Theorie van lithium-polymeerbatterijen

Theorie van lithium-polymeerbatterijen

2023-5-12

Er zijn twee commercieel verkrijgbare technologieën op de markt die gezamenlijk lithium-ionpolymeren worden genoemd (waarbij "polymeer" staat voor "elektrolytisolatiepolymeer").

De batterij bestaat uit de volgende onderdelen:

Positieve elektrode: LiCoO2 lithiumkobaltdioxide of LiMn2O4 lithiumtetraoxide mangaandioxide

Diafragma: Geleidend elektrolytpolymeer (zoals polyethyleenglycol, PEO)

Negatieve elektrode: lithium- of lithiumkoolstof ingebedde (chemische) verbinding

Typische reactie: (ontlading)

Negatieve elektrode: (Carbon Lix) → C+xLi+xe

Diafragma: Li geleidend

Positieve elektrode: Li1 − xCoO2+xLi+xe → LiCoO2

Totale reactie: (koolstof xLi+xe)+Li1-xCoO2 → LiCoO2+koolstof

Elektrolyt/membraanpolymeren kunnen vaste polymeren zijn, zoals polyethyleenglycol (PEO), lithiumkaliumhexafluoride (LiPF6) of andere geleidende zouten met silica of andere vulmaterialen die de mechanische eigenschappen verbeteren (dergelijke methoden zijn nog niet op de markt gebracht). Volgens veiligheidseisen gebruiken de meeste batterijen in koolstof ingebed lithium als de negatieve elektrode, behalve bepaalde fabrikanten zoals Avestor (na de fusie met Battscap) die metallisch lithium als de negatieve elektrode gebruiken (ook wel lithium-metaalpolymeerbatterijen genoemd).

Beide commerciële batterijen worden gepolymeriseerd met polyvinylideenfluoride (PVdF) door het coaten van colloïdale oplosmiddelen en zouten zoals ethyleencarbonaat (EC)/dimethylcarbonaat (DMC)/diethylcarbonaat (DEC). Het verschil ligt in het gebruik van lithiummangaanoxide (LiMn2O4) als positieve elektrode (de technologie van Bellcore/Telcordia); De traditionele methode is het gebruik van kobaltlithiumoxide (LiCoO2).

Hoewel ze nog niet overal in de handel verkrijgbaar zijn, zijn er andere soorten lithium-polymeerbatterijen die ook polymeren als positieve elektroden gebruiken. Moltech ontwikkelt bijvoorbeeld positieve elektroden gemaakt van geleidende kunststoffen en koolstofzwavelverbindingen. Vanaf 2005 leek deze technologie echter problemen te hebben met zelfrelease en waren de productiekosten ook te hoog.

Andere methoden zijn onder meer het gebruik van zwavelhoudende organische verbindingen en geleidende polymeren als positieve elektroden, zoals polyaniline. Deze methode kan een goede hoge ontladingscapaciteit bereiken, inclusief een lage interne weerstand en een hoge ontladingscapaciteit, maar er zijn problemen met onvoldoende cyclustijden en hoge kosten.