La batteria ai polimeri di litio è la tecnologia delle batterie più comune che utilizziamo tutti i giorni. Ma conosci il principio di funzionamento e costruzione delle batterie ai polimeri di litio?
Il principio di funzionamento e la costruzione delle batterie ai polimeri di litio sono identici a quelli delle batterie agli ioni di litio. Queste batterie funzionano secondo il principio della deintercalazione e dell'intercalazione degli ioni di litio dai materiali degli elettrodi positivi ai materiali degli elettrodi negativi. Esaminiamo prima il processo di produzione delle batterie ai polimeri di litio.
Le celle a sandwich (Fig. 2) sono costituite da un elettrodo di grafite (negativo), un elettrodo di ossido di litio metallico (positivo) e uno strato separatore. L'ossido di litio metallico si basa su composti di ossido di manganese, nichel o cobalto o su una miscela di essi.
In alcune celle con un livello di tensione inferiore, in alternativa viene utilizzato il fosfato di ferro sotto forma di celle al fosfato di ferro-lit. La composizione influisce sulle proprietà della batteria e varia in base al produttore e al grado di qualità.
Fig. 2. Costruzione di base delle celle agli ioni di litio. Diagramma: © Università di Siegen
Criteri significativi che distinguono le batterie ai polimeri di litio da altri tipi di celle:
oLe celle agli ioni di litio hanno un alloggiamento fisso in acciaio inossidabile o alluminio. L’alloggiamento è solitamente di forma cilindrica (“celle rotonde”). Sono però disponibili anche forme rettangolari.
Svantaggi: costi degli utensili relativamente elevati per la produzione di alloggi; dimensioni ristrette.
Vantaggi: alloggiamento robusto e meccanicamente resistente, che rende difficile danneggiare la batteria. Un processo di saldatura laser sigilla le celle.
Le celle ai polimeri di litio, note anche come celle morbide o a sacchetto, hanno un alloggiamento sottile e un po' "morbido", simile a un sacchetto, realizzato con un foglio di alluminio imbutito. L'alloggiamento prevalentemente prismatico può essere prodotto in modo più semplice ed economico rispetto agli involucri rigidi delle celle agli ioni di litio. Anche gli altri componenti, in fogli sottilissimi (< 100 µm), possono essere prodotti in serie a costi relativamente bassi.
Le celle sono leggere, sottili e possono essere realizzate in un'ampia gamma di forme e dimensioni. Si possono realizzare sia grandi formati che altezze inferiori a 1 mm. Le celle, tuttavia, richiedono un'attenta manipolazione meccanica.
La pellicola dell'alloggiamento è rivestita su entrambi i lati in plastica. Interno: poliolefine resistenti ai componenti cellulari. Esterno: poliammide, resistente all'ambiente esterno. Questo laminato impermeabile è saldato e circonda la cella composta da catodo, anodo e separatore.
Un punto critico è stato l'esecuzione del deflettore nella zona del terrazzo. Una lamina aggiuntiva saldata al deflettore aumenta la tenuta in questa zona della saldatura dell’“alloggiamento”.
o Set di elettrodi: nelle batterie ai polimeri di litio il set di elettrodi comprende una sostanza a base di carbonio (grafite+additivi) incollata su un substrato metallico. Il catodo è costituito da ossidi tridimensionali di cobalto litiato o ossidi misti di nichel/manganese/cobalto (NMC), anch'essi incollati su un substrato metallico. I deflettori sono presenti su entrambi gli elettrodi. Sono avvolti attorno al nucleo insieme al separatore, normalmente una poliolefina a tre strati. Il nucleo è generalmente costituito da un perno piatto in modo da creare l'avvolgimento rettangolare. L'avvolgimento si trova sul fondo del foglio di alluminio della busta, che è parzialmente piegato e adagiato sopra l'avvolgimento. Il sigillo viene creato saldando la lamina.
o Design: un vantaggio è la gamma quasi illimitata di dimensioni e formati grazie alla mancanza di un alloggiamento rigido in acciaio e alla struttura compatta. In particolare, la possibilità di progettare celle molto piatte distingue la tecnologia delle batterie ai polimeri di litio. Tali batterie possono essere più sottili di 1 mm.
Ciò si traduce in una significativa libertà di progettazione per il prodotto finale. È possibile realizzare dimensioni personalizzate anche per lotti di piccole dimensioni, mentre lo spazio riservato alla batteria può essere sfruttato al massimo delle sue potenzialità.
o Densità energetica: la densità energetica di queste celle è superiore a quella di altri tipi. Rispetto al loro peso complessivo, le celle ai polimeri di litio hanno una densità di energia leggermente superiore rispetto alle celle agli ioni di litio. Come le batterie agli ioni di litio, possono essere facilmente collegate in parallelo per consentire capacità più elevate.
o Autoscarica: un ulteriore vantaggio delle celle LiPo è il loro tasso di autoscarica relativamente basso.
Dovrebbero tuttavia essere protetti da sovraccarico, scarica profonda e temperature estreme.
o Approvazione: La diffusione delle celle ai polimeri di litio sul mercato conferma i vantaggi e l'accettazione di questa tecnologia. Molte delle celle presenti sul mercato sono certificate. Prima di utilizzare una determinata cella, è necessario verificare se dispone di un'approvazione e se il produttore dispone degli strumenti necessari per la produzione
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