Classificatie van lithium-polymeerbatterijen

Lithiumpolymeerbatterijen kunnen worden onderverdeeld in drie verschillende categorieën:

1. Vaste polymeer elektrolyt Lithium-Ion batterijen: Deze accu's gebruiken een mengsel van polymeer en zout als elektrolyt. Met hun lage ionische geleidbaarheid bij kamertemperatuur zijn ze het meest geschikt voor omgevingen met hoge temperaturen.

2. Gel polymeer elektrolyt Lithium-Ion batterijen: Door weekmakers en additieven in de vaste polymeerelektrolyt op te nemen, verbeteren deze accu's de ionische geleiding, waardoor ze geschikt zijn voor gebruik bij kamertemperatuur.

3. Lithium-Ion-batterijen met polymeerkathodematerialen: Met geleidende polymeren als kathodemateriaal bieden deze batterijen drie keer zoveel specifieke energie als traditionele lithium-ion batterijen, waardoor ze de nieuwste generatie in deze technologie vormen.

Vergeleken met vloeibare lithium-ion-accu's profiteren polymeer-lithium-ion-accu's van vaste elektrolyten, waardoor dunnere profielen, aanpasbare oppervlakken en flexibele vormen mogelijk zijn. Ze beperken ook veiligheidsrisico's zoals lekkage, verbranding en explosies. Het gebruik van aluminium-plastic composietfilm voor behuizingen verhoogt de specifieke capaciteit, terwijl het gebruik van polymeren als kathodemateriaal de massa-specifieke energie met meer dan 50% kan verhogen. Bovendien vertonen deze batterijen een verbeterde werkspanning en levensduur van laad-ontlaadcycli, waardoor ze de reputatie krijgen van de volgende generatie lithium-ion batterijen.

Principe van Lithium polymeer batterijen

Lithium-ion-accu's worden onderverdeeld in twee typen: vloeibare lithium-ion-accu's (LIB) en polymeer-lithium-ion-accu's (PLIB). Vloeibare lithium-ion-accu's zijn secundaire accu's waarbij Li+ intercalatieverbindingen dienen als positieve en negatieve elektroden. De positieve elektrode maakt meestal gebruik van lithiumverbindingen zoals LiCoO2, LiNiO2 of LiMn2O4, terwijl de negatieve elektrode gebruik maakt van een lithium-koolstof intercalatieverbinding (LixC6). Een typisch systeem wordt voorgesteld als:

• (-) C | LiPF6-EC+DEC | LiCoO2 (+)

De elektrochemische reacties zijn als volgt:

• Positieve elektrode reactie: LiCoO2 = Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- (2.1)

• Negatieve elektrode reactie: 6C + xLi+ + xe- = LixC6 (2.2)

• Algemene batterijreactie: LiCoO2 + 6C = Li1-xCoO2 + LixC6 (2.3)

Het principe van polymeer-lithium-ion-accu's komt overeen met dat van vloeibare lithium-accu's, met als belangrijkste verschil de elektrolyt. De kerncomponenten van de accu - positieve elektrode, negatieve elektrode en elektrolyt - bevatten ten minste één of meer elementen die gemaakt zijn van polymeermaterialen. Momenteel worden polymeermaterialen voornamelijk gebruikt in de positieve elektrode en elektrolyt. De positieve elektrode kan bestaan uit geleidende polymeren of anorganische verbindingen die typisch zijn voor lithium-ionbatterijen, terwijl de elektrolyt een vaste of colloïdale polymeerelektrolyt of een organische elektrolyt kan zijn. In tegenstelling tot de traditionele lithium-ion-technologie, die afhankelijk is van vloeibare of colloïdale elektrolyten die een robuuste secundaire verpakking vereisen om brandbare componenten te bevatten (waardoor het gewicht toeneemt en de flexibiliteit wordt beperkt), elimineert de polymeer-lithium-ion-technologie overtollig elektrolyt. Dit verbetert de stabiliteit en vermindert de risico's van overladen, botsingen, schade of overmatig gebruik.

Toepassingen van lithium-polymeerbatterijen

Met hun hogere energiedichtheid zorgen lithium-polymeerbatterijen voor een langere energievoorziening. In de markt voor mobiele communicatie zijn laptops en smartphones de belangrijkste verbruikers, wat de ontwikkeling van batterijtechnologie en -productie stimuleert. Leveranciers van mobiele telefoons richten zich op de ontwikkeling van high-tech lithium-ionbatterijen, met name prismatische en cilindrische ontwerpen. De toepassing van gelelektrolyten ondersteunt de trend naar dunnere batterijen voor ultradunne toepassingen zoals smartcards, terwijl verbeterde lithium-ion beveiligingscircuits de veiligheid verbeteren. Lithiumpolymeerbatterijen worden voornamelijk gebruikt in mobiele apparaten en vervangen steeds meer nikkel-cadmiumbatterijen vanwege hun vele voordelen.

Ontwikkeling van lithium-polymeerbatterijen

De nieuwe generatie polymeer lithium-ion batterijen biedt een opmerkelijke ontwerpflexibiliteit, met diktes van slechts 0,5 mm (bijv. ATL-batterijen, gelijk aan de dikte van een kaart) en aanpasbare afmetingen en vormen. Dankzij dit aanpassingsvermogen kunnen fabrikanten batterijen maken die zijn afgestemd op specifieke vormen en capaciteiten, waardoor de productprestaties voor ontwikkelaars worden geoptimaliseerd. De energie-eenheid van deze batterijen is 50% hoger dan die van de huidige lithium-ion batterijen, met aanzienlijke verbeteringen in capaciteit, laad-/ontlaadkarakteristieken, veiligheid, bedrijfstemperatuurbereik, levensduur (meer dan 500 cycli) en milieuprestaties.