Klassifizierung und sichere Verwendung von Lithium-Polymer-Batterien

Eine Polymerlithiumbatterie ist eine Polymerlithiumionenbatterie. Lithium-Ionen-Batterien werden je nach dem im Lithium verwendeten Elektrolytmaterial in eine Flüssig-Lithium-Ionen-Batterie (Liquified Lithium-Ion Battery, abgekürzt als LIB) und eine Polymer-Lithium-Ionen-Batterie (Polymer Lithium-Ion Battery, abgekürzt als PLB) eingeteilt Ionenbatterie. Die in der Polymerlithiumionenbatterie verwendeten positiven und negativen Materialien sind die gleichen wie die flüssigen Lithiumionen. Das positive Elektrodenmaterial ist in Lithiumcobaltat, Lithiummanganat, ternäres Material und lithiumeisenphosphatmaterial unterteilt, und die negative Elektrode ist Graphit. Das Funktionsprinzip der Batterie ist ebenfalls grundsätzlich konsistent. Der Hauptunterschied besteht darin, dass der Elektrolyt unterschiedlich ist. Die Flüssiglithiumionenbatterie verwendet einen flüssigen Elektrolyten, und die Polymerlithiumionenbatterie wird durch einen Festpolymerelektrolyten ersetzt. Das Polymer kann entweder "trocken" oder "kolloidal" sein, wobei der größte Teil der gegenwärtigen Verwendung von kolloidalen Polymerelektrolyten besteht.

A. Klassifizierung

Solide

Der Lithium-Ionen-Batterieelektrolyt aus festem Polymerelektrolyt ist eine Mischung aus einem Polymer und einem Salz, und die Batterie hat bei normaler Temperatur eine geringe Ionenleitfähigkeit und kann bei normaler Temperatur verwendet werden.

Gel

Die Gelpolymerelektrolyt-Lithiumionenbatterie fügt dem festen Polymerelektrolyten ein Additiv wie einen Weichmacher hinzu, um die Ionenleitfähigkeit zu erhöhen und die Verwendung der Batterie bei normaler Temperatur zu ermöglichen.

Polymer

Die Lithiumionenbatterie des positiven Polymerelektrodenmaterials verwendet ein leitfähiges Polymer als positives Elektrodenmaterial, und seine spezifische Kapazität ist relativ erhöht. Da der Festelektrolyt anstelle des flüssigen Elektrolyten verwendet wird, hat die Polymer-Lithium-Ionen-Batterie den Vorteil, dass sie im Vergleich zur Flüssig-Lithium-Ionen-Batterie dünner, beliebig breit und beliebig geformt ist, so dass das Batteriegehäuse aus Aluminium-Kunststoff hergestellt werden kann Verbundfolie, wodurch die spezifische Kapazität der gesamten Batterie verbessert werden kann; Die Polymer-Lithium-Ionen-Batterie kann das Polymer auch als positives Elektrodenmaterial verwenden, und ihre massenspezifische Energie ist mehr als 20% höher als die aktuelle Flüssig-Lithium-Ionen-Batterie. Die Polymer-Lithium-Ionen-Batterie (Polymer-Lithium-Ionen-Batterie) zeichnet sich durch Kompaktheit, Dünnheit und Leichtigkeit aus. Daher wird der Marktanteil von Polymerbatterien allmählich zunehmen.

B. Merkmale

Polymer-Lithium-Ionen-Batterien weisen die folgenden Eigenschaften auf:

1 Formflexibilität;

2 höhere massenspezifische Energie (3-fache MH-Ni-Batterie);

3 Fensterbreite für elektrochemische Stabilität, bis zu 5 V;

4 perfekte Sicherheit und Zuverlässigkeit;

5 längere Lebensdauer, weniger Kapazitätsverlust;

6 die Volumenauslastung ist hoch;

7 eine breite Palette von Anwendungen.

C. Überlegungen

Achten Sie auf Kurzschlussbedingungen

Polymer-Lithium-Ionen-Batterien neigen während des Ladevorgangs zu Kurzschlüssen. Dazu gehören: interner Kurzschluss und externer Kurzschluss usw.

Obwohl die meisten Lithium-Ionen-Batterien jetzt über Kurzschlussschutzschaltungen und explosionsgeschützte Leitungen verfügen, funktioniert diese Schutzschaltung in vielen Fällen nicht unbedingt unter verschiedenen Bedingungen, und die explosionsgeschützte Leitung kann eine begrenzte Rolle spielen. .

