Lithium-Polymer
Die Lithium-Polymer, bzw. Lithium-Ionen-Polymer Technologie ist eine Abfolge der Basis, bzw. Lithium-Ionen Technologie. In strukturellen Teilen in Bezug auf die chemischen Funktionen und des inneren Aufbaus der Zelle unterschieden sie sich jedoch voneinander. --> Nennspannungen / Bereiche
Es handelt sich bei dieser Technologieform im Grunde um «Makromolekül-Zellen» , eine mittlerweile vertrautere Bezeichnung dafür ist «Polymer».
Der Hauptunterschied - oder anders gesagt den Funktionsunterschied einer Lithium-Polymer Zelle kommt aus dem Gel-Artigen Elektrolyt, es gibt mittlerweile sowohl Gel- sowie nicht gelartige Eletrolyten auf Polymerer Basis.
Der «Polymer-Elektrolyt» besteht aus einem polymeren Gerüst. In dieser Klasse von Membranen existieren aufgrund der Polymerstruktur so gut wie keine durchgehende Pfade für die Elektrolytlösung in welchen sich Dendriten bilden können.
(Dentriten: Lithium Abscheidungen / Ablagerungen welche lokale Kurzschlüsse verursachen können, sowie einem Zuwachs der Selbstentladung mitwirken.
Die Polymerstruktur
Die Polymerstruktur wird sowohl in der Kathode als auch im Elektrolyten verwendet, Ziel ist es, eine mechanische sowie elektrochemische Stabilität zu gewinnen. Die Polymerzellen finden Ihren Hauptanwendungsbereich vor allem in den Hochstrom Zellen, aufgrund der hohen Entladeraten wurde das "Polymergerüst" entwickelt. Dieses führt einfach ausgedrückt zu einer höheren Leitfähigkeit sowie erhöht es die Zellfestigkeit entscheidend. Ebenso punkto Sicherheit bietet diese Technologie immer weiter voranschreitende Sicherheiten, der Separator beispielsweise ist chemisch stabiler eingebettet und "stossfester" als bei Elektrolyten mit Nicht-polymerer Basis.
Zellchemie auf LiCoO2 Basis:
Lithium-Cobalt(III)-oxid (LiCoO2), kurz LCO, ist eine chemische Verbindung von Lithium, Cobalt und Sauerstoff und wird als Material für die positive Elektrode in Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulatoren verwendet. (In unseren Zellvarianten als Lithium-Polymer-Akkumulator ausgeführt). Je nach Applikation und spezifizierten Leistungserwartungen der Zelle wird das entsprechende Aktivmaterial- bzw. die Mixtur gewählt. Unsere Lithium-Polymer Hochleistungszellen basieren aktuell auf LiCoO2 Basis. Auch hier gibt es wiederum eine Vielzahl von Möglichkeiten jeweils eine Eigenschaft der Zelle zu beeinflussen. Auf Basis der Mixtur wird dies mit den verwendeten Materialien und Additiven in den Elektrodensubstraten (Anode / Kathode), sowie des Elektrolyten und des Separators erreicht. (CAS: 12190-79-3) (EC NO / EC Index: 235-362-0)
Lebensdauer
Um die Lebensdauer zu spezifizieren ist die Voraussetzung der Passung zur Applikation zu berücksichtigen. Um dann die erwartete Lebensdauer zu evaluieren müssen wir den, EoL (End of Life) spezifizieren. Es bietet sich an von einem EoL bei 80% verbleibender Kapazität aus zu gehen, dies ist indes eine Möglichkeit und keinesfalls ein Muss. Zu berücksichtigen ist, dass wir den EoL sowohl aus den Applikations- bzw. Projektvorgaben heraus definieren können, als auch von einer bestehende Zelle ausgehen wo wir mit den Zelldaten als gegebene Werte kalkulieren.
Die Lebensdauer bezieht sich dann auf die Zeit zwischen dem Auslieferzeitpunkt und den definierten Kriterien zum EoL, bei welchem die eingetretene Alterung, Degradation der Zelle, die gesetzten Grenzwerte unterschreiten. Eine allgemeine Definition kann hier nicht getroffen werden, da keine allgemein gültigen Kriterien existieren.
Zu berücksichtigen ist auch, dass die Zellen auch bei Nichtgebrauch altern, man definiert diese Alterung als «Shelf-Life». Der Shelf-Life Wert ist wiederum in der Abhängigkeit der Batterieparameter. Applikationsunabhängig kann hier in der Produktion und punkto Auslieferzustand dem Shelf-Life Wert positiv entgegen gewirkt werden, wenn man die Zellen beispielsweise zu längeren Lagerungszeit vor Erstgebrauch vorsieht.
