リチウムポリマー電池の動作原理と構造をご存知ですか？

リチウムポリマー電池は、私たちが日常的に使用している最も一般的な電池技術です。しかし、リチウムポリマー電池の動作原理と構造をご存知ですか?

リチウムポリマー電池の動作原理と構造はリチウムイオン電池と同じです。これらの電池は、正極材料から負極材料へのリチウムイオンの脱離と挿入の原理に基づいて動作します。まず、リチウムポリマー電池の製造プロセスを確認しましょう。

サンドイッチ状セル (図 2) は、グラファイト電極 (負極)、リチウム金属酸化物電極 (正極)、およびセパレータ層で構成されています。リチウム金属酸化物は、マンガン、ニッケル、またはコバルトの酸化化合物、またはそれらの混合物をベースとしている。

電圧レベルが低い特定の電池では、代替としてリン酸鉄がリチウムリン酸鉄電池の形で使用されます。組成はバッテリーの特性に影響し、メーカーや品質グレードによって異なります。

図 2. リチウムイオン電池の基本構造。図: © ジーゲン大学

リチウムポリマー電池を他のタイプの電池と区別する重要な基準:

oリチウムイオン電池には、ステンレス鋼またはアルミニウム製の固定ハウジングが付いています。ハウジングは通常、円筒形 (「円形セル」) です。ただし、長方形の形状も使用できます。

短所: ハウジング製造の工具コストが比較的高い。制限された寸法。

利点: 堅牢で機械的に強いハウジングにより、バッテリーが損傷しにくくなります。レーザー溶接プロセスによりセルが密閉されます。

ソフトセルまたはパウチセルとしても知られるリチウムポリマーセルは、深絞りアルミニウム箔で作られた、ポーチのような薄くてやや「柔らかい」ハウジングを備えています。大部分が角柱状のハウジングは、リチウムイオン電池のハードケースよりも簡単かつ安価に製造できます。他のコンポーネントも、ウェハー薄層フォイル (< 100 µm) で比較的低コストで大量生産できます。

セルは軽量で薄く、幅広い形状やサイズで製造できます。大判サイズと高さ1mm以下を両立します。ただし、セルは機械的に慎重に取り扱う必要があります。

ハウジングフォイルは両面がプラスチックでコーティングされています。内側: ポリオレフィン、細胞成分に耐性。外側: ポリアミド、外部環境に耐性があります。この防水ラミネートは溶接され、カソード、アノード、セパレータで構成されるセルを囲みます。

テラスのエリアでのディフレクターの実行は重要なポイントでした。デフレクターに溶接された追加のフォイルは、「ハウジング」の溶接のこの領域の密閉性を高めます。

o 電極セット: リチウムポリマー電池では、電極セットは金属基板上に貼り付けられた炭素ベースの物質 (グラファイト + 添加剤) で構成されます。カソードは、三次元のリチウム化コバルト酸化物またはニッケル/マンガン/コバルト (NMC) 混合酸化物で構成されており、これも金属基板上に貼り付けられています。偏向器は両方の電極にあります。これらは、通常は 3 層のポリオレフィンであるセパレーターとともにコアの周りに巻き付けられます。コアは通常、長方形の巻線を作成するために平らなピンで構成されます。巻線はパウチフォイルの底部に位置し、パウチフォイルは部分的に折り畳まれて巻線の上に置かれます。シールはフォイルを溶接することによって作成されます。

o デザイン: 利点は、剛性の高いスチール製のハウジングとコンパクトな構造のおかげで、サイズとフォーマットの範囲がほぼ無制限であることです。特に、非常に平坦なセルを設計できる可能性は、リチウムポリマー電池技術を際立たせます。このようなバッテリーは 1 mm よりも薄くすることができます。

これにより、最終製品の設計の自由度が大幅に高まります。小さなバッチサイズでも個別の寸法を実現でき、バッテリー用に確保されたスペースを最大限に活用できます。

o エネルギー密度: これらのセルのエネルギー密度は、他のタイプのセルよりも高くなります。全体の重量と比較して、リチウムポリマー電池はリチウムイオン電池よりもわずかに高いエネルギー密度を持っています。リチウムイオン電池と同様に、簡単に並列接続して容量を増やすことができます。

o 自己放電: LiPo セルのさらなる利点は、自己放電率が比較的低いことです。

ただし、過充電、深放電、極端な温度から保護する必要があります。

o 承認: 市場でのリチウムポリマー電池の普及により、この技術の利点と受け入れが確認されています。市場にあるセルの多くは認定されています。特定のセルを使用する前に、それが承認を受けているかどうか、および製造業者が生産に必要なツールを備えているかどうかを検証する必要があります。

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