聚合物電池相關(guān)比較

由于各個廠商生產(chǎn)工藝的不同，目前市場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)出來了，容量明顯不如聚合物鋰電，成本也沒優(yōu)勢。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，有很強的制造成本優(yōu)勢。從目前市場來看，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，但售價要低很多。聚合物從理論上來講，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)真正形成競爭，還有不少距離。

一般的電池主要的構(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(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，負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，因此需要堅固的二次包裝來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)備開發(fā)商在電源解決方案上提供了高度的設(shè)計靈活性和適應(yīng)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50%，其容量、循環(huán)壽命（超過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70年代最初的設(shè)計中，采用了固態(tài)聚合物電解質(zhì)。這類電解質(zhì)類似于塑料薄膜，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）。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)計允許組裝簡化，提高電池機械強度，安全，并且能夠制造成為超薄的幾何外形。單個電池的厚度可以薄到1mm。 設(shè)備設(shè)計師能夠根據(jù)他們的想象力來自由設(shè)計電池的形狀和大小。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)阻太高而無法提供當前通信設(shè)備所需要的高脈沖電流，無法驅(qū)動筆記本電腦的硬盤。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)。目前市場上銷售的大部分手機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有像一些分析家預(yù)測的那樣流行。它的優(yōu)越性和低制造成本還沒有被認識到。因為其容量并沒有得到提高，實際上，容量比標準鋰離子電池還有輕微減少。聚合物鋰離子電池的市場在超薄幾何形狀電源的應(yīng)用上，例如信用卡電源等類似的應(yīng)用。

所有的鋰離子電池都非常害怕電池過充、電池短路等情況。當電池過度充放電時，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。普通聚合物鋰離子電池因為使用了膠態(tài)電解質(zhì)，不會因為液體沸騰產(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。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，聚合物鋰離子電池被譽為下一代鋰離子電池。

目前國內(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，但因為使用了鋁塑膜，因此比普通液態(tài)鋰電更輕。安全方面，當液體沸騰時鋁塑膜自然破裂，因此同樣不會爆炸。

須注意的是，新型電池依然可能燃燒或爆裂，安全方面并非萬無一失。

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, 簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(polymer lithium ion battery, 簡稱為LIP)兩大類。 聚合物鋰離子電池所用的正負極材料與液態(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：（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，相對比液態(tài)鋰電池高一些。但在，正常使用中，沒有明顯區(qū)別。

鋰離子聚合物電池一般采用6-7位數(shù)進行命名，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，型號相對多 。

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、聚苯胺或聚對苯酚等做負極，有機溶劑作為電解質(zhì)。鋰聚苯胺電池的比能量可達到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3M公司和加拿大Hgdro-Quebec公司共同開發(fā)一種固態(tài)免維護鋰聚合物電池，鋰電池的電極用氧化釩(VOx)及石墨制成，電解質(zhì)為Li(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而引起過熱，該鋰聚合物電池有一個嚴格的熱管理系統(tǒng)，來控制其正常工作溫度。這種鋰聚合物電池主要的優(yōu)點是消除了液體電解質(zhì)，可以避免在電池出現(xiàn)故障時，電解質(zhì)溢出而造成的污染。

1997年，美國3M公司和加拿大Hgdro-伽ebec公司共同開發(fā)的鋰聚合物蓄電池的技術(shù)性能見表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行工作。這種鋰離子電池的樣品經(jīng)過碰撞試驗證明是安全的。多個鋰聚合物電池串聯(lián)時要防止過充電和過放電，鋰聚合物電池快速充電性能還需進一步解決。