Батарей
Литий-полимерные батареи отличаются от обычных литий-ионных аккумуляторных батарей видом используемого электролита. Разработанные в 1970-х годах, они используют только твердый сухой электролит из полимера, который похож на пленку из пластика, не проводящую электрический ток, но обеспечивающую ионообмен (т. е. пропускающую через себя ионы — электрически заряженные атомы или группы атомов). Полимерный электролит заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитываемый жидким электролитом.
Сухой полимер позволяет упростить производство, улучшить безопасность аккумуляторных батарей этого вида и добиться их тонкопрофильной геометрии. При этом исчезает опасность воспламенения батарей, поскольку в них не используется жидкий или гелеобразный электролит.
С появлением элементов литий-полимерных аккумуляторных батарей толщиной всего в 1 мм перед конструкторами аппаратуры открылись новые возможности в отношении конечной формы и размеров новых электронных устройств. Были сняты многие ограничения касательно микроминиатюризации радиоэлектронных устройств. Новые микроэлементы питания для коммерческого использования появились на рынке всего несколько лет назад.
К сожалению, недостатком литий-полимеров является их плохая проводимость. Внутреннее сопротивление литий-полимерных батарей слишком велико и не позволяет обеспечивать токи, необходимые для работы современных средств связи и работы жестких дисков портативных компьютеров. Хотя нагрев элемента таких батарей до 60 °С и выше и увеличивает проводимость до необходимых значений, такой способ снижения их
96
Литий-ионные и литий-полимерные батареи
внутреннего сопротивления не пригоден для коммерческих приложений.
Исследования в области усовершенствования характеристик литий-полимерных батарей при работе в условиях температур, близких к комнатным, продолжаются. Ожидается, что уже к 2005 г. появятся батареи этого типа, пригодные для коммерческого применения, способные сохранять работоспособность при количестве циклов заряд/разряд до 1000 и имеющие более высокую энергетическую плотность, чем выпускаемые в настоящее время литий-ионные батареи.
В то же время литий-полимерные аккумуляторные батареи в настоящее время успешно применяются в источниках резервного питания в странах с жарким климатом. Чаще всего они заменяют свинцово-кислотные батареи (VRLA), которые критичны к
98
Литий-ионные и литий-полимерные батареи
Литий-ионные и литий-полимерные батареи
99
Верхняя крышка |
Отверстие для заливки электролита |
Анод |
Прокладка |
Лазерная сварка |
Предохранительный клапан |
Лазерная сварка |
Спейсер(бакелит) |
Вывод (А/) |
Термопредохранитель |
Катод |
Внутренний корпус |
Токовый коллектор: •анод— А\, графит ■ сепаратор • катод — Сu, LiCoO |
Рис. 4.3. Конструкция литий-ионного аккумулятора в призматическом корпусе
ются и в цилиндрических корпусах, а вот литий-полимерные батареи имеют исключительно призматические элементы, и для них не существует каких-либо стандартов, определяющих габаритные размеры. Призматические элементы по габаритам часто привязывают к типоразмерам 340648 и 340848, где первые две цифры означают ширину элемента, две другие — его толщину и две последние — длину. Некоторые производители позволяют себе отступать от этих стандартов. Например, Panasonic выпускает батареи размерами 34 х 50 мм и толщиной 6,5 мм. Это делается умышленно, с целью увеличения емкости батареи. Кроме того, маркировка литий-ионных аккумуляторов Panasonic отличается порядком цифр. Например, CGA103450, где две первые цифры обозначают толщину аккумулятора в миллиметрах, две другие — его ширину, две последние — высоту.
Недостатком призматических элементов является их более низкая по сравнению с цилиндрическими элементами энергетическая плотность. Кроме того, производство призматических элементов обходится дороже, сами они не обеспечивают такой высокой механической прочности, какую обеспечивают цилиндрические элементы. Для предупреждения раздутия из-за внутреннего давления газов корпус призматических элементов приходится изготавливать из более прочных металлов, хотя производители и допускают возможность их незначительного раздувания.
При небольших габаритах призматические элементы имеют емкость от 400 до 2000 мА-ч и выше. Поскольку для различных моделей мобильных телефонов необходимы батареи определен-
ных размеров и формы, производители аккумуляторных батарей полностью удовлетворяют запросы их производителей. Такие батареи не имеют системы вентиляции и могут раздуваться. Но, если соблюдать правила их эксплуатации, этого не произойдет.
В 1995 г. впервые были представлены элементы аккумуляторных батарей в виде пакета. В отличие от дорогостоящих металлических цилиндров и переходов стекло-металл для изоляции пластин противоположной полярности, в пакетных элементах положительные и отрицательные пластины завернуты в гибкую жаропрочную фольгу. Выводы такого элемента представляют собой проводящие выводы из фольги, к которым припаяны электроды, изолированные от материала пакета. Внешний вид пакетного элемента представлен на рис. 4.4.
Из-за своей конструкции пакетный элемент позволяет точно «привязаться» к заданным размерам необходимого элемента, добиваясь эффективности использования внутреннего пространства корпуса в 90...95 %. А это наиболее высокий коэффициент использования пространства корпуса из всех видов аккумуляторов.
В связи с отсутствием металлического корпуса пакетные элементы имеют малый вес. Основные области их применения: мо-
Тефлоновая подложка с токосъемником из графита
Анод из полимера
Полимер, пропитанный гелевым электролитом
Катод из полимера
|
Тефлоновая подложка с токосъемником из графита
|
Рис. 4.4. Пакетные элементы литий-ионных батарей
100 |