Aufbau, Eigenschaften und Aufbau des Lipo-Akkus

Was ist der Aufbau eines Lipo-Akkus?

lithium-polymer-batterie (Lipo-Batterie) ist eine wiederaufladbare Form von Batterien. Es basiert auf der Lithium-Ionen-Technologie. Es wird unter Verwendung eines Polymerelektrolyten anstelle des herkömmlichen flüssigen Elektrolyten hergestellt. Die LiPo-Batterien liefern eine höhere spezifische Energie als herkömmliche Lithiumbatterien. Sie sind sehr leicht, deshalb werden sie in Produkten verwendet, bei denen das Gewicht eine entscheidende Rolle spielt, wie z. B. Mobiltelefone oder ferngesteuerte Flugzeuge.

LiPo-Akkus folgen den Spuren ihrer Vorgänger Lithium-Ionen- und Lithium-Metall-Zellen. Seit den 1980er Jahren wurden auf diesem Gebiet zahlreiche Forschungen durchgeführt. Bis im Jahr 1991, als Sony seine erste kommerzielle zylindrische Li-Ionen-Zelle herausbrachte. Dies war der Ausgangspunkt für die Erfolge, die seitdem auf diesem Gebiet erzielt wurden.

LiPo-Akkus sind bekannt für ihre hervorragenden "Boost-Entladefähigkeiten".

Der Aufbau des LiPo-Akkus ist wie folgt:

• Die Anode: Die Anode der LiPo-Batterien besteht aus: Stromkollektor aus Aluminiumfolie. Metalloxidaktives Material (NMC, NCA, LCO, LFP). Bindemittel (PVDF - Polyvinyldine Fluorid). Leitfähiger Kohlenstoff (Acetylenschwarz, Vulkan, Graphit)

• Die Kathode: Die Kathode in einem LiPo-Akku besteht aus: Kupferstromkollektor. Graphitaktives Material. Bindemittel (PVDF oder CMC / SBR - Carboxymethylcellulose und Styrol-Butadien-Kautschuk). Leitfähiger Kohlenstoff.

• Der Separator: Dies ist eine dünne Filmschicht aus Polypropylenfilm, ionisch leitend, aber elektrisch isolierend, z. B. Celgard.

• Der Elektrolyt: Wie jeder Li-Ionen-Akku enthält auch der LiPo-Akku einen Elektrolyten aus Carbonatlösungsmitteln wie Ethylencarbonat (EC), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC) und Propylencarbonat (PC). Lithiumsalz, zB Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6).

• Das Beutelmaterial: Das Beutelmaterial im Inneren eines LiPo-Akkus besteht aus Aluminium mit einer Polymerbeschichtung.

• Laschen: Diese sind mit der Kathode und der Anode der Batterie verbunden. Die mit der Anode verbundene ist aus Nickel und die andere mit der Kathode aus Aluminium.

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Was sind die Merkmale des Lipo-Akkus?

Li-Ionen-Polymer-Batterien haben genau den gleichen Aufbau wie die Li-Ionen-Batterien. Der einzige Unterschied besteht darin, dass in den Li-Ionen-Polymerbatterien anstelle des herkömmlichen porösen Separators ein mikroporöser Elektrolyt verwendet wird. Darüber hinaus sind Li-Ionen-Polymerbatterien in einem flexiblen Polymergehäuse enthalten, im Gegensatz zu Li-Ionen-Batterien, bei denen sie in einem Kunststoffgehäuse enthalten sind.

Die Entladung erfolgt mit hoher Geschwindigkeit, wenn das mit dem lithium-ionen-akku betriebene Gerät eingeschaltet ist. Die Entladung erfolgt jedoch auch dann, wenn das Gerät ausgeschaltet ist. Das ist ein Nachteil für die Lithium-Ionen-Batterien.

LiPo-Akkus sind leicht und können in nahezu jeder Form und Größe hergestellt werden. Sie haben große Kapazitäten und können große Ladungen in kleinen Paketen aufnehmen. Darüber hinaus können sie beim Entladen gut konstante Spannung marinieren.

LiPo-Akkus werden in sehr großem Umfang eingesetzt. Sie werden in RC-Geräten verwendet, einschließlich Booten, Drohnen, Hubschraubern, Autos und anderen Geräten, bei denen die Batterie leicht sein muss. Sie werden auch in vielen elektronischen Geräten verwendet, insbesondere in Smartphones.

Bis zu diesem Moment haben LiPo-Batterien den größten Marktanteil aller auf dem Markt befindlichen Batterien, und wir können sagen, dass es fast kein Technologieunternehmen gibt, das sie nicht in mindestens einem ihrer Produkte verwendet.

Sie werden in allen Personal Digital Assistants (PDAs) und Smartphones verwendet. Es gibt jetzt Smartphones, die bis zu zwei Tage Bildschirmzeit halten können. Dies ist der enormen Entwicklung der Li-Ionen-Technologie im letzten Jahrzehnt zu verdanken.

Darüber hinaus gibt es heute keine Digitalkamera auf dem Markt, die keinen Li-Ionen-Polymer-Akku enthält. Entweder eine entfernbare oder eine eingebettete. Die Verwendung von lithium-ionen-polymer-batterien in Digitalkameras hat die Anzahl der Fotos, die zwischen jeder Ladung aufgenommen werden können, dramatisch erhöht. Das Gleiche gilt für Audiogeräte und -rekorder. Heutzutage können Toningenieure den Ton in Videokonferenzen und Konzerten mit tragbaren Audiogeräten aufnehmen und verbessern, die bis zu 10 Stunden ununterbrochen verwendet werden können.

