Lithium-Polymer-Akkus gehören zur Familie der wiederaufladbaren Lithium-Zellen. Sie arbeiten nach einem ähnlichen elektrochemischen Prinzip wie der Lithium-Ionen-Akku, unterscheiden sich jedoch vor allem durch Aufbau und Form des Elektrolyten.
Aufbau und Funktionsprinzip
Die negative Elektrode enthält typischerweise eine Graphitverbindung. Die positive Elektrode basiert auf einer Lithium-Metalloxid-Verbindung, deren genaue Zusammensetzung je nach Zellchemie variiert. Zwischen den beiden Elektroden befinden sich Separator und Elektrolyt.
Die dünnen Schichten können gestapelt oder gewickelt werden – vergleichbar mit dem Aufbau eines Folienkondensators. Besonders verbreitet ist die flache Pouch-Zelle, bei der der Zellstapel von einer verschweißten Verbundfolie umschlossen wird. Das spart Gewicht und erlaubt unterschiedliche Abmessungen.
Elektrische Kennwerte
Die Werte einer LiPo-Zelle hängen von Zellchemie, Bauform, Kapazität und Herstellerfreigabe ab. Häufig anzutreffende Nenn- und Grenzwerte dürfen deshalb nur als Orientierung verstanden werden; maßgeblich ist stets das Datenblatt der konkreten Zelle.
Die Energiedichte beschreibt die speicherbare Energie bezogen auf Masse oder Volumen. Die Leistungsdichte gibt dagegen an, wie schnell eine Zelle Leistung abgeben kann. Beide Größen sind nicht gleichbedeutend und werden durch die jeweilige Auslegung unterschiedlich gewichtet.
Laden und Schutz
Das Laden erfolgt üblicherweise mit einem geregelten Konstantstrom-Konstantspannungs-Verfahren, das auch als IU- oder CCCV-Ladeverfahren bezeichnet wird. Zunächst fließt ein begrenzter Ladestrom. Beim Erreichen der zulässigen Ladeschlussspannung hält das Ladegerät die Spannung konstant, während der Strom schrittweise sinkt.
Sicherer Betrieb
LiPo-Zellen reagieren empfindlich auf Überladung, Kurzschluss, mechanische Beschädigung, ungeeignete Temperaturen und Tiefentladung. Verwendet werden sollten ausschließlich passende Ladeelektronik, Schutzschaltungen und die vom Hersteller vorgegebenen Spannungs-, Strom- und Temperaturgrenzen. Aufgeblähte oder beschädigte Zellen dürfen nicht weiter betrieben werden.
Bei mehrzelligen Akkupacks überwacht ein Batteriemanagement die Einzelzellspannungen und gleicht sie gegebenenfalls aus. Auch eine Parallelschaltung erfordert passende, elektrisch vergleichbare Zellen sowie eine dafür ausgelegte Schutz- und Ladeelektronik.
Vorteile und Grenzen
Der wesentliche Vorteil liegt in der hohen Gestaltungsfreiheit. LiPo-Akkus lassen sich sehr flach ausführen und nutzen den verfügbaren Bauraum effizient. Zudem tritt der klassische Memory-Effekt, wie er mit älteren Akkusystemen verbunden wird, bei dieser Zellchemie nicht auf.
Dem stehen eine hohe Empfindlichkeit gegenüber falscher Behandlung und die geringe mechanische Stabilität einer Folienhülle gegenüber. Anders als starre Rund- oder Prismenzellen benötigt eine Pouch-Zelle konstruktiven Schutz vor Druck, Knicken und scharfkantigen Bauteilen.
Typische Anwendungen
Die flache und leichte Bauweise eignet sich für Smartcards, Smart Wearables und kompakte Mobilgeräte. Darüber hinaus werden LiPo-Zellen dort eingesetzt, wo geringes Gewicht, hohe Leistungsabgabe oder eine an den Bauraum angepasste Zellgeometrie wichtig sind.
Ob ein LiPo-Akku die geeignete Wahl ist, hängt vom Lastprofil, der gewünschten Laufzeit, den Umgebungsbedingungen und dem verfügbaren Schutzkonzept ab. Ein Vergleich mit anderen Akkumulatoren, darunter NiMH-Akkus und NiCd-Akkus, sollte daher die gesamte Anwendung berücksichtigen.