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Das Explosionsrisiko von Polymer-Lithium-Ionen-Batterien verstehen

30 Nov, 2023

By hoppt

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Basierend auf der Art des verwendeten Elektrolyten werden Lithium-Ionen-Batterien in flüssige Lithium-Ionen-Batterien (LIB) und Polymer-Lithium-Ionen-Batterien (PLB), auch bekannt als Kunststoff-Lithium-Ionen-Batterien, eingeteilt.

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PLBs verwenden die gleichen Anoden- und Kathodenmaterialien wie flüssige Lithium-Ionen-Batterien, einschließlich Lithiumkobaltoxid, Lithiummanganoxid, ternäre Materialien und Lithiumeisenphosphat für die Kathode und Graphit für die Anode. Der Hauptunterschied liegt im verwendeten Elektrolyten: PLBs ersetzen den flüssigen Elektrolyten durch einen festen Polymerelektrolyten, der entweder „trocken“ oder „gelartig“ sein kann. Die meisten PLBs verwenden derzeit einen Polymer-Gel-Elektrolyten.

Nun stellt sich die Frage: Explodieren Polymer-Lithium-Ionen-Batterien wirklich? Aufgrund ihrer geringen Größe und ihres geringen Gewichts werden PLBs häufig in Laptops, Smartphones und anderen tragbaren Elektronikgeräten verwendet. Da diese Geräte oft mit sich herumgetragen werden, ist ihre Sicherheit von größter Bedeutung. Wie zuverlässig ist also die Sicherheit von PLBs und besteht bei ihnen ein Explosionsrisiko?

  1. PLBs verwenden einen gelartigen Elektrolyten, der sich vom flüssigen Elektrolyten in Lithium-Ionen-Batterien unterscheidet. Dieser gelartige Elektrolyt kocht nicht und erzeugt keine großen Mengen Gas, wodurch die Möglichkeit heftiger Explosionen ausgeschlossen ist.
  2. Lithiumbatterien werden aus Sicherheitsgründen normalerweise mit einer Schutzplatine und einer Explosionsschutzleitung geliefert. Allerdings kann ihre Wirksamkeit in vielen Situationen eingeschränkt sein.
  3. PLBs verwenden flexible Verpackungen aus Aluminium-Kunststoff, im Gegensatz zum Metallgehäuse von Flüssigzellen. Bei Sicherheitsproblemen neigen sie eher zum Anschwellen als zum Explodieren.
  4. Als Gerüstmaterial für PLBs schneidet PVDF hervorragend ab.

Sicherheitsvorkehrungen für PLBs:

  • Kurzschluss: Wird durch interne oder externe Faktoren verursacht, häufig während des Ladevorgangs. Auch eine schlechte Verbindung zwischen den Batterieplatten kann zu Kurzschlüssen führen. Obwohl die meisten Lithium-Ionen-Batterien mit Schutzschaltungen und Explosionsschutzleitungen ausgestattet sind, sind diese möglicherweise nicht immer wirksam.
  • Überladung: Wenn ein PLB zu lange mit einer zu hohen Spannung aufgeladen wird, kann es zu interner Überhitzung und Druckaufbau kommen, was zu Ausdehnung und Bruch führen kann. Auch Überladung und Tiefentladung können die chemische Zusammensetzung der Batterie irreversibel schädigen und ihre Lebensdauer erheblich beeinträchtigen.

Lithium ist hochreaktiv und kann leicht Feuer fangen. Während des Ladens und Entladens kann es durch die kontinuierliche Erwärmung der Batterie und die Ausdehnung der entstehenden Gase zu einem Anstieg des Innendrucks kommen. Wenn das Gehäuse beschädigt ist, kann es zu Undichtigkeiten, Bränden oder sogar Explosionen kommen. Es ist jedoch wahrscheinlicher, dass PLBs anschwellen als explodieren.

Vorteile von PLBs:

  1. Hohe Arbeitsspannung pro Zelle.
  2. Große Kapazitätsdichte.
  3. Minimale Selbstentladung.
  4. Lange Lebensdauer, über 500 Zyklen.
  5. Kein Memory-Effekt.
  6. Gute Sicherheitsleistung durch flexible Verpackung aus Aluminium-Kunststoff.
  7. Ultradünn, passt in kreditkartengroße Räume.
  8. Leicht: Kein Metallgehäuse erforderlich.
  9. Größere Kapazität im Vergleich zu Lithiumbatterien gleicher Größe.
  10. Niedriger Innenwiderstand.
  11. Hervorragende Entladungseigenschaften.
  12. Vereinfachtes Design der Schutzplatine.

Nachteile von PLBs:

  1. Hohe Produktionskosten.
  2. Schutzschaltung erforderlich.
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