聚合物電池安全問(wèn)題

所有的鋰離子電池都非常害怕電池過(guò)充、電池短路等情況。當(dāng)電池過(guò)度充放電時(shí)，電池內(nèi)部持續(xù)升溫，活化過(guò)程中所產(chǎn)生的氣體膨脹，電池內(nèi)壓加大，壓力達(dá)到一定程度，如外殼有傷痕，即會(huì)破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。普通聚合物鋰離子電池因?yàn)槭褂昧四z態(tài)電解質(zhì)，不會(huì)因?yàn)橐后w沸騰產(chǎn)生大量氣體而爆炸，從而提高了安全性。

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(diǎn)。因此可以用質(zhì)量更輕的鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個(gè)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，其能量將會(huì)比目前的液態(tài)鋰離子電池更高。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比鋰離子電池有所提高?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，聚合物鋰離子電池被譽(yù)為下一代鋰離子電池。

目前國(guó)內(nèi)的聚合物電池多數(shù)僅僅是軟包電池，采用鋁塑膜做外殼，但電解液并沒(méi)有改變。這種電池同樣可以薄型化，其低溫放電特性比聚合物電池更好，而材料能量密度則與液態(tài)鋰電池、普通聚合物電池基本一致，但因?yàn)槭褂昧虽X塑膜，因此比普通液態(tài)鋰電更輕。安全方面，當(dāng)液體沸騰時(shí)鋁塑膜自然破裂，因此同樣不會(huì)爆炸。

須注意的是，新型電池依然可能燃燒或爆裂，安全方面并非萬(wàn)無(wú)一失。

聚合物鋰離子電池

根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池(lithium ion battery, 簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)IB)和聚合物鋰離子電池(polymer lithium ion battery, 簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)IP)兩大類(lèi)。 聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同, 鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì), 而聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質(zhì)來(lái)代替, 這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。

聚合物鋰離子電池可分為三類(lèi)：（1）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(dǎo)率低，適于高溫使用。（2）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(dǎo)率，使電池可在常溫下使用。（3）聚合物正極材料的鋰離子電池。采用導(dǎo)電聚合物作為正極材料，其電容量，相對(duì)比液態(tài)鋰電池高一些。但在，正常使用中，沒(méi)有明顯區(qū)別。

由于各個(gè)廠商生產(chǎn)工藝的不同，目前市場(chǎng)上的聚合物鋰電分為卷繞式（索尼、東芝為代表）、疊片式（TCL、ATL為代表）兩種不同結(jié)構(gòu)，但適應(yīng)于手機(jī)需求的規(guī)格大都在4mm厚度以下。與液態(tài)比較，由于聚合物外包裝采用了更薄的鋁膜，比鋼殼、鋁殼更薄，而且生產(chǎn)方式與液態(tài)鋰電不同，聚合物越薄越好生產(chǎn)，理論上可以生產(chǎn)出0.5mm以下厚度的電池。

液態(tài)鋰電正好相反，越厚越好生產(chǎn)，低于4mm厚度的電池很難生產(chǎn)，即使生產(chǎn)出來(lái)了，容量明顯不如聚合物鋰電，成本也沒(méi)優(yōu)勢(shì)。因而，電池越薄，聚合物生產(chǎn)成本越低、液態(tài)生產(chǎn)成本越高。

但較厚的規(guī)格上，液態(tài)鋰電供應(yīng)鏈成熟，工藝成熟，生產(chǎn)效率高，成品率高，有很強(qiáng)的制造成本優(yōu)勢(shì)。從目前市場(chǎng)來(lái)看，5mm、6mm厚度系列的液態(tài)鋰電池雖然比3mm、4mm厚度系列電池容量高很多，但售價(jià)要低很多。聚合物從理論上來(lái)講，在5mm、6mm厚度規(guī)格上的材料成本與液態(tài)接近，但目前 5mm、6mm系列電池的工藝成本要比液態(tài)高出很多，因而，要在此規(guī)格上與液態(tài)真正形成競(jìng)爭(zhēng)，還有不少距離。

一般的電池主要的構(gòu)造包括有正極、負(fù)極與電解質(zhì)三項(xiàng)要素。所謂的聚合物鋰離子電池是說(shuō)在這三種主要構(gòu)造中至少有一項(xiàng)或一項(xiàng)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(kāi)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(yīng)用于正極及電解質(zhì)。正極材料包括導(dǎo)電高分子聚合物或一般鋰離子電池所采用的無(wú)機(jī)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(jī)電解液，負(fù)極則通常采用鋰金屬或鋰碳層間化合物。一般鋰離子技術(shù)使用液體或膠體電解液，因此需要堅(jiān)固的二次包裝來(lái)容納可燃的活性成分，這就增加了重量和成本，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（最薄0.8毫米）、任意面積化和任意形狀化，大大提高了電池造型設(shè)計(jì)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，為應(yīng)用設(shè)備開(kāi)發(fā)商在電源解決方案上提供了高度的設(shè)計(jì)靈活性和適應(yīng)性，以最大化地優(yōu)化其產(chǎn)品性能。同時(shí)，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50%，其容量、循環(huán)壽命（超過(guò)500 次）與環(huán)保性能等方面都較鋰離子電池有大幅度的提高。

