Baterii cu polimer de litiu

Dezvoltarea constantă a tehnologiei afectează în mod favorabil multe aspecte ale vieții oamenilor. Necesitatea de a avea surse de putere de înaltă performanță, cu un echilibru bun de siguranță, cost și performanță a dus la crearea de elemente de litiu-polimer.

Ce este o baterie cu polimer de litiu

Bateriile de polimeri Li sunt surse de energie galvanică care folosesc materiale electrolitice saturate de litiu ca electrolit.

Tehnologia litiu-polimer a devenit o nouă etapă în dezvoltarea surselor de alimentare cu ioni de litiu, ceea ce a redus costurile de producție a acestora și a permis crearea de baterii miniaturale și flexibile.

Când cumpărați și utilizați astfel de baterii, trebuie să înțelegeți marcajele aplicate acestora, care are următoarele caracteristici:

• capacitatea bateriei este indicată în mAh;
• numărul de lângă litera engleză S din marcaj indică numărul de elemente individuale (cutii) din baterie, fiecare având o tensiune nominală de 3,7 volți și maximum 4,2 volți;
• numărul de lângă litera C indică puterea maximă de curent în unități de C. Curentul maxim de descărcare în miliampere pe oră este egal cu capacitatea bateriei înmulțită cu această valoare;
• numărul de lângă litera P indică numărul de conserve conectate în paralel. Atunci când se utilizează o can, această valoare nu este de obicei indicată.

Astfel, denumirea 2600 mAh 3S 20C indică o baterie Li-polimer de 2600 mAh cu o tensiune nominală de 11,1 volți (maxim 12,6 volți), cu trei bănci conectate în serie și un curent de descărcare admisibil de 52 amperi (2600x20 = 52000 mA).

Cum este producerea de baterii cu polimer litiu

La fabricarea surselor de energie Li-polimer, această tehnologie este utilizată:

1. Suspensia se aplică într-o manieră controlată cu materialele active ale catodului și anodului (două procese diferite) pe suprafața foliei de aluminiu sau cupru, care acționează ca un colector curent.
2. Folia cu materialul aplicat este uscată, tăiată în elemente de dimensiunea și forma dorită.
3. Se realizează prepararea unui separator de electroliți polimeri, care este apoi plasat între straturile de folie cu materialele active ale catodului și anodului.
4. Bateria cu mai multe straturi este asamblată, sigilată și uscată.
5. Când utilizați un separator de polimeri care necesită includerea electrolitului cu gel, acesta este umplut cu cantitatea potrivită de lichid electrolit.
6. Instalarea plăcuțelor de contact, ambalarea într-o carcasă de protecție și tunderea părților sale proeminente.
7. Terminale de baterii externe sunt instalate.
8. Se efectuează un ciclu de control de încărcare / descărcare și testare.
9. Se efectuează extragerea, sortarea după capacitate și desenarea denumirilor corespunzătoare.
10. Dacă este necesar, firele sunt lipite la bornele bateriei.
11. Se efectuează controlul calității, ambalarea celulelor bateriei din carcasă, pe care se aplică marcajul și ambalarea necesară.

Principiul de funcționare și bateria de polimer de litiu a dispozitivului

Principiul de funcționare al bateriilor Li pol se bazează pe utilizarea unui efect semiconductor în substanțe polimerice cu incluziuni de ioni electroliți. Adăugarea electrolitului la polimeri determină o creștere a conductivității lor ionice, menținând în același timp proprietățile izolatoare ale plasticului față de electroni.

Forța electromotivă în raport cu ionii de litiu apare ca urmare a unei reacții chimice reversibile între anod (plus) de carbon (de obicei grafit) și catod (minus) de cobalt, oxid de vanadiu sau mangan, plasate într-un electrolit polimeric cu săruri de litiu.

