Theorie der Lithium-Polymer-Batterie

Theorie der Lithium-Polymer-Batterie

12.05.2023

Es gibt zwei kommerziell erhältliche Technologien auf dem Markt, die zusammen als Lithium-Ionen-Polymere bezeichnet werden (wobei „Polymer“ für „Elektrolyt-Isolationspolymer“ steht).

Die Batterie besteht aus folgenden Teilen:

Positive Elektrode: LiCoO2 Lithiumkobaltdioxid oder LiMn2O4 Lithiumtetraoxid Mangandioxid

Membran: Leitfähiges Elektrolytpolymer (z. B. Polyethylenglykol, PEO)

Negative Elektrode: Lithium oder Lithium-Kohlenstoff eingebettete (chemische) Verbindung

Typische Reaktion: (Entladung)

Negative Elektrode: (Kohlenstoff Lix) → C+xLi+xe

Membran: Li-leitfähig

Positive Elektrode: Li1 − xCoO2+xLi+xe → LiCoO2

Gesamtreaktion: (Kohlenstoff xLi+xe)+Li1-xCoO2 → LiCoO2+Kohlenstoff

Elektrolyt-/Membranpolymere können feste Polymere wie Polyethylenglykol (PEO), Lithiumkaliumhexafluorid (LiPF6) oder andere Leitsalze mit Kieselsäure oder anderen Füllmaterialien sein, die die mechanischen Eigenschaften verbessern (solche Methoden wurden noch nicht kommerzialisiert). Aus Sicherheitsgründen verwenden die meisten Batterien in Kohlenstoff eingebettetes Lithium als negative Elektrode, mit Ausnahme einiger Hersteller wie Avestor (nach der Fusion mit Battscap), die metallisches Lithium als negative Elektrode verwenden (sogenannte Lithium-Metall-Polymer-Batterien).

Beide kommerziellen Batterien werden mit Polyvinylidenfluorid (PVdF) polymerisiert, indem kolloidale Lösungsmittel und Salze wie Ethylencarbonat (EC)/Dimethylcarbonat (DMC)/Diethylcarbonat (DEC) beschichtet werden. Der Unterschied liegt in der Verwendung von Lithiummanganoxid (LiMn2O4) als positive Elektrode (Technologie von Bellcore/Telcordia); Die traditionelle Methode ist die Verwendung von Kobalt-Lithiumoxid (LiCoO2).

Obwohl noch nicht weit verbreitet im Handel erhältlich, gibt es andere Arten von Lithium-Polymer-Batterien, die ebenfalls Polymere als positive Elektroden verwenden. Moltech entwickelt beispielsweise positive Elektroden aus leitfähigen Kunststoffen und Kohlenstoff-Schwefel-Verbindungen. Ab 2005 schien diese Technologie jedoch Probleme mit der Selbstauslösung zu haben und auch die Produktionskosten waren zu hoch.

Andere Methoden umfassen die Verwendung schwefelhaltiger organischer Verbindungen und leitfähiger Polymere als positive Elektroden, wie beispielsweise Polyanilin. Mit dieser Methode kann eine gute hohe Entladekapazität, einschließlich niedrigem Innenwiderstand und hoher Entladekapazität, erreicht werden, es gibt jedoch Probleme mit unzureichenden Zykluszeiten und hohen Kosten.