Li-Ion polymeerbatterijtechnologie

Li-ion polymeerbatterijtechnologie biedt een aantrekkelijk alternatief voor traditionele lithiumbatterijen, met het potentieel om een groter specifiek vermogen en hogere energiedichtheid te leveren, terwijl het veilig werkt over een breed temperatuurbereik zonder dat thermische runaway een probleem vormt.

Kosten

Lithiumpolymeerbatterijen bieden aanzienlijke kostenvoordelen ten opzichte van hun traditionele lithium-ion tegenhangers, dankzij het gebruik van vaste polymeren in plaats van vloeibare elektrolyten als elektrolytbronnen - hierdoor worden ontvlambare oplosmiddelen vermeden, terwijl dunnere celontwerpen mogelijk zijn en dendrietvorming bij hogere temperaturen wordt geëlimineerd.

Lithiumpolymeerbatterijen bestaan uit vier hoofdonderdelen, waaronder: positieve elektrode, negatieve elektrode, separator en elektrolyt. Een poreuze film gemaakt van polyethyleen of polypropyleen vormt de separator die de elektroden scheidt terwijl de lithiumionen toch vrij tussen de elektroden kunnen passeren en die ook kan dienen om de batterij tijdelijk uit te schakelen als deze te heet wordt.

Elektrolyten zijn stoffen die in batterijen worden gebruikt om lithiumionen te transporteren tussen de anode en de kathode, en kunnen uit verschillende materialen bestaan. Een organische oplossing komt het vaakst voor, hoewel andere keuzes zoals elektrolyten van gelvormig polymeer levensvatbare opties bieden met betrekking tot temperatuurbereik en chemische stabiliteit.

Lithium is een element met unieke elektrochemische eigenschappen en is daardoor een uitstekende kandidaat voor batterijtechnologie. Omdat lithium een van de lichtste metalen is, met een dichtheid van slechts 0,09 g/cm3 in vergelijking met andere elementen, heeft het een hogere specifieke energie en capaciteit per gram dan andere metalen; bovendien werkt het als een uitstekende elektronengeleider waardoor batterijen met een grotere energiedichtheid mogelijk zijn.

In de afgelopen tien jaar hebben batterijproducenten hun productieprocessen verbeterd om de productiekosten te verlagen. Volgens onderzoek van BNEF doen de kosten van packs en cellen nu niet onder voor die van interne verbrandingsmotoren (ICE's). Helaas blijven de prijzen van batterijmaterialen een voortdurende uitdaging en zou hun prijs kunnen stijgen door de toenemende vraag naar EV's.

Lithium-ion polymeerbatterijen blijven in prijs dalen naarmate de materiaalkosten dalen en de productieprocessen efficiënter worden. Industrieleiders hebben gekozen voor lithiumijzerfosfaat (LiFePO4)-kathoden als goedkopere kathodeoptie die 32% goedkoper is dan het duurdere lithiumnikkelmangaankobaltoxide (NMC). Verder gebruiken batterijfabrikanten microneedle voorbehandelingstechnieken om de kosten van nikkelmetaalfolie te verlagen en nieuwe blokcopolymeerelektrolyten met dendrietweerstand met behoud van celveiligheid.

Veiligheid

Lithiumpolymeeraccu's zijn efficiënter, raken minder snel oververhit dan hun vloeibare tegenhangers en zijn flexibeler in gebruik dan hun vloeibare tegenhangers. Bovendien kunnen deze lithium-polymeeraccu's lange tijd worden opgeslagen zonder lading te verliezen, met lage zelfontladingssnelheden. Door deze kwaliteiten zijn lithium-polymeerbatterijen een populaire keuze geworden voor het aandrijven van elektronische apparaten, elektrische fietsen en elektrische voertuigen; maar er moet voorzichtig mee worden omgegaan om brand of explosies te voorkomen; om dit veilig te doen is het het beste om batterijen op te slaan in een lipo-veilige zak of container als ze niet worden gebruikt; controleer regelmatig op tekenen van schade - als ze beschadigd zijn, gooi ze dan onmiddellijk weg en vervang ze door nieuwe.

Om brand te voorkomen, moet je altijd een oplader gebruiken die is goedgekeurd door de fabrikant van de batterij voor gebruik met hun producten. Houd bovendien altijd een droge brandblusser in de buurt voor het geval er brand ontstaat. Plaats tot slot lithium-polymeerbatterijen of -cellen nooit direct in het zonlicht, omdat dit kan leiden tot temperatuurstijgingen en chemische reacties die uiteindelijk tot brand kunnen leiden.

Lithium-polymeer batterijen die oververhit raken kunnen hun elektrolyt laten verdampen en ontvlammen, wat kan leiden tot kortsluiting in de cellen en een explosie die vuur verspreidt over nabijgelegen gebieden. Zulke risico's zijn het niet waard om te nemen als ze levens en gemeenschappen in de buurt in gevaar kunnen brengen.

Naast oververhitting hebben lithium-ion batterijen nog andere veiligheidsproblemen. Verontreiniging met microscopische metaaldeeltjes tijdens de productie kan kortsluiting veroorzaken. Bovendien kunnen koolstoflipjes op negatieve elektroden loslaten, waardoor ontladen onmogelijk wordt. Het actieve materiaal op de positieve elektroden kan losraken en het oplaad- of leegloopproces blokkeren.