Există trei tipuri de electroliți polimerici:

1. Electroliții polimeri complet uscați, care sunt din plastic cu adaos de săruri de litiu, dau un curent scăzut la temperatura camerei, insuficient pentru majoritatea dispozitivelor moderne și sunt mai scumpe decât bateriile obișnuite cu litiu-ion.
2. Electroliții polimerici asemănătoare gelului, care sunt electroliți polimeri uscați intersectați cu solvenții plastifianți, au indicatori acceptabili de capacitate, rezistență și costuri curente și sunt utilizați cel mai des în practică.
3. Soluții neapoase de săruri de litiu distribuite într-o matrice de polimeri microporoși prin absorbție.

Bateriile Li Po vândute masiv sunt de fapt hibrizi care combină nu numai electrolitul pur polimer uscat, ci și o cantitate mică de electrolit cu gel, care conține, de asemenea, surse de litiu-ion.

Adăugarea incluziunilor de electrolit gel într-un electrolit polimeric solid crește conductivitatea ionică și caracteristicile electrice, în special, curentul de funcționare crește la valoarea necesară pentru majoritatea dispozitivelor moderne de dimensiuni mici.

Baterie cu litiu polimer: pro și contra

Sursele de energie Li-polimer au următoarele avantaje:

• densitate energetică ridicată în raport cu masa lor, de 4-5 ori mai mare decât cea a bateriilor de nichel-cadmiu și de 3-4 ori mai mare decât cea a surselor de alimentare cu hidrură de nichel-metal;
• curent scăzut de auto-descărcare și eficiență mare a curentului;
• capacitatea de a crea produse flexibile și foarte subțiri;
• lipsa efectului de memorie;
• menținerea tensiunii în limite acceptabile în timpul descărcării de lucru;
• o gamă largă de temperaturi admise în timpul funcționării (de la -20 la +40 grade).

Bateriile cu polimer de litiu prezintă unele dezavantaje:

• pericol de incendiu în caz de supraîncărcare / supraîncălzire. Aceste baterii necesită utilizarea de electronice de protecție, care monitorizează curentul de încărcare și temperatura, precum și un algoritm special de încărcare;
• efectul de îmbătrânire, care duce la o scădere a capacității în timpul depozitării și funcționării pe termen lung (se crede că bateria pierde până la 20% din capacitate pentru fiecare an);
• eșec în timpul descărcării profunde (sub 3 volți);
• frica de supraîncălzire peste 60 de grade și supraîncărcare peste 4,2 volți (cu o tensiune peste 4,5 volți, este posibilă o explozie);
• utilizarea unei cochilii subțiri (de obicei sub formă de folie) în unele dintre aceste baterii reduce costul celulelor Li Pol, dar în același timp reduce rezistența acestora.

Unde se folosesc bateriile Li Pol?

Datorită greutății sale ușoare și a puterii mari, acest tip de alimentare este utilizat pe scară largă pentru a furniza energie dispozitivelor de dimensiuni mici și mari, inclusiv:

• telefoane mobile și smartphone-uri;
• modele controlate radio, quadrocoptere, microplanete;
• instrument electric;
• tehnologie digitală, ultrabook-uri;
• mașini electrice

Linii directoare privind utilizarea bateriei Li Pol

Pentru a asigura nivelul necesar de siguranță și pentru a prelungi durata de viață a bateriilor sănătoase, trebuie să respectați următoarele reguli:

1. în caz de deteriorare, umflare a bateriilor, acestea nu pot fi utilizate, dar trebuie eliminate;
2. bateriile trebuie încărcate cu un încărcător de calitate sub supraveghere, evitând supraîncălzirea bateriei. Dacă în timpul încărcării există un miros arzător, balonare, aprindere, trebuie să îl opriți imediat și să deconectați bateria de la încărcător;
3. este mai bine să vă încărcați pe o suprafață necombustibilă, de exemplu pe o țiglă ceramică sau pe o placă de porțelan, după încărcarea completă a sursei de energie, este mai bine să o lăsați să se răcească și abia apoi să începeți să o utilizați;
4. nu trebuie admisă o descărcare sub 3 volți, supraîncălzire sau supraîncălzire, care reduce capacitatea și numărul total de cicluri de încărcare-descărcare;
5. cea mai lungă durată de viață a celulelor LiPo este obținută menținând nivelul de încărcare la 45%;
6. Cel mai bun mod de încărcare pentru bateriile LiPo este furnizat de încărcătoarele Sony timp de aproximativ trei ore. Se desfășoară în trei etape:
   • În primul rând, timp de aproximativ o oră, încărcarea se realizează până la 70% cu curent continuu de 0,5-1 de la ieșirea curentă a bateriei până la o tensiune de 4,2 volți;
   • Încărcarea cu o durată de 1 oră până la 90% cu o tensiune de maximum 4,2 volți cu un curent în scădere treptată (până la aproximativ 0,2 de la ieșirea de curent);
   • La a treia etapă, încărcarea se efectuează peste o oră până la 100% cu un curent mic în continuă scădere.

