聚合物鋰離子電池

　　1分類

　　固體

　　固體聚合物電解質(zhì)鋰離子電池電解質(zhì)為聚合物與鹽的混合物，這種電池在常溫下的離子電導率低，可在常溫下使用。

　　凝膠

　　凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池即在固體聚合物電解質(zhì)中加入增塑劑等添加劑，從而提高離子電導率，使電池可在常溫下使用。

　　聚合物

　　由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì),與液態(tài)鋰離子電池相比，聚合物鋰離子電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點，因此可以用鋁塑復合薄膜制造電池外殼，從而可以改善整個電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會比目前的液態(tài)鋰離子電池提高20%以上。聚合物鋰離子(Polymer Lithium-Ion Battery)電池具有小型化、薄型化、輕量化的特點。因此，聚合物電池在市場占有會逐漸增多。

　　2特點

　　聚合物鋰離子電池具有以下特點 ：

　?、偎苄戊`活性；

　?、诟叩馁|(zhì)量比能量（3倍于MH-Ni電池）；

　?、垭娀瘜W穩(wěn)定窗口寬，可達5V；

　?、芡昝赖陌踩煽啃?；

　?、莞L循環(huán)壽命，容量損失少；

　?、摅w積利用率高；

　?、邚V泛的應用領(lǐng)域。

　　3注意事項

　　一 重視短路情況

　　聚合物鋰離子電池，在充電過程中很容易發(fā)生短路情況。包括：內(nèi)部短路，外部短路等情況。

　　雖然，現(xiàn)在大多數(shù)鋰離子電池都帶有防短路的保護電路，還有防爆線，但很多情況下，這個保護電路在各種情況下不一定會起作用，防爆線能起的作用也很有限。

　　二 充電不要過充

　　聚合物鋰離子電池，如果充電時間過長，發(fā)生膨脹的可能性就會加大。

　　鋰的化學性質(zhì)非常活潑，很容易燃燒，當電池充放電時，電池內(nèi)部持續(xù)升溫，活化過程中所產(chǎn)生的氣體膨脹，電池內(nèi)壓加大，壓力達到一定程度，如外殼有傷痕，即會破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。而聚合物鋰離子電池只會膨脹。

　　大家在使用時候，一定要注意安全。

　　4原理

　　鋰離子電池目前有液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)兩類。其中，液態(tài)鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負極的二次電池。正極采用鋰化合物LiCoO2，LiNiO2或LiMn2O4，負極采用鋰—碳層間化合物LixC6，典型的電池體系為：

　　(-) C | LiPF6—EC+DEC | LiCoO2 (+)

　　正極反應（氧化反應）：LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe- ----------- （2．1）

　　負極反應（還原反應）：6C+xLi++xe-=LixC6 ----------- （2．2）

　　電池總反應：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6 ----------- （2．3）

　　聚合物鋰離子電池的原理與液態(tài)鋰相同，主要區(qū)別是電解液與液態(tài)鋰不同。電池主要的構(gòu)造包括有正極、負極與電解質(zhì)三項要素。所謂的聚合物鋰離子電池是說在這三種主要構(gòu)造中至少有一項或一項以上使用高分子材料做為主要的電池系統(tǒng)。而在目前所開發(fā)的聚合物鋰離子電池系統(tǒng)中，高分子材料主要是被應用于正極及電解質(zhì)。正極材料包括導電高分子聚合物或一般鋰離子電池所采用的無機化合物，電解質(zhì)則可以使用固態(tài)或膠態(tài)高分子電解質(zhì)，或是有機電解液，一般鋰離子技術(shù)使用液體或膠體電解液，因此需要堅固的二次包裝來容納可燃的活性成分，這就增加了重量，另外也限制了尺寸的靈活性。

　　新一代的聚合物鋰離子電池在形狀上可做到薄形化（ATL電池最薄可達0.5毫米,相于一張卡片的厚度）、任意面積化和任意形狀化，大大提高了電池造型設(shè)計的靈活性，從而可以配合產(chǎn)品需求，做成任何形狀與容量的電池，為設(shè)備開發(fā)商在電源解決方案上提供了一些設(shè)計靈活性和適應性，以最大化地優(yōu)化其產(chǎn)品性能。同時，聚合物鋰離子電池的單位能量比目前的一般鋰離子電池提高了20%，其容量、與環(huán)保性能等方面都較鋰離子電池，有一些改善。

　　5展望

　　目前手機有以下幾個發(fā)展趨勢：

　　(1) 手機本身向小型化、薄化方向發(fā)展，以方便消費者的攜帶；

　　(2) 手機設(shè)計的個性化，表現(xiàn)在設(shè)計理念已經(jīng)不再是原來方方正正的形狀，不規(guī)則形狀、曲線、弧面設(shè)計成為手機設(shè)計美學化的主；

