,5-1 z proudu na baterii na napětí 4,2 V;
   • Dobíjení po dobu 1 hodiny až 90% s napětím nepřesahujícím 4,2 V s postupně klesajícím proudem (až asi 0,2 z proudového výstupu);
   • Ve třetí fázi se nabíjení provádí za hodinu až 100% s malým neustále klesajícím proudem.

Levné nabíječky ukončují nabíjení v první fázi, když dosáhnou napětí 4,2 V, takže baterie nezíská plnou kapacitu.

• Vyvarujte se nárazu na baterii, zkratům nebo vybití velmi vysokými proudy, dobíjení nad 4,2 voltu na článek článku baterie - všechny tyto příčiny mohou způsobit požár;
• pokud se používají složené baterie z několika článků Li Pol, je lepší je nabíjet samostatně nebo použít vyrovnávací nabíjení s vyrovnáváním pro každý článek. Princip činnosti takového zařízení je zastavit nabíjení jednotlivých prvků, když dosáhnou napětí asi 4,17 voltů;
• Před uvedením nových baterií do provozu je lepší provést jejich kalibraci dvojnásobným úplným nabitím a vybitím.

U některých Li Pol baterií může výboj menší než 2,5 V vést k metalizaci lithia, což vede k vytvoření vodivých můstků uvnitř baterie a ke zkratu. Při nabíjení takové baterie dochází k nekontrolovanému zahřívání, které může vést k explozi takového zdroje energie. Baterie, ve kterých napětí kleslo pod kritickou úroveň 3 V, se proto lépe nepoužívají, a pokud napětí klesne na 2,5 V a méně, musí být zlikvidovány.

Jak uchovávat lithium-polymerové baterie

Je žádoucí skladovat nabité LiPo baterie v ochranných případech při pokojové teplotě při nabíjení na úrovni 3,6 až 3,8 V.

Před uložením LiPo článků se doporučuje, aby byly nabity až na 40-50%, odpojeny od zařízení, která napájejí, a pravidelně, alespoň jednou za šest měsíců, zkontrolujte úroveň nabití.

Likvidace lithium-polymerových baterií

Likvidace napájecích zdrojů LiPo je zvláště důležitá z důvodu jejich vysokého nebezpečí požáru. Jsou méně toxické než nikl-kadmiové baterie, ale stále obsahují látky, které jsou škodlivé pro životní prostředí.

Aby bylo možné Li-polymerové baterie zcela a bezpečně zlikvidovat, musí být dodrženy následující požadavky:

• Vybité baterie se likvidují v plastových nádobách s roztokem voda-sůl (asi polovina sklenice soli na 1 litr vody) po dobu asi 2 týdnů (do zastavení produkce plynu) v nebytovém domě. Poté je lze zahodit obyčejným odpadkem;
• Před likvidací musí být baterie vybity alespoň na jeden volt (to lze provést pomocí žárovky jako zátěže);
• pokud je kryt baterie poškozen, nemusí být vybitý, ale musí být zlikvidován ve vodném roztoku;
• pokud je výboj produkován proudem více než přípustným, spojeným s hodnotou maximálního proudového výstupu C, pak by baterie měla být v kbelíku s pískem nebo na jiném místě s ochranou proti ohni;
• Mechanické ničení baterií nezpracovaných ve fyziologickém roztoku není povoleno, což by mohlo vést k požáru. Z tohoto hlediska jsou zvláště nebezpečné baterie s kobaltovou katodou.