Încărcătoarele ieftine încetează încărcarea în prima etapă, la atingerea unei tensiuni de 4,2 V, astfel încât bateria să nu-și câștige întreaga capacitate.

• Evitați șocurile asupra bateriei, scurtcircuitelor sau descărcărilor cu curenți foarte mari, supraîncărcând peste 4,2 volți per componentă a bateriei celulare - toate acestea provoacă un incendiu;
• dacă sunt utilizate baterii compuse din mai multe celule Li Pol, este mai bine să le încărcați separat sau să utilizați o încărcare specială de egalizare cu echilibrarea pentru fiecare celulă. Principiul funcționării unui astfel de dispozitiv este de a opri încărcarea elementelor individuale atunci când acestea ating o tensiune de aproximativ 4,17 volți;
• Înainte de punerea în funcțiune a bateriilor noi, este mai bine să le calibrați prin încărcare și descărcare dublă.

În unele baterii Li Pol, o descărcare mai mică de 2,5 volți poate duce la metalizarea litiului, ceea ce duce la crearea de punți conductoare în interiorul bateriei și scurtcircuit. Când încărcați o astfel de baterie, se produce încălzirea necontrolată, ceea ce poate duce la explozia unei astfel de surse de energie. Prin urmare, bateriile în care tensiunea a scăzut sub un nivel critic de 3 volți este mai bine să nu fie utilizate, iar dacă tensiunea scade la 2,5 volți și mai jos, acestea trebuie eliminate.

Cum se păstrează bateriile cu polimer de litiu

Este de dorit să stocați bateriile LiPo încărcate în cutii de protecție la temperatura camerei, în timp ce încărcați la nivelul de 3,6-3,8 volți.

Înainte de stocarea celulelor LiPo, se recomandă ca acestea să fie încărcate până la 40-50%, deconectate de la dispozitivele pe care le alimentează și periodic, cel puțin o dată la șase luni, să verifice nivelul de încărcare.

Eliminarea bateriilor cu polimer de litiu

Eliminarea surselor de alimentare LiPo are o relevanță deosebită datorită riscului ridicat de incendiu. Sunt mai puțin toxice decât bateriile de nichel-cadmiu, dar conțin totuși substanțe dăunătoare pentru mediu.

Pentru a elimina complet și în siguranță bateriile Li-polimer, trebuie respectate următoarele cerințe:

• Bateriile descărcate sunt aruncate în recipiente de plastic cu soluție apă-sare (aproximativ jumătate de pahar de sare la 1 litru de apă) timp de aproximativ 2 săptămâni (până când producția de gaz se oprește) într-o clădire nerezidențială. După aceea, ele pot fi aruncate cu gunoi obișnuit;
• Înainte de eliminare, bateriile trebuie descărcate la cel puțin un volt (acest lucru se poate face cu un bec sub formă de încărcare);
• dacă carcasa bateriei este deteriorată, atunci nu trebuie descărcată, dar trebuie eliminată într-o soluție apă-sare;
• dacă descărcarea este produsă de un curent mai mult decât admis, conectat cu valoarea curentului maxim C, atunci bateria trebuie să fie într-o găleată de nisip sau într-un alt loc cu protecție împotriva incendiilor;
• Nu este permisă distrugerea mecanică a bateriilor neprocesate în soluție salină, ceea ce poate duce la incendiu. Mai ales periculoase în acest sens sunt bateriile cu un catod de cobalt.