Литий-полимерные источники тока

Введение

Литий-ионные полимерные аккумуляторы, чаще называемые просто литий-полимерные аккумуляторы (сокращенно Li-poly или LiPo), представляют собой аккумуляторные батареи, которые возникли в результате усовершенствования технологии производства литий-ионных аккумуляторов. В этом типе аккумуляторных батарей электролиты солей лития размещаются не в органические растворители как в литий-ионных батареях, а в твердые полимерные смеси, такие как полиэтиленоксид или полиакрилонитрил. Преимущества Li-poly аккумуляторов по сравнению с литий-ионными включают более низкую себестоимость производства и более высокий показатель прочности к физическим повреждениям. Впервые литий-ионные полимерные аккумуляторы стали использоваться в бытовой электронной технике приблизительно в 1996 г.

Устройство Li - poly аккумуляторов

Полимерно-литиевые аккумуляторы состоят из секций или стеков. Каждая из секций содержит три электрода и сепаратор с полимером, который действует как электролит и как связывающее вещество. Отрицательный электрод расположен между двумя положительными и с помощью термального воздействия все компоненты объединяют в стек. Толщина одной секции около 0,6 мм. В зависимости от количества стеков можно получить аккумулятор той или иной ёмкости. Снаружи источник питания запечатывают в полимерно-алюминиевую пленку.

В качестве анодов используют Li или соединение углерод-Li. В качестве катодов испозуют такие соединения, как LiCoO₂ или LiMnO₄ . В качестве полимерных электролитов (сепараторов) могут исползоваться твердые полимеры (например, полиэтиленоксид) с LiPF₆ илидругиепроводящиесоливсочетаниис SiO₂ .

Основная идея литий-полимерных аккумуляторов заключается в том, чтобы вместо обычного сочетания микропористого сепаратора и жидкого электролита использовать ионно-проводящие полимеры. Это не только способствует большей безопасности из-за того, что полимерные электролиты не так легко воспламеняются, но и позволяет делать аккумуляторы очень тонкими, так как они не требуют усилий на прижимание катодов и анодов. Полимерные электролиты запечатывают оба электрода вместе подобно клею.

Технические характеристики

Общая информация

В отличие от литий-ионных цилиндрических или призматических батарей, в которых использовался твердый металлический корпус, в полимерных аккумуляторах применяется гибкий, как пленка (полимер-ламинантный) корпус, но в них при этом также содержится органический растворитель. Главное различие коммерческих полимерных и литий-ионных аккумуляторов в том, что в последних - электроды и сепаратор прижимаются жестким корпусом, а в полимерных батареях нет необходимости в таком внешнем давлении, потому что листы электродов и сепараторов наслаиваются друг на друга.

Так как батареи не нуждаются в металлическом корпусе, их вес становится меньше и им можно придавать форму, непосредственно подходящую для устройства, в котором они будут работать. Благодаря более плотной упаковке, в которой нет пространства между цилиндрическими элементами, а также из-за отсутствия металлической оболочки плотность энергии Li-poly батарей более чем на 20% выше плотности энергии классических литий-ионных батарей и почти в три раза превышает этот же показатель для никель-кадмиевых (NiCd) и никель металл-гидридных (NiMH) аккумуляторных батарей.

Напряжение для единичного Li-poly элемента варьирует от 2.7 V (в разряженном состоянии) приблизительно до 4.23 V (при полной зарядке), а литий-полимерные батареи должны быть защищены от перезарядки путем ограничения величины приложенного напряжения до 4,235 V на каждый элемент при последовательном соединении. Перезарядка литий-полимерных аккумуляторов может привести к взрыву и/или воспламенению. В случае разрядки под нагрузкой, если напряжение падает ниже 3,0 V на каждый элемент, нагрузку следует исключить, иначе впоследствии батарея не сможет принимать полный заряд и не сможет удерживать напряжение под нагрузкой.

Для того, чтобы не допустить воспламенения или взрыва литий-полимерных батарей, следует пользоваться специально предназначенными зарядными устройствами. Из представленных на рынке зарядных устройств можно выделить 2 основных типа - простые, не «компьютерные» зарядники, в ценовой категории 10-40$, предназначенные только для литиевых аккумуляторов, и универсальные - в ценовой категории 120-400$, предназначенные для различных типов аккумуляторов, в том числе и для LiPo и Li-Ion. На полную зарядку Li-poly аккумуляторов обычно уходит более часа.

Взрыв может также произойти в случае короткого замыкания в аккумуляторах из-за резкой подачи большого разряда тока.

Разряд литий-полимерного аккамулятора ниже напряжения 3В приводит к его «ги