Wie bauen Sie Ihre Lipo-Akkupackkonstruktion?

LiPo-Batterien werden aus sogenannten Zellen hergestellt. Jede Zelle davon besteht aus drei Komponenten; eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und eine chemische Komponente, die als Elektrolyt zwischen der positiven und der negativen Elektrode bezeichnet wird.

Die positive Elektrode in der Zelle besteht aus Lithium-Kobalt-Oxid. Die negative Elektrode besteht aus Graphit. Die Elektrolyte sind wie Oxide und Sulfide. Der Elektrolyt muss eine lange Haltbarkeit haben und eine hohe Mobilität für Lithiumionen bieten. Der Elektrolyt kann flüssig, polymer und fest sein.

Das Erstellen eines LiPo-Akkus erfolgt in wenigen einfachen Schritten:

Elektrodenvorbereitung

• In diesem Schritt wird das Material, das auf die Anode und die Kathode aufgetragen wird, gemischt und hergestellt.

• Rohe metallische Materialien, hauptsächlich Aluminium, werden in die Beschichtungsmaschine geladen.

• Anschließend werden dünne Schichten aus Lithium und Kohlenstoff aufgebracht und der Maschine hinzugefügt.

• Durch einen kontinuierlichen Prozess wird das Material einem Ofen zugeführt, in dem Kohlenstoff behandelt wird.

• Nach dem Ofenprozess wird das Produkt zwei getrennten Leitungen zugeführt, in denen die Anode und die Kathode mit jeweils einer eigenen Leitung hergestellt werden.

• Nachdem die Elektroden (Anode und Kathode) hergestellt wurden, werden sie einer Maschine zugeführt, wo sie zu dünnen Schichten zusammengedrückt werden, damit sie faltbarer sind.

• Der letzte Schritt dieses Prozesses ist der Schneidprozess, bei dem die Elektroden auf die vom Hersteller angegebene Breite geschnitten werden.

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Elektrodenerzeugung

• Bei diesem Vorgang werden die Elektroden entnommen und auf die richtige Größe gerollt.

• Sobald die Anode und die Kathode auf die perfekte Größe zugeschnitten sind, werden sie in Paaren von genau gleichen Größen zusammengefügt.

• Danach wird eine dünne Schicht zwischen ihnen eingefügt (der Separator).

• Die gesamten drei Schichten (Anode, Kathode und Separator) werden in einer halbautomatischen Maschine zusammengefaltet.

Elektrolytinsertion

• Nach dem Vorbereiten der Elektroden im vorherigen Schritt. Gehäuse für sie ist gemacht.

• Zur Herstellung des Gehäuses für die Elektroden werden Kunststoffe oder PVC-Materialien verwendet.

• Die Elektroden werden dann in diese Gehäuse eingeführt.

• Sie werden an drei Seiten thermisch zusammengeschweißt, während die vierte Seite offen bleibt.

• Über die offene Seite wird der Elektrolyt in den gesamten Aufbau eingeführt.

• Danach wird die offene Seite versiegelt.

Jetzt haben Sie einen Li-Ionen-Akku, der zum ersten Aufladen bereit ist.

Es gibt jedoch einige Herausforderungen bei der Herstellung der Lithium-Ionen-Batterieindustrie. Die Kosten für die Herstellung von Li-Ionen-Batterien in großem Maßstab sind so hoch, dass Hersteller diesen Traum nicht schneller suchen können.

Wenn wir uns den Automobilmarkt und Elektrofahrzeuge ansehen, sind die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien viel höher als von diesem Markt akzeptiert. Es ist so hoch, dass Elektrofahrzeuge noch nicht den Punkt erreicht haben, konventionelle Autos zu ersetzen. Sie sind immer noch teurer.

Kostensenkung ist durch die sogenannte Optimierung von Fertigungsschemata möglich.

Eine weitere Möglichkeit zur Kostenreduzierung ist der Ersatz des NMP-Elektrolyten in den Li-Ionen-Batterien durch Wasser. Die Kosten für Wasser als Lösungsmittel sind im Vergleich zur NMP-Verbindung vernachlässigbar. Darüber hinaus ist Wasser weder brennbar noch hat es brennbare Dämpfe, was es zur sichereren Wahl als das NMP macht. Das Problem, mit dem die Hersteller bei Wasser konfrontiert sind, besteht darin, dass Wasser ein polares Lösungsmittel ist und dass in der Batterie ein unpolares Lösungsmittel wie das NMP benötigt wird. Die Herstellung von Wasser zu einem unpolaren Lösungsmittel kann jedoch über einige chemische Reaktionen und Additive erfolgen.

Die Forschung konzentriert sich nun darauf, wie die Kosten der Li-Ionen-Batterien gesenkt werden können. Wir gehen davon aus, dass die Zukunft große Erwartungen hat und die Kosten nahezu so gering sein werden, dass Li-Ionen-Batterien überall eingesetzt werden, von der einfachen Fernbedienung bis zum Flugzeug.