Überladen Sie die zweite Ladung nicht

Polymer-Lithium-Ionen-Batterien: Wenn die Ladezeit zu lang ist, erhöht sich die Möglichkeit einer Expansion.

Die chemischen Eigenschaften von Lithium sind sehr aktiv und leicht zu verbrennen. Wenn der Akku geladen und entladen wird, erwärmt sich das Innere des Akkus weiter. Das während des Aktivierungsprozesses erzeugte Gas dehnt sich aus, der Innendruck der Batterie steigt an und der Druck erreicht ein bestimmtes Niveau. Wenn das äußere Gehäuse zerkratzt ist, reißt es. Dies kann zu Undichtigkeiten, Bränden oder sogar Explosionen führen. Polymer-Lithium-Ionen-Batterien dehnen sich nur aus.

Achten Sie bei der Verwendung auf die Sicherheit.

D. Grundsätze

Lithium-Ionen-Batterien haben derzeit zwei Arten von Flüssig-Lithium-Ionen-Batterien (LIB) und Polymer-Lithium-Ionen-Batterien (PLB). Unter diesen bezieht sich die Flüssiglithiumionenbatterie auf eine Sekundärbatterie, bei der die Li + -Interkalationsverbindung eine positive oder eine negative Elektrode ist. Die positive Elektrode besteht aus der Lithiumverbindung LiCoO2, LiNiO2 oder LiMn2O4, und die negative Elektrode besteht aus der Lithium-Kohlenstoff-Zwischenschichtverbindung LixC6. Das typische Batteriesystem ist:

(-) C | LiPF6 - EC + DEC | Li Co O2 (+)

Rd

Positive Elektrodenreaktion (Oxidationsreaktion): LiCoO2 = Li1-xCoO2 + xLi ++ xe ------------ (2.1)

Negative Reaktion (Reduktionsreaktion): 6C + xLi ++ xe- = LixC6 ----------- (2.2)

Gesamtbatteriereaktion: LiCoO2 + 6C = Li1-xCoO2 + LixC6 ----------- (2.3)

Das Prinzip der Polymer-Lithium-Ionen-Batterie ist das gleiche wie das von flüssigem Lithium. Der Hauptunterschied besteht darin, dass sich der Elektrolyt von flüssigem Lithium unterscheidet. Die Hauptstruktur der Batterie umfasst drei Elemente: positive Elektrode, negative Elektrode und Elektrolyt. Die sogenannte Polymer-Lithium-Ionen-Batterie bedeutet, dass mindestens eine oder mehrere der drei Hauptstrukturen ein Polymermaterial als Hauptbatteriesystem verwenden. In dem derzeit entwickelten Polymer-Lithium-Ionen-Batteriesystem werden Polymermaterialien hauptsächlich für die positive Elektrode und den Elektrolyten verwendet. Das positive Elektrodenmaterial umfasst ein leitfähiges hochmolekulares Polymer oder eine anorganische Verbindung, die in einer allgemeinen Lithiumionenbatterie verwendet wird, und der Elektrolyt kann einen festen oder kolloidalen Polymerelektrolyten oder einen organischen Elektrolyten verwenden. Im Allgemeinen verwendet eine Lithiumionentechnik eine Flüssigkeit oder einen kolloidalen Elektrolyten, so dass es erforderlich ist, dass die robuste Sekundärverpackung brennbare Wirkstoffe aufnimmt, was das Gewicht erhöht und die Größenflexibilität einschränkt.

Eine neue Generation von Polymer-Lithium-Ionen-Batterien kann in ihrer Form verdünnt werden (ATL-Batterien können im Vergleich zur Dicke einer Karte bis zu 0,5 mm dünn sein), beliebig gelesen und beliebig geformt werden, wodurch das Batteriedesign erheblich verbessert wird. Die Flexibilität, um dem Produkt zu entsprechen Die Anforderungen an eine Batterie jeder Form und Kapazität bieten Geräteentwicklern eine gewisse Designflexibilität und Anpassungsfähigkeit ihrer Stromversorgungslösungen, um die Produktleistung zu maximieren. Gleichzeitig ist die Energieeinheit der Polymer-Lithium-Ionen-Batterie 20% höher als die der aktuellen allgemeinen Lithium-Ionen-Batterie, und ihre Kapazität und Umgebungsleistung sind besser als die der Lithium-Ionen-Batterie.

