Eine kurze Einführung in die Kundenanforderungen
Der Kunde ist ein globaler Anbieter von Chipkartenlösungen, der sich auf die Einführung eines Zahlungs- und Zugangskarte der nächsten Generation mit erweiterten Sicherheitsfunktionen und integrierten Sensoren. Ihr Entwicklungsteam sah sich mit drei kritischen Anforderungen konfrontiert:
Extreme Schlankheit - Die gesamte Stromquelle musste nicht dicker als 1 mm um die ISO/IEC-Normen für Smartcards zu erfüllen und gleichzeitig Platz für Antennen, NFC-Chips und biometrische Module zu lassen.
Zuverlässige Leistung und lange Lebensdauer - Die Karte verlangte einen stabilen 3,7 V Versorgung mit ausreichender Kapazität zur Ansteuerung eines integrierten Displays und einer sicheren Authentifizierungselektronik für Hunderte von Ladezyklen ohne Verschlechterung.
Flexible und leichtgewichtige Konstruktion - Die Batterie musste standhalten tägliche Biege-, Stanz- und Laminierprozesse ohne Abstriche bei der Sicherheit oder Leistung und bei einem Gesamtgewicht von nur wenigen Gramm.
Das gleichzeitige Erreichen aller drei Ziele - insbesondere des Ein Profil von unter 1 mm, gepaart mit hoher Energiedichte - das war die zentrale Herausforderung die den Kunden für eine maßgeschneiderte Lösung zu LanDazzle brachte.
Herausforderungen der ultradünnen Batteriedicke
Begrenzte Energiedichte
Die stark eingeschränkte Dicke begrenzt die Menge der aktiven Materialien (Kathode, Anode) und das Volumen des Elektrolyten im Inneren der Batterie, so dass nur sehr wenig Platz für die Energiespeicherung bleibt. Die zentrale Herausforderung besteht darin, die Energiespeicherung in einem extrem dünnen Formfaktor zu maximieren.
Mechanische Festigkeit und Verkapselung
Da die Batterie immer dünner wird, nimmt ihre mechanische Festigkeit erheblich ab, was sie zerbrechlich und anfällig für physische Schäden (z. B. Risse, Delamination) macht, wenn sie gebogen, verdreht oder zusammengedrückt wird. Die Verkapselung muss extrem zuverlässig sein, um das Eindringen von Luft/Feuchtigkeit (was zu Ausfällen führen würde) und das Auslaufen von Elektrolyt zu verhindern und gleichzeitig flexibel zu bleiben.
Thermisches Management
Das geringe Volumen einer dünnen Batterie bedeutet, dass sie eine geringe thermische Masse hat. Die beim schnellen Laden oder Entladen entstehende Wärme kann sich leichter konzentrieren und schnelle lokale Temperaturspitzen verursachen. Dies stellt ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar (z. B. Überhitzung, Feuer) und macht die Wärmeableitung zu einer großen Herausforderung.
Herstellungsprozess und Ausbeute
Die Herstellung von ultradünnen Batterien erfordert eine extrem hohe Präzision. Prozesse wie Beschichtung, Schneiden und Stapeln/Wickeln von Elektrodenfolien und Separatoren sind sehr schwierig. Sie sind anfällig für Defekte (z. B. Nadellöcher, Kurzschlüsse), was in der Regel zu einer geringen Produktionsausbeute und hohen Kosten führt.
Zyklus Leben
Die minimale Menge an aktivem Material bedeutet, dass jeder Lade-/Entladezyklus eine stärkere Degradation der Elektroden verursacht. Dies kann zu einem schnelleren Kapazitätsabfall und einer kürzeren Gesamtlebensdauer führen.
Gefahr eines internen Kurzschlusses
Der Separator selbst ist extrem dünn. Winzige Metallpartikel oder Herstellungsfehler können den Separator leicht durchdringen, so dass Kathode und Anode in direkten Kontakt kommen. Dies führt zu einem internen Kurzschluss, der ein ernsthaftes Sicherheitsrisiko darstellt.
Von der Herausforderung zur Realität: Unsere 1 mm ultradünne Smart Card-Batterie
Trotz der erheblichen Herausforderungen, die eine 1 mm ultradünnes Profil, LanDazzle entwickelte erfolgreich eine leistungsstarker, ultradünner Lipo-Akku. Unser Design erreicht nicht nur die geringe Dicke für Chipkarten erforderlich sondern unterhält auch zuverlässige Leistung, lange Lebensdauer und Sicherheit.
Kapazität: 155 mAh
Liefert ausreichend Energie, um Chipkartenelektronik und Displays über einen längeren Zeitraum zu betreiben.
Spannung: 3,7 V
Liefert einen stabilen 3,7-V-Ausgang, der einen zuverlässigen Betrieb für eingebettete Geräte gewährleistet.
Gewicht: 3,6 g
Extrem leicht, was zu einem schlanken, tragbaren Kartendesign ohne zusätzliche Masse beiträgt.
