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聚合物鋰離子電池詳解
2019-11-19 22:13作者:管理員 來源:未知
根據鋰離子電池所用電解質材料的不同,鋰離子電池分為液態鋰離子電池(Liquefied Lithium-Ion Battery,簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(Polymer Lithium-Ion Battery, 簡稱為PLB)或塑料鋰離子電池(Plastic Lithium Ion Batteries, 簡稱為PLB)。

     聚合物鋰離子電池所用的正負極材料與液態鋰離子都是相同的,
正極材料分為鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰材料,負極為石墨,電池工作原理也基本一致。它們的主要區別在于電解質的不同, 液態鋰離子電池使用液體電解質, 聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質來代替, 這種聚合物可以是“干態”的,也可以是“膠態”的,目前大部分采用聚合物凝膠電解質。

  
 分類   

固體

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

凝膠

凝膠聚合物電解質鋰離子電池即在固體聚合物電解質中加入增塑劑添加劑,從而提高離子導電率,使電池可在常溫下使用。

聚合物

由于用固體電解質代替了液體電解質,與液態鋰離子電池相比,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,其質量比能量將會比目前的液態鋰離子電池提高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。

特點   
 
      聚合物鋰離子電池具有  :
①塑形靈活性;
②更高的質量比能量(3倍于MH-Ni電池);
③電化學穩定窗口寬,可達5V;
④完美的安全可靠性;
⑤更長循環壽命,容量損失少;
⑥體積利用率高;

原理


鋰離子電池目前有液態鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)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(還原反應):Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2----------- (2.1)
負極反應(氧化反應):LixC6-xe-=6C+xLi+----------- (2.2)
電池總反應:Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C----------- (2.3)
聚合物鋰離子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。所謂的聚合物鋰離子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。而在目前所開發的聚合物鋰離子電池系統中,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計的靈活性,從而可以配合產品需求,做成任何形狀與容量的電池,為設備開發商在電源解決方案上提供了一些設計靈活性和適應性,以最大化地優化其產品性能。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、與環保性能等方面都較鋰離子電池,有一些改善。

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生短路情況。包括:內部短路,外部短路等情況。
雖然,現在大多數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,發生膨脹的可能性就會加大。
鋰的化學性質非?;顫?,很容易燃燒,當電池充放電時,電池內部持續升溫,活化過程中所產生的氣體膨脹,電池內壓加大,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。

展望


目前手機有以下幾個發展趨勢:
(1) 手機本身向小型化、薄化方向發展,以方便消費者的攜帶;
(2) 手機設計的個性化,表現在設計理念已經不再是原來方方正正的形狀,不規則形狀、曲線、弧面設計成為手機設計美學化的主流;
(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。不規則形狀、曲線、弧面設計造型的手機給電池留下的有效空間變成了不規則形狀。液態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格的液態電池容量增加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成熟并商業化已經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鋰電,但是,由于移動電器的競爭模式正在悄悄地發生變化,特別是聚合物電池給移動電器帶來的設計價值創新(如4mm厚度以下的優越性能、大型規格電池),聚合物電池正被越來越多的手機、移動DVD等設計人員所認識,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。

優點


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
聚合物鋰電池在結構上采用鋁塑軟包裝,有別于液態電芯的金屬外殼,一旦發生安全隱患,液態電芯容易爆炸,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.內阻小
聚合物電芯的內阻較一般液態電芯小,目前國產聚合物電芯的內阻甚至可以做到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品。
11.形狀可定制
制造商不用局限于標準外形,能夠經濟地做成合適的大小。聚合物電池可根據客戶的需求增加或減少電芯厚度,開發新的電芯型號,價格便宜,開模周期短,有的甚至可以根據手機形狀量身定做,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,相比液態電解質,膠體電解質具有平穩的放電特性和更高的放電平臺。
13.保護板設計簡單
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計可考慮省略PTC和保險絲,從而節約電池成本。

缺點

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
聚合物鋰電池在結構上采用鋁塑軟包裝,有別于液態電芯的金屬外殼,一旦發生安全隱患,液態電芯容易爆炸,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.內阻小
聚合物電芯的內阻較一般液態電芯小,目前國產聚合物電芯的內阻甚至可以做到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品。
11.形狀可定制
制造商不用局限于標準外形,能夠經濟地做成合適的大小。聚合物電池可根據客戶的需求增加或減少電芯厚度,開發新的電芯型號,價格便宜,開模周期短,有的甚至可以根據手機形狀量身定做,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,相比液態電解質,膠體電解質具有平穩的放電特性和更高的放電平臺。
13.保護板設計簡單
由于采用聚合物材料,電芯不起、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計可考慮省略PTC和保險絲,從而節約電池成本。

 

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