Lithium-Polymer-Batterien

In den frühen 90er Jahren, als der industrielle Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien bereits an Fahrt gewann, wurden die ersten Lithium-Batterien in Form von Gehäusen entwickelt - Lithium-Polymer-Batterien (Bezeichnung „Li-Pol“ oder „Li-Po“).

Somit sind Lithium-Polymer-Batterien eine spätere Version geworden Lithium-Ionen-Batterien. Wenn jedoch ein flüssiger Elektrolyt in Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird, dann ist dies in Lithium-Polymer-Gegenstücken aufgrund der Gelkonsistenz bereits eine Polymerzusammensetzung. Batterien dieses Typs haben aufgrund der Polymerbasis eine höhere spezifische Energieintensität als andere.

Aus diesem Grund werden Lithium-Polymer-Batterien heutzutage besonders häufig in vielen Mobilgeräten eingesetzt, bei denen ein geringes Gewicht äußerst wichtig ist (Geräte, ferngesteuertes Spielzeug usw.).

Eine typische Lithium-Polymer-Batterie enthält vier Hauptteile in ihrer Konstruktion: eine positive Elektrode (Anode), eine negative Elektrode (Kathode), einen Separator und einen Elektrolyten. Ein Polymer wie ein mikroporöser Polyethylen- oder Polypropylenfilm kann als Separator wirken. Selbst wenn der Elektrolyt praktisch eine Flüssigkeit ist, ist daher die Polymerkomponente in der Batterie immer vorhanden.

Die positive Elektrode kann wiederum in drei Teile unterteilt werden: ein Lithiumübergangsmaterial (Lithiumkobaltoxid oder Lithiummanganoxid), ein leitfähiges Additiv und ein Polymerbindemittel - Polyvinylidenfluorid. Die negative Elektrode enthält ebenfalls drei Teile, auf denen anstelle von Oxiden nur Kohlenstoff (Graphit) vorhanden ist.

Das Funktionsprinzip einer Lithium-Polymer-Batterie sowie das Funktionsprinzip einer Lithium-Ionen-Batterie basieren auf dem reversiblen Einbau (Interkalation und Dekalation) von Lithiumionen in das Material der positiven und negativen Elektroden, während der Elektrolyt als leitfähiges Medium für Lithiumionen dient und hier ein mikroporöser Separator benötigt wird um zu verhindern, dass sich die gegenüberliegenden Elektroden berühren.

Der Separator eliminiert somit die Migration von Partikeln der Elektroden selbst und lässt nur Lithiumionen durch. Im entladenen Zustand liegt die Spannung zwischen den Elektroden im Bereich von 2,7 bis 3 Volt und im geladenen Zustand erreicht sie 4,2 Volt (für eine Lithium-Kobaltoxid-Batterie). Für Lithiumeisenphosphat (eine Art Lithium-Ionen-Batterie) sind diese Werte unterschiedlich - von 1,8 bis 2,0 Volt im entladenen Zustand und von 3,6 bis 3,8 Volt im geladenen Zustand.

Für jede Batterie sind die Kennwerte der Betriebsspannungen in der Dokumentation angegeben. Außerdem muss jede Batterie mit einer Schutzschaltung ausgestattet sein, die es der Spannung nicht erlaubt, den zulässigen Bereich zu überschreiten. Wenn die Zellen nach dem Reihenschalten zu Batterien zusammengebaut werden, muss unbedingt ein Ausgleichsregler vorhanden sein, der die Ladung jeder Zelle auf einem akzeptablen Niveau hält.

Lithium-Polymer-Batterien unterscheiden sich traditionell von herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien in einem flexiblen und nicht in einem starren Rahmen. Infolgedessen ist die Zelle nicht nur 20% leichter, sondern hat auch einen großen Vorteil: Sie kann Batterien in nahezu jeder gewünschten Form herstellen (für Laptops, Tablets und andere mobile Geräte ist dies äußerst wichtig). Darüber hinaus beträgt die Selbstentladung von Lithium-Polymer-Batterien nur etwa 5% pro Monat.

Schließlich ist die Anzahl der Arbeitszyklen zu beachten, die bei Lithium-Polymer-Batterien 900 erreichen. Bei Entladeströmen von 2 ° C (doppelt so hoch wie die Nennkapazität) nimmt die Kapazität von Haushaltsbatterien dieses Typs über die gesamte Lebensdauer nur um 20% ab.Für spezielle Anwendungen mit atypisch großen Betriebsströmen werden spezielle Lithium-Polymer-Batterien entwickelt, die Ströme sicher um eine Größenordnung über dem Nennwert auf die Last übertragen können.