Was ist eine Polymerbatterie?

Die positiven und negativen Elektrodenmaterialien, die in Polymer-Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, sind die gleichen wie die in Flüssig-Lithium-Ionen-Batterien, und die Funktionsprinzipien der Batterien sind im Grunde die gleichen. Der Hauptunterschied zwischen ihnen liegt im Elektrolyt. Lithium-Ionen-Batterien verwenden flüssige Elektrolyte, während Polymer-Lithium-Ionen-Batterien stattdessen feste Polymerelektrolyte verwenden. Dieses Polymer kann "trocken" oder "Gel" sein. Gegenwärtig verwenden die meisten von ihnen Polymer-Gel-Elektrolyte. Polymere Lithium-Ionen-Batterien lassen sich in drei Kategorien einteilen:

(1) Lithium-Ionen-Batterie mit festem Polymerelektrolyt. Der Elektrolyt ist eine Mischung aus Polymer und Salz. Dieser Batterietyp hat bei Raumtemperatur eine geringe Ionenleitfähigkeit und ist für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet.

(2) Lithium-Ionen-Batterie mit Gel-Polymerelektrolyt. Das heißt, dem festen Polymerelektrolyten werden Weichmacher und andere Additive zugesetzt, um die Ionenleitfähigkeit zu verbessern, so dass die Batterie bei Raumtemperatur verwendet werden kann.

(3) Lithium-Ionen-Batterie mit positivem Polymerelektrodenmaterial. Sie verwendet ein leitfähiges Polymer als Material für die positive Elektrode. Ihre spezifische Energie ist dreimal so hoch wie die der bestehenden Lithium-Ionen-Batterien und ist die neueste Generation von Lithium-Ionen-Batterien.

Da sie feste statt flüssige Elektrolyte verwenden, bieten polymere Lithium-Ionen-Batterien Vorteile gegenüber flüssigen Lithium-Ionen-Batterien, z. B. sind sie dünn, können in jedem Bereich und in jeder Form hergestellt werden und vermeiden auch Sicherheitsprobleme wie Auslaufen, Verbrennung und Explosion. Daher kann das Batteriegehäuse aus einer Aluminium-Kunststoff-Verbundfolie hergestellt werden, wodurch sich die spezifische Kapazität der gesamten Batterie erhöht. Polymere Lithium-Ionen-Batterien können auch Polymere als positive Elektrodenmaterialien verwenden, wodurch sich ihr Masse-Energie-Verhältnis im Vergleich zu aktuellen Flüssig-Lithium-Ionen-Batterien um über 50% erhöht. Darüber hinaus bieten polymere Lithium-Ionen-Batterien Verbesserungen gegenüber Lithium-Ionen-Batterien in Bezug auf die Betriebsspannung und die Lebensdauer der Lade-/Entladezyklen. Aufgrund dieser Vorteile werden Polymer-Lithium-Ionen-Batterien als die nächste Generation von Lithium-Ionen-Batterien gepriesen.

Ausblick auf die Entwicklungstendenzen von Polymer-Lithium-Ionen-Batterien

Polymere Lithium-Ionen-Batterien sind seit über zwei Jahren ausgereift und werden weltweit vermarktet. Obwohl der Absatz schnell wächst, bleibt ihr Marktanteil unter 10% und damit weit hinter den Erwartungen zurück, verglichen mit dem Marktanteil von 90% der Flüssiglithiumbatterien. Aufgrund verschiedener Faktoren sind Polymerbatterien im Allgemeinen teurer als Flüssiglithiumbatterien. Die Wettbewerbslandschaft bei mobilen Geräten verschiebt sich jedoch langsam, insbesondere aufgrund der Designinnovationen, die sie für mobile Geräte mit sich bringen (z. B. überlegene Leistung bei einer Dicke von unter 4 mm und große Batteriegrößen). Polymerbatterien gewinnen bei den Entwicklern von Mobiltelefonen zunehmend an Anerkennung, Drohnenund medizinische Geräte. Daher sind die Polymerhersteller zuversichtlich, dass die Ära der Polymerbatterien mit Sicherheit kommen wird. Die Entwicklungstrends von Lithium-Ionen-Polymerbatterien lassen sich anhand der Entwicklung von Mobiltelefonen nachvollziehen. Derzeit sind bei Mobiltelefonen die folgenden Entwicklungstrends zu beobachten:

(1) Mobiltelefone entwickeln sich in Richtung Miniaturisierung und Ultradünnheit, um den Verbrauchern das Tragen zu erleichtern;

(2) Die Personalisierung des Mobiltelefondesigns spiegelt sich in der Tatsache wider, dass das Designkonzept nicht mehr die ursprüngliche quadratische Form ist. Unregelmäßige Formen, Kurven und Bogen-Designs sind zum Mainstream der Handy-Design-Ästhetik geworden;

(3) Die Verwendung von Farbbildschirmen und die ständige Erweiterung der Funktionen von Mobiltelefonen. Um Mobiltelefone zu verkleinern, ist es am effektivsten, die Größe und Dicke des Akkus zu reduzieren. Akkus mit einer Dicke von weniger als 4 mm sind zum Haupttrend bei der Konfiguration dünner Mobiltelefone geworden. Unter dem Gesichtspunkt der Kosteneffizienz ist dies die Spezialität der Polymere. Mobiltelefone mit unregelmäßigen Formen, Kurven und Bogen-Designs lassen den effektiven Platz für Batterien in unregelmäßigen Formen. Flüssige rechteckige Formen können den Raum nicht effektiv nutzen und haben eine geringe Kapazität, während laminierte Polymere diesen unregelmäßigen Raum am effektivsten nutzen und die Kapazität erhöhen können. Einige Hersteller haben bogenförmige Batterien, trapezförmige Batterien und Rucksackbatterien auf den Markt gebracht, die die Kapazität von Mobiltelefonen im Vergleich zu Flüssigbatterien mit entsprechenden Spezifikationen um mehr als 50% erhöhen können. Mobiltelefone haben immer mehr Funktionen, was zu einem immer höheren Stromverbrauch führt. Die Batteriekapazität muss entsprechend erhöht werden. Ohne die Dicke der Batterie zu erhöhen, haben Polymerbatterien offensichtliche Vorteile. Auch Laptops, Bluetooth-Headsets, Drohnen, medizinische Geräte, Militärausrüstung und andere elektronische Geräte werden immer mobiler und tragbarer und sind mit LCD-Displays ausgestattet. Die Funktionalität dieser Geräte nimmt ständig zu, und ihre Bildschirme werden immer größer. Dies bietet unbegrenzte Geschäftsmöglichkeiten für Polymer-Lithium-Ionen-Batterien.