E. den Ausblick

Derzeit weisen Mobiltelefone folgende Entwicklungstrends auf:

(1) Das Mobiltelefon selbst entwickelt sich in Richtung Miniaturisierung und Ausdünnung, um das Tragen von Verbrauchern zu erleichtern.

(2) Die Personalisierung des Handy-Designs, das Leistungskonzept ist nicht mehr die ursprüngliche quadratische Form, unregelmäßige Form gekrümmte Oberfläche Design ist zum Mainstream der Handy-Design-Ästhetik geworden;

(3) Die Verwendung von Farbbildschirmen und Mobiltelefonfunktionen nimmt weiter zu. Um das Mobiltelefon zu miniaturisieren, sind Batteriereduzierung und Ausdünnung die effektivsten Methoden. Die Dicke des Akkus unter 4 mm ist zum Haupttrend der Konfiguration dünner Mobiltelefone geworden. In Bezug auf die Kostenleistung ist dies die Spezialität des Polymers. Der effektive Raum, den das Mobiltelefon mit unregelmäßiger Form, Krümmung und gekrümmter Oberfläche hinterlässt, wird unregelmäßig. Die flüssige rechteckige Form nutzt den Raum nicht effizient aus und hat eine geringe Kapazität, und das laminierte Polymer kann einen solchen unregelmäßigen Raum am effizientesten nutzen, um die Kapazität zu vergrößern. Mit der kürzlich von der TCL Jinneng Company eingeführten bogenförmigen Batterie, Trapezbatterie und Rucksackbatterie kann die Kapazität des Mobiltelefons im Vergleich zur Flüssigkeitsbatterie mit den entsprechenden Spezifikationen um mehr als 20% gesteigert werden. Immer mehr Mobiltelefone funktionieren, was zu einem immer höheren Stromverbrauch führt. Die Batteriekapazität muss entsprechend erhöht werden. Polymerbatterien haben erhebliche Vorteile, ohne die Dicke der Batterie zu erhöhen. In ähnlicher Weise bewegen sich Notebooks, Bluetooth-Headsets, PHS-Telefone, mobile DVDs und andere Geräte in Richtung mobil und tragbar, alle mit Flüssigkristallanzeige ausgestattet, und die Funktionen nehmen zu, und der LCD-Bildschirm nimmt ständig zu. Diese bieten einige Möglichkeiten für Polymer-Lithium-Ionen-Batterien.

Polymer-Lithium-Ionen-Batterien werden seit mehr als zwei Jahren weltweit gereift und vermarktet. Obwohl das Verkaufsvolumen schnell wächst, liegt sein Marktanteil immer noch bei rund 10%, was nicht mit 90% der Erwartungen der Menschen an den Marktanteil von Flüssiglithiumbatterien vergleichbar ist. Aus verschiedenen Gründen ist der Preis für Polymere auf dem Markt im Allgemeinen höher als der für flüssige Lithiumbatterien. Da sich jedoch der Wettbewerbsmodus mobiler Geräte stark ändert, wird der Designwert von Polymerbatterien für mobile Geräte (z. B. 4 mm) von immer mehr Designern wie Mobiltelefonen und mobilen DVDs erkannt. Die Polymerhersteller sind weiterhin zuversichtlich, dass die Polymer-Ära kommen wird. [6]

F. Vor- und Nachteile

Vorteil

1. Die Betriebsspannung der Einzelzelle beträgt 3,6 V bis 3,8 V, was viel höher ist als die 1,2 V-Spannung von Ni-MH- und Ni-Cd-Batterien.

2. Die Kapazitätsdichte ist groß und die Kapazitätsdichte beträgt das 1,5- bis 2,5-fache oder mehr der Nickel-Wasserstoff-Batterie oder der Nickel-Cadmium-Batterie.

3. Die Selbstentladung ist gering und der Kapazitätsverlust ist nach längerer Platzierung gering.

4. Lange Lebensdauer, normale Nutzung der Zykluslebensdauer kann mehr als das 500-fache erreichen.

5. Es gibt keinen Memory-Effekt. Es ist nicht erforderlich, die verbleibende Energie vor dem Aufladen zu entleeren, was bequem zu bedienen ist.