　　(3) 使用彩屏、手機功能的不斷增加。為了使手機小型化，電池減小、減薄是一個最有效的途徑。4mm以下厚度電池有成為薄型手機配置的主流趨勢，從性價比來講，這是聚合物的特長。不規(guī)則形狀、曲線、弧面設(shè)計造型的手機給電池留下的有效空間變成了不規(guī)則形狀。液態(tài)的長方型不能有效利用空間，容量較低，而疊片式聚合物可以將這種不規(guī)則空間最有效地利用起來，使容量放大。最近TCL金能公司推出的圓弧型電池、梯形電池、背包電池能使手機比使用相應規(guī)格的液態(tài)電池容量增加20%以上。手機功能越來越多，導致耗電越來越多。要求電池容量相應地增加。在不增加電池厚度的情況下，聚合電池是有明顯優(yōu)勢的。與此相似，筆記本電腦、藍牙耳機、小靈通手機、移動DVD等電器都在向移動、便攜化方向發(fā)展，都配上了液晶顯示，而且功能在不斷增多，液晶屏幕在不斷增大。這些都給聚合物鋰離子電池提供了一些機會。

　　聚合物鋰離子電池在全球技術(shù)成熟并商業(yè)化已經(jīng)2年多時間了，雖然銷量正在快速增長，但其市場份額還在10%左右，和液態(tài)鋰電90%的市場份額無法相比，大大低于人們的預期。由于各種原因，目前市場上聚合物的價格普遍要高于液態(tài)鋰電，但是，由于移動電器的競爭模式正在悄悄地發(fā)生變化，特別是聚合物電池給移動電器帶來的設(shè)計價值創(chuàng)新（如4mm厚度以下的優(yōu)越性能、大型規(guī)格電池），聚合物電池正被越來越多的手機、移動DVD等設(shè)計人員所認識，因而聚合物廠商還是信心十足，堅信聚合物的時代一定會到來。

　　6優(yōu)缺點

　　優(yōu)點

　　1. 單體電池的工作電壓高達3.6v~3.8v 遠高于鎳氫和鎳鎘電池的1.2V 電壓。

　　2. 容量密度大,其容量密度是鎳氫電池或鎳鎘電池的1.5~2.5 倍,或者更高。

　　3. 自放電小,在放置很長時間后其容量損失也很小。

　　4. 壽命長，正常使用其循環(huán)壽命可達到500 次以上。

　　5. 沒有記憶效應,在充電前不必將剩余電量放空,使用方便。

　　6.安全性能好

　　聚合物鋰電池在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑軟包裝，有別于液態(tài)電芯的金屬外殼，一旦發(fā)生安全隱患，液態(tài)電芯容易爆炸，而聚合物電芯最多只會氣鼓。

　　7.厚度小，能做得更薄

　　超薄，電池能夠組裝進信用卡中。普通液態(tài)鋰電采用先定制外殼，后塞正負極材料的方法，厚度做到3.6mm以下存在技術(shù)瓶頸，聚合物電芯則不存在這一問題，厚度可做到1mm以下，符合時下手機需求方向。

　　8.重量輕

　　采用聚合物電解質(zhì)的電池無需金屬殼來作為保護外包裝。聚合物電池重量較同等容量規(guī)格的鋼殼鋰電輕40%，較鋁殼電池輕20%。

　　9.容量大

　　聚合物電池較同等尺寸規(guī)格的鋼殼電池容量高10～15%，較鋁殼電池高5～10%，成為彩屏手機及彩信手機的首選，現(xiàn)在市面上新出的彩屏和彩信手機也大多采用聚合物電芯。

　　10.內(nèi)阻小

　　聚合物電芯的內(nèi)阻較一般液態(tài)電芯小，目前國產(chǎn)聚合物電芯的內(nèi)阻甚至可以做到35mΩ以下，極大的減低了電池的自耗電，延長手機的待機時間，完全可以達到與國際接軌的水平。這種支持大放電電流的聚合物鋰電更是遙控模型的理想選擇，成為最有希望替代鎳氫電池的產(chǎn)品。

　　11.形狀可定制

　　制造商不用局限于標準外形，能夠經(jīng)濟地做成合適的大小。聚合物電池可根據(jù)客戶的需求增加或減少電芯厚度，開發(fā)新的電芯型號，價格便宜，開模周期短，有的甚至可以根據(jù)手機形狀量身定做，以充分利用電池外殼空間，提升電池容量。

　　12.放電特性佳

　　聚合物電池采用膠體電解質(zhì)，相比液態(tài)電解質(zhì)，膠體電解質(zhì)具有平穩(wěn)的放電特性和更高的放電平臺。

　　13.保護板設(shè)計簡單

　　由于采用聚合物材料，電芯不起火、不爆炸，電芯本身具有足夠的安全性，因此聚合物電池的保護線路設(shè)計可考慮省略PTC和保險絲，從而節(jié)約電池成本。

　　缺點

　　1. 電池成本高,電解質(zhì)體系提純困難。

　　2. 需要保護線路控制，過充或者過放都會使電池內(nèi)部化學物質(zhì)的可逆性遭到破壞，從而嚴重影響電池的壽命。

　　7性能研究

　　對均聚物聚偏氟乙烯（PVdF）、偏氟乙烯與六氟丙烯的二元共聚物（PVdF-HFP）分別作為聚合物鋰離子電池骨架材料的性能進行了對比研究。研究結(jié)果表明，采用適當?shù)募夹g(shù)手段，可使PVdF作為聚合物鋰離子電池的骨架材料獲得比PVdF-HFP共聚物更為優(yōu)良的性能。