Om mogelijke problemen te voorkomen, moeten gebruikers alleen lithium-polymeerbatterijen van het merk kopen van erkende verkopers en laders en alle veiligheidsrichtlijnen volgen, inclusief de door de fabrikant aanbevolen maximale ontlaadstroom en aanbevelingen voor polariteit. Ze moeten ook het veiligheidsinformatieblad van de batterij lezen om er zeker van te zijn dat de batterij probleemloos in hun apparaat of toepassing past.

Levensduur

De levensduur van lithium-polymeerbatterijen varieert aanzienlijk en is afhankelijk van verschillende factoren, zoals de chemische samenstelling, het ontwerp en de energievraag van de apparaten die er gebruik van maken. Lithium-ionbatterijen bieden meer stroom voor minder geld - perfect voor apparaten die veel stroom nodig hebben; terwijl lithium-polymeerbatterijen veiligere batterijoplossingen bieden als er slanke apparaten nodig zijn. Het kiezen van de juiste batterij voor uw apparaat is net zo belangrijk; het juiste gebruik ervan is net zo belangrijk.

Om de prestaties van je batterij te maximaliseren, moet je overladen en opslaan bij hoge temperaturen vermijden - beide kunnen de levensduur aanzienlijk verkorten. Vermijd ook volledig ontladen, omdat dit de interne circuits kan beschadigen en de levensduur kan verkorten.

Over het algemeen wordt de levensduur van accu's gemeten in termen van oplaadcycli in plaats van maanden; accu's met een levensduur van 500 cycli behouden bijvoorbeeld na 500 oplaadbeurten nog steeds ongeveer 80% van hun oorspronkelijke capaciteit.

Omgevingsfactoren zoals opslag, laadsnelheid en ontladingsdiepte kunnen de levensduur van een accu echter aanzienlijk verkorten. Lithiumaccu's variëren in grootte, ontwerp en chemie van de elektroden, wat de levensduur bepaalt; over het algemeen gaan accu's van hogere kwaliteit langer mee.

De levensduur van lithium-ion polymeerbatterijen kan sterk worden beïnvloed door de ontladingsdiepte, de oplaadsnelheid, de temperatuur en de toename van de interne weerstand in de loop van de tijd - deze factoren hebben allemaal invloed op het capaciteitsverlies en de vroegtijdige degradatie van het circuit.

Li-polymeer accu's vertonen minder dramatische uitzetting bij overladen dan hun lithium-ion tegenhangers; hun uitzetting is meestal ook minder merkbaar, en hun cyclische capaciteiten hebben de neiging om andere vormen van lithium-accutechnologie te overtreffen vanwege hun unieke DEE-elektrolyt, dat uitstekende ionische geleiding biedt tussen negatieve en positieve elektroden voor verbeterde betrouwbaarheid en cyclische capaciteit; bovendien hebben deze cellen duurzame coatings op hun elektroden om ze te beschermen tegen slijtage voor een extra lange levensduur en veiligheid - het creëren van veilige accu's die geschikt zijn voor een verscheidenheid aan toepassingen en apparaten!

Opladen

Lithiumpolymeerbatterijen kunnen lastig zijn om goed op te laden. Het is van cruciaal belang dat gebruikers de instructies van de fabrikant volgen en een efficiënte lader gebruiken om deze cellen goed op te laden en voor gebruik moeten ze volledig zijn opgeladen voordat een apparaat ze gebruikt. Hun interne structuur is complex omdat het opladen via verschillende interfaces verloopt, zoals de kathode-elektrolyt-interface, het rooster van de negatieve elektrode en de elektrolyt. Overlading van lithiumpolymeerbatterijen is mogelijk; het is dus belangrijk om het batterijniveau regelmatig te controleren omdat overlading soms kan voorkomen.

Lithium polymeer accu's leveren zowel een hogere spanning als energie wanneer ze volledig opgeladen zijn en zijn minder gevoelig voor temperatuurveranderingen dan andere soorten accu's. Het is ook mogelijk om lithium polymeer accu's meerdere keren op te laden zonder dat dit ten koste gaat van de levensduur. Lithiumpolymeerbatterijen kunnen ook meerdere keren worden opgeladen zonder dat de levensduur toeneemt; het opladen moet echter langzaam gebeuren in een afgesloten ruimte omdat onjuist opladen kan leiden tot thermische runaway en brand of explosies kan veroorzaken.

Als onderdeel van het oplaadproces verplaatsen lithiumionen zich van de positieve elektrode naar een elektrolyt en vervolgens naar de met grafiet beklede negatieve elektrode. Na verloop van tijd, als ze dichter bij het lithiummetaal komen, breken ze uiteindelijk los van de grafietbindingen en worden ze dendrieten die door het membraan tussen de positieve en negatieve elektroden heen prikken, wat kortsluiting veroorzaakt.

Lithium-ion-polymeeraccu's moeten worden opgeladen bij 0,2 C of lager om veilige oplaadomstandigheden te garanderen. Ze moeten minstens 30 minuten worden opgeladen tot hun stroom het verzadigingspunt bereikt - meestal 10% van hun totale capaciteit - voordat ze 4,2 V per cel bereiken als de spanning waarbij het opladen moet worden beëindigd.

Een overladen batterij kan blijvende schade aanrichten, omdat de laadsnelheid hoger is dan de intercalatieprocessen en er te veel ionen op het oppervlak achterblijven. In extreme gevallen kan overladen zelfs de veroudering van de batterij versnellen.