锂聚合物电池

一种化学电池

锂聚合物电池，又称高分子锂电池，是一种化学性质的电池。相对以前的电池来说，具有能量高、小型化、轻量化的特点。

产品介绍

一般的电池的三要素：正极、负极与电解质。所谓的锂聚合物电池是指在三要素中至少有一个或一个以上采用高分子材料的电池系统。在锂聚合物电池系统中，高分子材料大多数被用在了正极和电解质上。正极材料使用的是导电高分子聚合物或一般锂离子电池所使用的无机化合物，负极常应用锂金属或锂碳层间化合物，电解质是采用固态或者胶态高分子电解质或者有机电解液。由于锂聚合物中没有多余的电解液，因此它更可靠更稳定。

特点

锂聚合物电池是采用锂合金做正极，采用高分子导电材料、聚乙炔、聚苯胺或聚对苯酚等做负极，有机溶剂作为电解质。锂聚苯胺电池的比能量可达到350W.h/kg，但比功率只有50-60W/kg，使用温度-40-70度，寿命约330次左右。

相对于锂离子电池，锂聚合物电池的特点如下：

1、相对改善电池漏液的问题，但并没有彻底改善。

2、可制成薄型电池：以3.6V 250mAh的容量，其厚度可薄至0.5mm。

3、电池可设计成多种形状。

4、可制成单颗高电压：液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压，而高分子电池由于本身无液体，可在单颗内做成多层组合来达到高电压。

5、放电量，理论上高出同样大小的锂离子电池10%。

锂聚合物电池（Li-polymer，又称之为高分子锂离子电池），具有比能量高、小型化、超薄化、轻量化和安全性高等多种优势。基于这样的优点，锂聚合物电池是可制成任何形状与容量的电池，进而满足各种产品的需要；并且它采用铝塑包装，内部出现问题可立即通过外包装表现出来，即便存在安全隐患，也不会爆炸，只会鼓胀。在聚合物电池中，电解质起着隔膜和电解液的双重功能：一方面像隔膜一样隔离开正负极材料，使电池内部不发生自放电及短路，另一方面又像电解液一样在正负极之间传导锂离子。聚合物电解质不仅具有良好的导电性，而且还具备高分子材料所特有的质量轻、弹性好、易成膜等特性，也顺应了化学电源质量轻、安全、高效、环保的发展趋势。

安全问题

所有的锂离子电池，无论是以前的，还是这些年的，包括聚合物锂离子电池、磷酸铁锂电池等等，都非常害怕电池内部短路、电池外部短路、过充这些情况。

因为，锂的化学性质非常活跃，很容易燃烧，当电池放电、充电时，电池内部会持续升温，活化过程中所产生的气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度，如外壳有伤痕，即会破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。

技术人员为了缓解锂离子电池的危险，加入了能抑制锂元素活跃的成分（比如钴、锰、铁等等），但这些并不能从本质上改变锂离子电池的危险性。

普通锂离子电池在过充、短路等情况时候发生时，电池内部可能出现升温、正极材料分解、负极和电解液材料被氧化等现象，进而导致气体膨胀和电池内压加大，当压力达到一定程度后就可能出现爆炸。而聚合物锂离子电池因为使用了胶态电解质，不会因为液体沸腾而产生大量气体，从而杜绝了剧烈爆炸的可能。

国内的聚合物电池多数仅仅是软包电池，采用铝塑膜做外壳，但电解液并没有改变。这种电池同样可以薄型化，其低温放电特性比聚合物电池更好，而材料能量密度则与液态锂电池、普通聚合物电池基本一致，但因为使用了铝塑膜，因此比普通液态锂电更轻。安全方面，当液体刚沸腾时软包电池的铝塑膜会自然鼓包或破裂，同样不会爆炸。

须注意的是，新型电池依然可能燃烧或膨胀裂开，安全方面并非万无一失。

所以大家在使用各种锂离子电池时候，一定要注意安全。

原理

锂离子电池有液态锂离子电池（LIB）和锂聚合物电池（PLIB）两类。其中，液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物LiCoO2，LiNiO2或LiMn2O4，负极采用锂—碳层间化合物LixC6，典型的电池体系为：

(-) C | LiPF6—EC+DEC | LiCoO2 (+)

正极反应：LiCoO2 = Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-

负极反应：6C + xLi+ + xe- = LixC6

电池总反应：LiCoO2 + 6C = Li1-xCoO2 + LixC6

锂聚合物电池的原理与液态锂相同，主要区别是电解液与液态锂不同。电池主要的构造包括有正极、负极与电解质三项要素。所谓的锂聚合物电池是说在这三种主要构造中至少有一项或一项以上使用高分子材料作为主要的电池系统。而在所开发的锂聚合物电池系统中，高分子材料主要是被应用于正极及电解质。正极材料包括导电高分子聚合物或一般锂离子电池所采用的无机化合物，电解质则可以使用固态或胶态高分子电解质或是有机电解液，一般锂离子技术使用液体或胶体电解液，因此需要坚固的二次包装来容纳可燃的活性成分，这就增加了重量，另外也限制了尺寸的灵活性。

新一代的锂聚合物电池在形状上，理论上可做到，形状多样化，提高了电池造型设计的灵活性，从而可以配合产品需求，做成一些形状与容量的电池，为应用设备开发商在电源解决方案上提供了高度的设计灵活性和适应性，以最大化地优化其产品性能。同时，锂聚合物电池的单位能量比一般锂离子电池提高了10%。其容量、循环寿命等方面都较锂离子电池有大幅度的提高。