Energiedichte: 272 Wh/L
Die hohe volumetrische Energiedichte maximiert die Leistung auf kleinstem Raum und ist ideal für ultradünne Anwendungen.
Zyklus Lebensdauer: 500 mal
Kann bis zu 500 Lade-/Entladezyklen bei gleichbleibender Leistung überstehen.
Größe: T1.0 × B48 × L44 mm
Die ultradünne Dicke von 1 mm passt in die Abmessungen einer ISO-Chipkarte und lässt Platz für Antennen und Sensoren.
Wie lösen wir diese Herausforderungen?
Einführung von Materialien mit hoher Energiedichte：
Hochspannungskathoden: LFP, hochnickelhaltiges NMC (z. B. NMC 811), LCO - speichern mehr Energie pro Volumen/Gewicht.
Silizium-Kohlenstoff-Anoden: Höhere Kapazität als Graphit; Nanostruktur und Kohlenstoffbeschichtung verringern die Ausdehnung.
Festkörperelektrolyte: Sie ersetzen teilweise flüssige Elektrolyte und erhöhen so die Energiedichte und Sicherheit.
Innovatives Strukturdesign und Verkapselungstechnik:
- Flexibler Stapelungsprozess: Verwendung von mehrlagigen Elektrodenstapeln anstelle von Wicklungen.
- Polymer-Laminat-Verkapselung: Verwendung von Hochleistungs-Beutelfolie (Aluminium-Verbundfolie) mit speziellen Kaschierverfahren.
- Integrierter struktureller Entwurf: Die Konstruktion des Akkus als Teil der Gerätestruktur (eingebettet in einen Kartensteckplatz) bietet mechanischen Halt.
Materialinnovation und intelligentes Design:
- Konstruktion mit geringem Innenwiderstand: Optimierung des Designs der Laschen und der Schweißverfahren, um die interne Impedanz zu reduzieren und die Wärmeentwicklung zu minimieren.
- Wärmestabile Materialien: Verwendung hochtemperaturbeständiger Separatoren und thermisch stabiler Elektrolyte, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern.
- Management der thermischen Schnittstelle: Verwendung von Wärmeleitmaterialien zur effizienten Wärmeableitung von der Batterie zum Metallgehäuse des Geräts.
Präzisionsfertigung und Qualitätskontrolle:
- Ultradünne Stromabnehmer: Verwendung dünnerer Kupfer- und Aluminiumfolien, um mehr Platz für aktive Materialien zu schaffen.
- Präzisionsbeschichtung und Schlitzen: Einsatz von Hochpräzisionsbeschichtern zur Kontrolle der Schichtdicke und Gleichmäßigkeit. Das Laserschneiden minimiert Grate und verhindert Kurzschlüsse.
Elektrodenschnittstellen-Stabilisierung Tech:
- Oberflächenbeschichtung und -veränderung: Beschichtung von Kathoden- und Anodenmaterialien zur Verringerung von Nebenreaktionen und strukturellem Abbau während des Zyklus.
- Funktionelle Elektrolyt-Zusatzstoffe: Zugabe von filmbildenden Additiven (z. B. FEC, VC) zur Bildung einer stabilen und robusten festen Elektrolytinterphase (SEI) auf der Elektrodenoberfläche, die diese schützt
Verbesserte Abscheider- und Sauberkeitskontrolle:
- Hochfeste Abscheider: Verwendung von Separatoren auf der Basis starker Polymere oder keramikbeschichteter Separatoren zur Verbesserung der Durchstoßfestigkeit.
- Reinraumfertigung: Zusammenbau von Batterien in einem hochklassigen Reinraum zur strengen Kontrolle von Metallstaub und Partikeln
Schlussfolgerung
Die Entwicklung einer 1 mm dünnen Lithium-Polymer-Batterie für Chipkarten war eine ehrgeizige Herausforderung, von extremer Platzmangel zu mechanische Flexibilität und zuverlässige Leistung Anforderungen. Trotz dieser Hürden ist es uns gelungen, den BP104545 zu entwickeln, der eine hohe Energiedichte, eine lange Lebensdauer und ein robustes mechanisches Design in einem extrem schlanken Profil vereint.
Diese Batterie befähigt unseren Kunden schlankere, vielseitigere Produkte ohne Kompromisse bei der Leistung oder Sicherheit. Durch den Einsatz fortschrittlicher Materialien, präziser Stapelung und strenger Qualitätskontrolle beweist LanDazzle seine Fähigkeit Umsetzung anspruchsvoller Spezifikationen in reale, leistungsstarke Lösungen.
Sind Sie bereit, Ihr Projekt für eine dünne Lithiumbatterie ins Leben zu rufen?
Setzen Sie sich noch heute mit uns in Verbindung, um eine kostenlose Beratung zu erhalten und zu erfahren, wie unsere kundenspezifischen Batterielösungen Ihre Geräte zum Leben erwecken können.
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