聚合物鋰離子電池和平常電池的差別在電解質(zhì)上。在20世紀(jì)70年代最初的設(shè)計(jì)中，采用了固態(tài)聚合物電解質(zhì)。這類(lèi)電解質(zhì)類(lèi)似于塑料薄膜，不能導(dǎo)通電子但是可以讓離子交換（能夠充電的原子或者原子團(tuán)）。聚合物電解質(zhì)取代了傳統(tǒng)的浸透電解液的多孔隔膜。干態(tài)聚合物電解質(zhì)的設(shè)計(jì)允許組裝簡(jiǎn)化，提高電池機(jī)械強(qiáng)度，安全，并且能夠制造成為超薄的幾何外形。單個(gè)電池的厚度可以薄到1mm。 設(shè)備設(shè)計(jì)師能夠根據(jù)他們的想象力來(lái)自由設(shè)計(jì)電池的形狀和大小。不幸的是，固態(tài)聚合物鋰離子電池受制于其較差的導(dǎo)電性。內(nèi)阻太高而無(wú)法提供當(dāng)前通信設(shè)備所需要的高脈沖電流，無(wú)法驅(qū)動(dòng)筆記本電腦的硬盤(pán)。加熱電池到60攝氏度，電導(dǎo)率迅速提高，但是這樣的要求不適合在便攜設(shè)備上應(yīng)用。

作為一種折中方式，引入了一些凝膠電解質(zhì)。目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的大部分手機(jī)聚合物鋰離子電池都是包含了凝膠電解質(zhì)的混和型電池。用鋰離子聚合物來(lái)修正這一系統(tǒng)，使之成為目前唯一用于便攜設(shè)備的聚合物電源。

加入凝膠電解質(zhì)以后，鋰離子聚合物電池和一般鋰離子電池又有什么不同呢？雖然這兩種電池在性能表現(xiàn)上非常相似，但是鋰離子聚合物作為唯一固態(tài)電解質(zhì)替代了多孔隔膜。凝膠電解質(zhì)只是增加了離子電導(dǎo)。聚合物鋰離子電池并沒(méi)有像一些分析家預(yù)測(cè)的那樣流行。它的優(yōu)越性和低制造成本還沒(méi)有被認(rèn)識(shí)到。因?yàn)槠淙萘坎](méi)有得到提高，實(shí)際上，容量比標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池還有輕微減少。聚合物鋰離子電池的市場(chǎng)在超薄幾何形狀電源的應(yīng)用上，例如信用卡電源等類(lèi)似的應(yīng)用。

鋰離子聚合物電池一般采用6-7位數(shù)進(jìn)行命名，分別表示厚/寬/高，如PL6567100表示厚度為6.5mm，寬度為67mm，高度為100mm的鋰離子聚合物電池，其中PL表示該電池屬聚合物類(lèi)別。鋰離子聚合物電池制作工藝一般采用疊片軟包裝，所以尺寸改變很靈活方便，型號(hào)相對(duì)多 。

鋰聚合物電池是采用銼合金做正極，采用高分子導(dǎo)電材料、聚乙炔、聚苯胺或聚對(duì)苯酚等做負(fù)極，有機(jī)溶劑作為電解質(zhì)。鋰聚苯胺電池的比能量可達(dá)到350W.h/kg，但比功率只有50-60W/kg，使用溫度-40-70度，壽命約330次左右。

由美國(guó)3M公司和加拿大Hgdro-Quebec公司共同開(kāi)發(fā)一種固態(tài)免維護(hù)鋰聚合物電池，鋰電池的電極用氧化釩(VOx)及石墨制成，電解質(zhì)為L(zhǎng)i(CFSO2)2N。鋰聚合物電池的結(jié)構(gòu)比較特殊，是由五層薄膜組成。第一層用金屬箔作集電極，第二層為負(fù)極，第三層是固體電解質(zhì)，第四層用銼箔作為正極，第五層為絕緣層，五層疊起來(lái)的總厚度為0.lmm。這種鋰聚合物電池的工作溫度為60-100度，為防止電池瞬間輸出大電流時(shí)而引起過(guò)熱，該鋰聚合物電池有一個(gè)嚴(yán)格的熱管理系統(tǒng)，來(lái)控制其正常工作溫度。這種鋰聚合物電池主要的優(yōu)點(diǎn)是消除了液體電解質(zhì)，可以避免在電池出現(xiàn)故障時(shí)，電解質(zhì)溢出而造成的污染。

1997年，美國(guó)3M公司和加拿大Hgdro-伽ebec公司共同開(kāi)發(fā)的鋰聚合物蓄電池的技術(shù)性能見(jiàn)表7-26.

以上的鋰聚合物電池電解質(zhì)是柔性固體聚合物，金屬銼箔密封在電池中，而且在180℃的高溫條件下仍然能夠正常進(jìn)行工作。這種鋰離子電池的樣品經(jīng)過(guò)碰撞試驗(yàn)證明是安全的。多個(gè)鋰聚合物電池串聯(lián)時(shí)要防止過(guò)充電和過(guò)放電，鋰聚合物電池快速充電性能還需進(jìn)一步解決。