Li-polymeerbatterij is de meest voorkomende batterijtechnologie die we elke dag gebruiken. Maar kent u het principe van de werking en constructie van Li-polymeerbatterijen?
Het werkingsprincipe en de constructie van Li-polymeerbatterijen zijn identiek aan die van Li-ionbatterijen. Deze batterijen werken volgens het principe van de-intercalatie en intercalatie van lithiumionen van positieve elektrodematerialen naar negatieve elektrodematerialen. Laten we eerst het productieproces van li-polymeerbatterijen bekijken.
De sandwichachtige cellen (Fig. 2) bestaan uit een grafietelektrode (negatief), een lithiummetaaloxide-elektrode (positief) en een scheidingslaag. Het lithiummetaaloxide is gebaseerd op mangaan-, nikkel- of kobaltoxideverbindingen of een mengsel daarvan.
In bepaalde cellen met een lager spanningsniveau wordt als alternatief ijzerfosfaat toegepast in de vorm van Li-ijzerfosfaatcellen. De samenstelling heeft invloed op de eigenschappen van de accu en verschilt per fabrikant en kwaliteitsklasse.
Fig. 2. Basisconstructie van Li-ioncellen. Diagram: © Universiteit van Siegen
Belangrijke criteria die Li-polymeerbatterijen onderscheiden van andere typen cellen:
oLi-ion cellen hebben een vaste behuizing in RVS of aluminium. De behuizing is doorgaans cilindrisch van vorm (‘ronde cellen’). Rechthoekige vormen zijn echter ook verkrijgbaar.
Nadelen: relatief hoge gereedschapskosten voor de behuizingsproductie; beperkte afmetingen.
Voordelen: robuuste, mechanisch sterke behuizing, waardoor de accu moeilijk te beschadigen is. Een laserlasproces sluit de cellen af.
Li-polymeercellen, ook wel soft- of buidelcellen genoemd, hebben een dunne en enigszins ‘zachte’ behuizing – zoals een buidel – gemaakt van diepgetrokken aluminiumfolie. De veelal prismatische behuizing kan gemakkelijker en goedkoper worden geproduceerd dan de harde behuizingen van Li-ion-cellen. Ook de overige componenten, in flinterdunne folielagen (< 100 µm), kunnen tegen relatief lage kosten in massa worden geproduceerd.
De cellen zijn lichtgewicht, dun en kunnen in een breed scala aan vormen en maten worden gemaakt. Zowel grote formaten als hoogtes van minder dan 1 mm zijn mogelijk. De cellen vereisen echter een zorgvuldige mechanische behandeling.
De behuizingsfolie is aan beide zijden voorzien van een kunststof coating. Binnenkant: polyolefinen, bestand tegen de celcomponenten. Buitenkant: polyamide, bestand tegen de buitenomgeving. Dit waterdichte laminaat is gelast en omringt de cel bestaande uit kathode, anode en separator.
De uitvoering van de deflector ter hoogte van het terras was een kritisch punt. Een extra folie die aan de deflector is gelast, vergroot de afdichting in dit gebied van het laswerk van de ‘behuizing’.
o Elektrodenset: Bij Li-polymeerbatterijen bestaat de elektrodenset uit een op koolstof gebaseerde substantie (grafiet + additieven) die op een metalen substraat is geplakt. De kathode bestaat uit driedimensionale, gelithieerde kobaltoxiden of nikkel/mangaan/kobalt (NMC) gemengde oxiden, eveneens op een metalen substraat geplakt. Op beide elektroden zijn deflectoren aanwezig. Ze worden samen met de separator om de kern gewikkeld, normaal gesproken een drielaags polyolefine. De kern bestaat doorgaans uit een platte pin om de rechthoekige wikkeling te creëren. De wikkeling zit in de bodem van de buidelfolie, die gedeeltelijk wordt gevouwen en over de wikkeling wordt gelegd. De afdichting ontstaat door het lassen van de folie.
o Ontwerp: Een voordeel is de vrijwel onbeperkte keuze aan maten en formaten dankzij het ontbreken van een stijve stalen behuizing en de compacte constructie. Vooral de mogelijkheid om zeer platte cellen te ontwerpen onderscheidt de Li-polymeer batterijtechnologie. Dergelijke batterijen kunnen dunner zijn dan 1 mm.
Dit resulteert in een grote ontwerpvrijheid voor het eindproduct. Zelfs voor kleine batchgroottes kunnen individuele afmetingen worden gerealiseerd, terwijl de voor de batterij gereserveerde ruimte optimaal kan worden benut.
o Energiedichtheid: De energiedichtheid van deze cellen is hoger dan die van andere typen. In verhouding tot hun totale gewicht hebben Li-polymeercellen een iets hogere energiedichtheid dan Li-ioncellen. Net als Li-ion-batterijen kunnen ze eenvoudig parallel worden aangesloten om hogere capaciteiten mogelijk te maken.
o Zelfontlading: Een ander voordeel van LiPo-cellen is hun relatief lage zelfontlading.
Niettemin moeten ze worden beschermd tegen overladen, diepe ontlading en extreme temperaturen.
o Goedkeuring: De verspreiding van Li-polymeercellen op de markt bevestigt de voordelen en acceptatie van deze technologie. Veel van de cellen op de markt zijn gecertificeerd. Voordat een bepaalde cel wordt gebruikt, moet worden gecontroleerd of deze een goedkeuring heeft en of de fabrikant over de benodigde gereedschappen voor de productie beschikt
VTC Power Co.,ltd, Lithium-polymeerbatterij, Li-polymeerbatterij, Li-polymeerbatterijcel, Li-ioncellen, Li-polymeerbatterijen, Aangepaste lithiumbatterij
