鋰聚合物電池簡介

2016年07月13日

概述

      鋰聚合物電池(Li-polymer,又稱高分子鋰電池):相對以前的電池,來說、能量高、小型化、輕量化,是一種化學性質的電池。在形狀上,鋰聚合物電池具有超薄化特征,可以配合一些產品的需要,制作成不同形狀與容量的電池。該類電池,理論上的最小厚度可達0.5mm。

       特點

       相對于鋰離子電池,鋰聚合物電池的特點如下:

 1. 相對,改善電池漏液的問題,但并沒有徹底改善。

 2. 可制成薄型電池:以3.6V250mAh的容量,其厚度可薄至0.5mm。

 3. 電池可設計成多種形狀。

 4. 可制成單顆高電壓:液態電解質的電池僅能以數顆電池串聯得到高電壓,而高分子電池由于本身無液體,可在單顆內做成多層組合來達到高電壓。

 5. 放電量,理論上高出同樣大小的鋰離子電池10%。

       原理

      鋰離子電池目前有液態鋰離子電池(LIB)和鋰聚合物電池(PLIB)兩類。其中,液態鋰離子電池是指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:LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe-

負極反應:6C+xLi++xe-=LixC6

電池總反應:LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6

       鋰聚合物電池的原理與液態鋰相同,主要區別是電解液與液態鋰不同。電池主要的構造包括有正極、負極與電解質三項要素。所謂的鋰聚合物電池是說在這三種主要構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。而在所開發的鋰聚合物電池系統中,高分子材料主要是被應用于正極及電解質。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,電解質則可以使用固態或膠態高分子電解質,或是有機電解液,一般鋰離子技術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。

        新一代的鋰聚合物電池在形狀上,理論上可做到,形狀多樣化,提高了電池造型設計的靈活性,從而可以配合產品需求,做成一些形狀與容量的電池,為應用設備開發商在電源解決方案上提供了高度的設計靈活性和適應性,以最大化地優化其產品性能。同時,鋰聚合物電池的單位能量比一般鋰離子電池提高了10%。其容量、循環壽命等方面都較鋰離子電池有大幅度的提高。

       工作原理

      鋰聚合物電池是采用銼合金做正極,采用高分子導電材料、聚乙炔、聚苯胺或聚對苯酚等做負極,有機溶劑作為電解質。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。

      構造

      由美國3M公司和加拿大Hgdro-Quebec公司共同開發一種固態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,電解質為Li(CFSO2)2N。鋰聚合物電池的結構比較特殊,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,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,來控制其正常工作溫度。這種鋰聚合物電池主要的優點是消除了液體電解質,可以避免在電池出現故障時,電解質溢出而造成的污染。

      命名方式

      鋰離子聚合物電池一般采用6-7位數進行命名,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。

     電池對比

 1、普通鋰離子電池

     鋰離子電池俗稱“鋰電”,是目前綜合性能最好的電池體系。鋰離子電池負極是碳素材料,如石墨。正極是含鋰的過渡金屬氧化物,如LiMn2O4。

(1)鋰離子電池的優點:

①工作電壓高,鋰離子電池的工作電壓在3.7V,是鎳鎘和鎳氫電池工作電壓 的三倍。

②比能量高。鋰離子電池比能量已達140Wh/kg,是鎳鎘電池的3倍, 鎳氫電池的1.5倍。

③循環壽命長。鋰離子電池循環壽命已達1000次以上,在低放電深度下可 達幾萬次,超過了其他幾種二次電池。

④自放電小。鋰離子電池月自放電率僅為6-8%,遠低于鎳鎘電池(25~30%)及鎳氫電池(30~40%)。

⑤無記憶效應。可以根據要求隨時充電,而不會降低電池性能。

⑥對環境無污染。鋰離子電池中不存在有害物質,是名副其實的“綠色電池”。

 2、鋰聚合物電池

      鋰聚合物電池是更新一代電池,在1999年大批量進入市場。鋰聚合物電池除電解質是固態聚合物、而不是液態電解質外,其余與鋰離子電池基本相同。聚合物電解質材料是由溶體組成的普通薄膜,在溶體中主體聚合物如聚乙烯的氧化物作為不移動的溶劑。鋰聚合物電池的優點是可制成任意形狀和比較輕,這是因為它不含重金屬和有保持電解質不外泄的塑料殼。它們的性能都較好,理想狀態的鋰聚合物電池容量達幾千mA⋅h,且更安全。固態電解質像一個密封凝膠,在充電過程中不會輕易自燃解體。

 3、兩種電池的比較

      鋰聚合物電池和鋰離子電池技術都能代替Ni-Gd電池。但是價格太高,市場還未完全接受,特別是鋰聚合物技術。Darnell集團公司的分析家Brush認為:聚合物電池不會永遠比鋰離子電池貴,生產情況確實貴了許多,這就推動了鋰離子電池技術的發展。以前用于筆記本電腦的鋰離子電池成本是41.42美元,用于筆記本電腦的聚合物電池成本是60.80美元。鋰聚合物電池在相同體積下比鋰電池容量大,且完全沒有記憶效應(鋰離子電池還是有記憶效應的,只是比較小而已)。 鋰聚合物電池其實是一種凝膠狀物質,容易做成各種形狀。而且不含有害的重金屬元素,是“綠色電池”。

    使用優點

1. 無電池漏液問題,其電池內部不含液態電解液,使用膠態的固體。

2. 可制成薄型電池:以3.6V400mAh的容量,其厚度可薄至0.5mm。

3. 電池可設計成多種形狀

4. 電池可彎曲變形:高分子電池最大可彎曲900左右

5. 可制成單顆高電壓:液態電解質的電池僅能以數顆電池串聯得到高電壓,高分子電池由于本身無液體,可在單顆內做成多層組合來達到高電壓。

6. 容量將比同樣大小的鋰離子電池高出一倍



來源:深圳市比特立能源有限公司

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