Batterie ai polimeri di litio

Nei primi anni '90, quando l'uso industriale delle batterie agli ioni di litio stava già guadagnando slancio, furono sviluppate le prime batterie al litio sotto forma di pacchetti: batterie ai polimeri di litio (denominazione "Li-Pol" o "Li-Po").

Pertanto, le batterie ai polimeri di litio sono diventate una versione successiva batterie agli ioni di litio. Ma se un elettrolita liquido viene utilizzato nelle batterie agli ioni di litio, quindi nelle controparti ai polimeri di litio questa è già una composizione polimerica, in coerenza è un gel. A causa della base polimerica, le batterie di questo tipo hanno un'intensità energetica specifica maggiore di altre.

È per questo motivo che oggi le batterie ai polimeri di litio sono particolarmente diffuse in molti dispositivi mobili, dove il peso ridotto è estremamente importante (gadget, giocattoli radiocomandati, ecc.)

Una tipica batteria ai polimeri di litio contiene quattro parti principali nel suo design: un elettrodo positivo (anodo), un elettrodo negativo (catodo), un separatore e un elettrolita. Un polimero come un film in polietilene microporoso o in polipropilene può agire da separatore. Pertanto, anche se l'elettrolita è praticamente un liquido, il componente polimerico nella batteria è sempre presente.

L'elettrodo positivo, a sua volta, può essere diviso in tre parti: un materiale di transizione al litio (ossido di litio cobalto o ossido di litio manganese), un additivo conduttivo e un legante polimerico - fluoruro di polivinilidene. Per quanto riguarda l'elettrodo negativo, contiene anche tre parti, è presente solo carbonio (grafite) al posto degli ossidi.

Il principio di funzionamento di una batteria ai polimeri di litio, così come il principio di funzionamento di una batteria agli ioni di litio, si basa sull'incorporazione reversibile (intercalazione e decalcificazione) degli ioni di litio nel materiale degli elettrodi positivo e negativo, mentre l'elettrolita serve come mezzo conduttivo per gli ioni di litio e qui è necessario un separatore microporoso per evitare che gli elettrodi opposti si tocchino.

Il separatore, quindi, elimina la migrazione delle particelle degli elettrodi stessi, passando solo ioni di litio. Nello stato scaricato, la tensione tra gli elettrodi è nell'intervallo da 2,7 a 3 volt e nello stato caricato raggiunge 4,2 volt (per una batteria all'ossido di litio-cobalto). Per il litio ferro fosfato (un tipo di batteria agli ioni di litio), questi valori saranno diversi: da 1,8 a 2,0 volt nello stato di scarica e da 3,6 a 3,8 volt nello stato di carica.

Per ogni batteria, i valori caratteristici delle tensioni di funzionamento sono indicati nella documentazione, inoltre ogni batteria deve essere dotata di un circuito di protezione che non consenta alla tensione di superare l'intervallo consentito. Se le celle vengono raccolte in batterie dopo essere state collegate in serie, è necessario disporre di un controller di bilanciamento che mantenga la carica di ciascuna cella a un livello accettabile.

Le batterie ai polimeri di litio si differenziano tradizionalmente dalle batterie agli ioni di litio convenzionali in un telaio flessibile piuttosto che rigido. Di conseguenza, la cella non solo risulta essere più leggera del 20%, ma presenta anche un enorme vantaggio, che è la capacità di produrre batterie di qualsiasi forma desiderata (per laptop, tablet e altri dispositivi mobili, questo è estremamente importante). Inoltre, il livello di autoscarica delle batterie ai polimeri di litio è solo del 5% circa al mese.

Infine, va notato il numero di cicli di funzionamento, che per le batterie ai polimeri di litio raggiunge i 900. E a correnti di scarica di 2C (il doppio della capacità nominale), la capacità delle batterie per uso domestico di questo tipo diminuisce solo del 20% per tutta la durata della vita.Per applicazioni speciali, con correnti operative atipicamente elevate, vengono sviluppate speciali batterie ai polimeri di litio che possono trasferire in sicurezza le correnti al carico di un ordine di grandezza superiore al valore nominale.