Spezifische Energie Wh/KG
Die Energiedichte (gravimetrisch Wattstunde pro KG) sagt aus, welche Menge an Energie auf einem spezifischen Gewicht gespeichert werden kann. Die Energiemenge Wattstunde, wird aus der Kapazität in Ah (Ampere Stunden) x die Spannung V (Volt) = XY Wattstunden berechnet. Die Anzahl bzw. Menge an Wattstunden wird dann in Verhältnis des Gewichts des Akkus gesetzt. (Wh/KG) = Spezifische Energiedichte.
Die LiCoO2 Technologie weist je nach Auslegung der Mixtur und der Additive meist einen sehr hohen Wert in Bezug auf die Energiedichte aus.
Spezifische Leistung W/KG
Die spezifische Leistung, auch Leistungsdichte genannt, (Watt, bzw. Ampere), also die mögliche Stromabgabe des Akkumulators wird nominal mit einem C-Wert angegeben. Die C-Rate bezieht sich auf die Nennkapazität des Akkumulators und dient als Faktor zur Berechnung der möglichen Stromabgabe. Bei einer Zelle mit 5000mAh Kapazität und einer kontinuierlichen Entladerate von 25C, beträgt der mögliche Entladestrom 125A.
Achtung: Bei der C-Rate handelt es sich immer um einen theoretischen Entladewert, welcher bei optimalen Bedingungen (Ladezustand, Alter, Betriebs- und Umgebungstemperatur etc.) erreicht werden kann. Wir empfehlen bei Anwendungen ohne aktives oder passives Kühlsystem, eine Leistungsreserve von 15-20% ein zu planen.
Die LiCoO2 Technologie ermöglicht nach heutiger Stand der Technik eine der höchsten spezifischen Leistungen in der Serienproduktion, wenn man den Kosten / Nutzen Faktor ebenfalls berücksichtigt.
Entladeraten bis 100C oder mehr sind möglich, immer zu berücksichtigen ist natürlich das weitere spezifische Leistungswerte der Zelle dadurch beeinflusst und ggf. verschlechtert werden können.
Sicherheit
Die Sicherheitsfrage ist nach wie vor einer der Hauptfaktoren der Lithium-Ionen Technologie im Allgemeinen. Während beispielsweise die LifePO4 Technologie ein thermisches durchgehen beinah ausschliessen kann, benötigt die LiCoO2 Variante weiterführende Sicherheitsbarrieren bzw. Massnahmen um einen sicheren Betrieb und eine sichere Lagerung zu gewährleisten.
Es ist sowohl die mechanische als auch die elektrische Sicherheit mit einzubeziehen. Mechanische Beschädigungen können zu internen Kurschlüssen, zum Auslaufen des Elektrolyten usw. führen, es ist also zwingend darauf zu achten, ungeachtet der Bauform, dass die Zelle hermetisch verschlossen und unbeschädigt bleibt.
Kosten
Die Lithium-Akkumulatoren bzw. Technologien weisen seit Jahren eine Degression aus was die Kostenfrage angeht. Dennoch muss die Kostenfrage individuell betrachtet werden, allgemein geht man aber von dem Kriterium Kosten je Wattstunde aus.
Nebst den Kosten der Mixtur spielen natürlich auch die Bauart, Bauform die Rohstoffpreise und die Menge der benötigten Zellen bzw. grösse des Produktionsbatches eine wesentliche Rolle.
Temperaturbereich
Die Lithium-Akkumulatoren bzw. Technologien verhalten sich je nach struktureller Zusammensetzung und Wahl der Aktivmaterialen, sowie Auslegung der Elektroden (Kathode / Anode) sehr unterschiedlich.
Die Berücksichtigung der Temperaturkurve, gedacht aus Perspektive der Applikation und dessen Lade- und Entladebedürfnisse sind die zentralen Faktoren welche bei der Wahl der richtigen Technologie berücksichtigt werden müssen.
Mit verschiedenen Additiven und entsprechender Wahl der Folien können wir die Temperatureigenschaften unserer Zellen entscheidend beeinflussen.
Design & Engineering
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Technologie
Die Technologie ist die Basis aller Funktionen und somit für den Erfolg der Applikation und für den kompletten Lebenszyklus von entscheidender Bedeutung. Mit der Wahl der Technologie legen wir den Grundstein für die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer.
Zertifizierung
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Umwelt & Nachhaltigkeit
Unsere Anstrengungen hinsichtlich Nachhaltigkeit gehen über die Mindestanforderungen der Informations- und Rücknahmepflicht unserer Produkte hinaus. So konzentrieren wir uns auf den gesamten Lebenszyklus unserer Produkte.