Классификация литий-полимерных аккумуляторов
Литий-полимерные батареи можно разделить на три различные категории:
-
Литий-ионные аккумуляторы с твердым полимерным электролитом: В этих батареях в качестве электролита используется смесь полимера и соли. Обладая низкой ионной проводимостью при комнатной температуре, они лучше всего подходят для использования в высокотемпературных средах.
-
Литий-ионные аккумуляторы с гелевым полимерным электролитом: Благодаря включению пластификаторов и добавок в твердый полимерный электролит, эти батареи повышают ионную проводимость, что делает их пригодными для использования при комнатной температуре.
-
Литий-ионные аккумуляторы с полимерными катодными материалами: Благодаря использованию проводящих полимеров в качестве катодных материалов, эти батареи обеспечивают в три раза большую удельную энергию, чем традиционные литий-ионные батареи, что делает их последним поколением в этой технологии.
По сравнению с жидкостными литий-ионными батареями, полимерные литий-ионные батареи имеют преимущества твердого электролита, что позволяет создавать более тонкие профили, настраиваемые площади и гибкие формы. Они также снижают риски безопасности, такие как утечка, горение и взрывы. Использование алюминиево-пластиковой композитной пленки для корпусов повышает удельную емкость, а применение полимеров в качестве катодных материалов позволяет увеличить удельную массовую энергию более чем на 50%. Кроме того, эти батареи демонстрируют улучшенные показатели рабочего напряжения и срока службы в циклах заряда-разряда, благодаря чему они получили репутацию нового поколения литий-ионных батарей.
Принцип Литий-полимерные аккумуляторы
Литий-ионные батареи делятся на два типа: жидкие литий-ионные батареи (LIB) и полимерные литий-ионные батареи (PLIB). Жидкие литий-ионные батареи - это вторичные батареи, в которых интеркаляционные соединения Li+ служат как положительным, так и отрицательным электродами. В качестве положительного электрода обычно используются соединения лития, такие как LiCoO2, LiNiO2 или LiMn2O4, а в качестве отрицательного электрода - литий-углеродное интеркаляционное соединение (LixC6). Типичная система представлена следующим образом:
-
(-) C | LiPF6-EC+DEC | LiCoO2 (+)
Электрохимические реакции протекают следующим образом:
-
Реакция положительного электрода: LiCoO2 = Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- (2.1)
-
Реакция отрицательного электрода: 6C + xLi+ + xe- = LixC6 (2.2)
-
Общая реакция батареи: LiCoO2 + 6C = Li1-xCoO2 + LixC6 (2.3)
Принцип работы полимерных литий-ионных батарей повторяет принцип работы жидкостных литиевых батарей, но главное отличие заключается в электролите. Основные компоненты батареи - положительный электрод, отрицательный электрод и электролит - включают по меньшей мере один или несколько элементов, изготовленных из полимерных материалов. В настоящее время полимерные материалы преимущественно используются в положительном электроде и электролите. Положительный электрод может состоять из проводящих полимеров или неорганических соединений, типичных для литий-ионных батарей, а электролит может быть твердым или коллоидным полимерным электролитом или органическим электролитом. В отличие от традиционной литий-ионной технологии, в которой используются жидкие или коллоидные электролиты, требующие надежной вторичной упаковки для содержания легковоспламеняющихся компонентов (что увеличивает вес и ограничивает гибкость), полимерная литий-ионная технология исключает избыток электролита. Это повышает стабильность и снижает риски, связанные с перезарядкой, столкновениями, повреждениями или чрезмерным использованием.
Области применения литий-полимерных батарей
Благодаря более высокой плотности энергии литий-полимерные аккумуляторы обеспечивают более длительное время автономной работы. На рынке мобильной связи основными потребителями являются ноутбуки и смартфоны, что стимулирует развитие технологий и производства батарей. Поставщики мобильных телефонов уделяют особое внимание разработке высокотехнологичных литий-ионных батарей, в частности призматических и цилиндрических. Применение гелевых электролитов поддерживает тенденцию к уменьшению толщины батарей, что позволяет использовать их в ультратонких приложениях, таких как смарт-карты, а усовершенствованные схемы защиты литий-ионных батарей повышают их безопасность. Литий-полимерные батареи, используемые в первую очередь в мобильных устройствах, уверенно вытесняют никель-кадмиевые батареи благодаря своим многочисленным преимуществам.
Разработка литий-полимерных аккумуляторов
Новое поколение полимерных литий-ионных аккумуляторов отличается удивительной гибкостью конструкции, обеспечивая толщину до 0,5 мм (например, аккумуляторы ATL, эквивалентную толщине карты), а также настраиваемые размеры и формы. Такая адаптивность позволяет производителям создавать батареи определенной формы и емкости, оптимизируя характеристики продукта для разработчиков. Удельная энергия этих батарей на 50% выше, чем у современных литий-ионных батарей, при этом значительно улучшены емкость, характеристики заряда-разряда, безопасность, диапазон рабочих температур, срок службы (более 500 циклов) и экологические характеристики.