6. Gute Sicherheitsleistung

Die Polymer-Lithium-Batterie besteht aus einer flexiblen Aluminium-Kunststoff-Verpackung, die sich vom Metallgehäuse der Flüssigkeitsbatterie unterscheidet. Sobald das Sicherheitsrisiko auftritt, kann die Flüssigkeitsbatterie leicht explodieren, und die Polymerbatterie kann höchstens luftgestrahlt werden.

7. Kleine Dicke, kann dünner gemacht werden

Der ultradünne Akku kann zu einer Kreditkarte zusammengebaut werden. Gewöhnliche flüssige Lithiumbatterien verwenden die Methode zum Anpassen des Außengehäuses und zum Verstopfen der positiven und negativen Materialien. Die Dicke beträgt 3,6 mm oder weniger. Es gibt einen technischen Engpass. Der Polymerbatteriekern hat dieses Problem nicht. Die Dicke kann weniger als 1 mm betragen, was der aktuellen Nachfrage nach Mobiltelefonen entspricht. .

8. Leichtgewichtler

Eine Batterie, die einen Polymerelektrolyten verwendet, benötigt keine Metallhülle als schützende Außenverpackung. Das Gewicht der Polymerbatterie ist 40% leichter als die Stahlschalen-Lithiumbatterie mit derselben Kapazitätsspezifikation und 20% leichter als die Aluminiumschalenbatterie.

9. Große Kapazität

Die Polymerbatterie hat eine um 10-15% höhere Kapazität als die gleich große Stahlschalenbatterie, die 5-10% höher ist als die der Aluminiumschalenbatterie. Es ist die erste Wahl für Farbbildschirm-Mobiltelefone und MMS-Mobiltelefone. Heutzutage werden auf dem neuen Farbbildschirm und den auf dem Markt befindlichen MMS-Mobiltelefonen hauptsächlich Polymerbatterien verwendet.

10. Kleiner Innenwiderstand

Der Innenwiderstand des Polymerbatteriekerns ist kleiner als der der allgemeinen Flüssigkeitsbatterie. Gegenwärtig kann der Innenwiderstand des inländischen Polymerbatteriekerns sogar weniger als 35 mΩ betragen, was den Eigenverbrauch der Batterie erheblich verringert und die Standby-Zeit des Integrationsgrades des Mobiltelefons mit dem internationalen verlängert. Diese Polymer-Lithium-Batterie, die große Entladeströme unterstützt, ist eine ideale Wahl für ferngesteuerte Modelle und die vielversprechendste Alternative zu Nickel-Metallhydrid-Batterien.

11. Form kann angepasst werden

Hersteller sind nicht auf Standardformen beschränkt und können wirtschaftlich auf die richtige Größe gebracht werden. Polymerbatterien können die Dicke der Batterien je nach Kundenwunsch erhöhen oder verringern. Entwickeln Sie neue Batteriemodelle, die billig sind, einen offenen Zyklus haben und einige können sogar an die Form von Mobiltelefonen angepasst werden, um den Platz im Batteriegehäuse voll auszunutzen und die Batteriekapazität zu verbessern.

12. Gute Entladungseigenschaften

Die Polymerbatterie verwendet einen kolloidalen Elektrolyten, der eine glatte Entladungscharakteristik und eine höhere Entladungsplattform als ein flüssiger Elektrolyt aufweist.

13. Die Schutzplatine ist einfach aufgebaut

Aufgrund der Verwendung von Polymermaterialien entzündet oder explodiert der Batteriekern nicht und der Batteriekern selbst bietet ausreichende Sicherheit. Daher kann das Schutzschaltungsdesign der Polymerbatterie weggelassen werden, indem der PTC und die Sicherung weggelassen werden, wodurch Batteriekosten gespart werden.

Nachteil

1. Die Batteriekosten sind hoch und das Elektrolytsystem ist schwer zu reinigen.

2. Es ist notwendig, die Leitungssteuerung zu schützen. Überladung oder Überentladung zerstören die Reversibilität der internen chemischen Substanzen der Batterie und beeinträchtigen somit die Lebensdauer der Batterie erheblich.

G. Leistungsstudie

Die Eigenschaften des Homopolymers Polyvinylidenfluorid (PVdF), Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen-Binärcopolymer (PVdF-HFP) als Polymer-Lithiumionen-Batterie-Gerüstmaterialien wurden verglichen. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass PVdF als Gerüstmaterial für Polymer-Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden kann, um mit geeigneten technischen Mitteln eine bessere Leistung als PVdF-HFP-Copolymer zu erzielen.

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