La batería de polímero de litio es la tecnología de batería más común que utilizamos todos los días. ¿Pero conoce el principio de funcionamiento y construcción de las baterías de polímero de litio?
El principio de funcionamiento y la construcción de las baterías de polímero de litio son idénticos a los de las baterías de iones de litio. Estas baterías funcionan según el principio de desintercalación e intercalación de iones de litio de materiales de electrodos positivos a materiales de electrodos negativos. Primero revisemos el proceso de producción de baterías de polímero de litio.
Las celdas tipo sándwich (Fig. 2) constan de un electrodo de grafito (negativo), un electrodo de óxido metálico de litio (positivo) y una capa separadora. El óxido metálico de litio se basa en compuestos de óxido de manganeso, níquel o cobalto o una mezcla de ellos.
En determinadas celdas con un nivel de voltaje más bajo, se utiliza como alternativa el fosfato de hierro en forma de celdas de Li-fosfato de hierro. La composición afecta las propiedades de la batería y varía según el fabricante y el grado de calidad.
Fig. 2. Construcción básica de celdas de Li-ion. Diagrama: © Universidad de Siegen
Criterios importantes que distinguen las baterías de polímero de litio de otros tipos de celdas:
Las células de iones de litio tienen una carcasa fija de acero inoxidable o aluminio. La carcasa suele tener forma cilíndrica ("celdas redondas"). Sin embargo, también están disponibles formas rectangulares.
Desventajas: costos de herramientas relativamente altos para la fabricación de viviendas; Dimensiones restringidas.
Ventajas: carcasa robusta y mecánicamente resistente, por lo que es difícil dañar la batería. Un proceso de soldadura láser sella las células.
Las celdas de polímero de litio, también conocidas como celdas blandas o de bolsa, tienen una carcasa delgada y algo "blanda" (como una bolsa) hecha de papel de aluminio embutido. Las carcasas, en su mayoría prismáticas, se pueden fabricar de forma más sencilla y económica que las carcasas rígidas de las celdas de iones de litio. Los demás componentes, en láminas de capa fina como una oblea (< 100 µm), también se pueden producir en masa a un coste relativamente bajo.
Las celdas son livianas, delgadas y se pueden fabricar en una amplia gama de formas y tamaños. Se pueden conseguir tanto formatos grandes como alturas inferiores a 1 mm. Sin embargo, las células requieren un manejo mecánico cuidadoso.
La lámina de la carcasa está revestida de plástico por ambos lados. Interior: poliolefinas, resistentes a los componentes celulares. Exterior: poliamida, resistente al ambiente exterior. Este laminado impermeable está soldado y rodea la celda que comprende cátodo, ánodo y separador.
La ejecución del deflector en la zona de la terraza fue un punto crítico. Una lámina adicional soldada al deflector aumenta la estanqueidad en esta zona de soldadura de la "carcasa".
o Juego de electrodos: en las baterías de polímero de litio, el juego de electrodos está compuesto por una sustancia a base de carbono (grafito+aditivos) pegada sobre un sustrato metálico. El cátodo consta de óxidos de cobalto litiados tridimensionales u óxidos mixtos de níquel/manganeso/cobalto (NMC), también pegados sobre un sustrato metálico. Hay deflectores en ambos electrodos. Se enrollan alrededor del núcleo junto con el separador, normalmente una poliolefina de tres capas. El núcleo generalmente consta de un pasador plano para crear el devanado rectangular. El devanado se encuentra en el fondo de la lámina de la bolsa, que está parcialmente doblada y colocada sobre el devanado. El sello se crea soldando la lámina.
o Diseño: Una ventaja es la gama casi ilimitada de tamaños y formatos gracias a la ausencia de una carcasa de acero rígida y a la construcción compacta. En particular, la posibilidad de diseñar celdas muy planas distingue a la tecnología de baterías de polímero de litio. Estas baterías pueden tener un grosor inferior a 1 mm.
Esto da como resultado una importante libertad de diseño para el producto final. Se pueden realizar dimensiones individuales incluso para lotes pequeños, mientras que el espacio reservado para la batería se puede aprovechar al máximo.
o Densidad energética: La densidad energética de estas células es mayor que la de otros tipos. En relación con su peso total, las celdas de polímero de Li tienen una densidad de energía ligeramente mayor que las celdas de iones de Li. Al igual que las baterías de iones de litio, se pueden conectar fácilmente en paralelo para permitir capacidades mayores.
o Autodescarga: Otra ventaja de las células LiPo es su tasa relativamente baja de autodescarga.
No obstante, deben protegerse de sobrecargas, descargas profundas y temperaturas extremas.
o Aprobación: La difusión de las células de polímero de litio en el mercado confirma las ventajas y la aceptación de esta tecnología. Muchas de las células del mercado están certificadas. Antes de utilizar una celda en particular, se debe verificar si tiene aprobación y si el fabricante tiene las herramientas necesarias para la producción.
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