分类

锂聚合物电池按电解质可分为三类：

1、凝胶聚合物电解质锂离子电池，它是在固体聚合物电解质中加入添加剂提高离子电导率，使电池可在常温下使用；

2、固体聚合物电解质锂离子电池，电解质为聚合物与盐的混合物，在常温下的离子电导率低，适于高温使用；

3、复合凝胶聚合物正极材料的锂离子电池，导电聚合物作为正极材料，其比能量是现有锂离子电池的3倍，是最新一代的锂离子电池。

命名方式

锂离子聚合物电池一般采用6-7位数进行命名，分别表示厚/宽/高，如PL6567100表示厚度为6.5mm，宽度为67mm，高度为100mm的锂离子聚合物电池，其中PL表示该电池属聚合物类别。锂离子聚合物电池制作工艺一般采用叠片软包装，所以尺寸改变很灵活方便，型号相对多。

电池对比

普通锂离子电池

锂离子电池俗称“锂电”，是综合性能最好的电池体系。锂离子电池负极是碳素材料，如石墨。正极是含锂的过渡金属氧化物，如LiMn2O4。

（1）锂离子电池的优点：

① 工作电压高，锂离子电池的工作电压在3.7V，是镍镉和镍氢电池工作电压的三倍。

② 比能量高。锂离子电池比能量已达140Wh/kg，是镍镉电池的3倍，镍氢电池的1.5倍。

③ 循环寿命长。锂离子电池循环寿命已达1000次以上，在低放电深度下可达几万次，超过了其他几种二次电池。

④ 自放电小。锂离子电池月自放电率仅为6%～8%，远低于镍镉电池（25%～30%）及镍氢电池（30%～40%）。

⑤ 无记忆效应。可以根据要求随时充电，而不会降低电池性能。

⑥ 对环境无污染。锂离子电池中不存在有害物质，是名副其实的“绿色电池”。

锂聚合物电池

锂聚合物电池是更新一代电池，在1999年大批量进入市场。锂聚合物电池除电解质是固态聚合物、而不是液态电解质外，其余与锂离子电池基本相同。

聚合物电解质材料是由溶体组成的普通薄膜，在溶体中主体聚合物如聚乙烯的氧化物作为不移动的溶剂。锂聚合物电池的优点是可制成任意形状和比较轻，这是因为它不含重金属和有保持电解质不外泄的塑料壳。它们的性能都较好，理想状态的锂聚合物电池容量达几千mA⋅h，且更安全。固态电解质像一个密封凝胶，在充电过程中不会轻易自燃解体。

两种电池的比较

锂聚合物电池和锂离子电池技术都能代替Ni-Gd电池。但是价格太高，市场还未完全接受，特别是锂聚合物技术。锂聚合物电池在相同体积下比锂电池容量大，且完全没有记忆效应（锂离子电池还是有记忆效应的，只是比较小而已）。锂聚合物电池其实是一种凝胶状物质，容易做成各种形状。而且不含有害的重金属元素，是“绿色电池”。

使用优点

1、无电池漏液问题，其电池内部不含液态电解液，使用胶态的固体。

2、可制成薄型电池：以3.6V 400mAh的容量，其厚度可薄至0.5mm。

3、电池可设计成多种形状。

4、电池可弯曲变形：高分子电池最大可弯曲90度左右。

5、可制成单颗高电压：液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压，高分子电池由于本身无液体，可在单颗内做成多层组合来达到高电压。

6、容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍。

产业化现状

锂离子电池早在1992年开始就已经商业化，而锂聚合物电池在7年后才投入商业化，尽管如此，Sony自1999年商业化生产以来，液态锂离子电池的发展一直落后于锂聚合物电池的发展速度，在2002年，锂离子电池的市场份额的7%已经被锂聚合物电池占领，至2005年大概占到了9.3%的市场份额，到2010年已经上升到了30%左右。

锂聚合物电池是相当先进的可充电电池，欧、美、日等各国都加大研究力度和开发进程。像日本Sony能源技术与Moli电池部在1991年联合开发了一种以聚糖醇热解碳（PFA）为负极的锂聚合物电池。1993年，美国Bellcore（贝尔电讯）首先报道了采用PVDF凝胶电解质制造成的锂聚合物电池（PLIB）。1996年，美国Bellcore宣布了一套相对完备的锂聚合物电池的规模化生产技术。随后日本的索尼、松下等几大宣布将联合生产锂聚合物电池。日本人将1999年定为锂聚合物电池的元年，锂聚合物电池已在实际中得到了应用。

由于锂聚合物电池使锂二次电池安全性和循环性能都得到保障，并且具有比能量高、工作温度范围宽、工作电压平稳、贮存寿命长等优点，被誉为“最有前途的化学电源”。苹果全系列产品均采用锂聚合物电池，iPad用的大聚合物电芯主要由ATL、力神、SDI、Sony、LGC共同提供。另外，丰田、日产等日系车企也在大力研发聚合物锂电池，用以匹配普锐斯和LEAF等新能源汽车。这类新型高能电池也会在Mac-Book和MacBookPro的未来新产品中采用。尽管锂聚合物电池的成本较锂离子电池高出许多，仅在高档手机和笔记本电脑采用，但事实上，车用锂聚合物电池也已开始发展。

根据锂聚合物电池优点：许多厂商都已推出商品化的锂聚合物充电电池，而所关注的焦点都是在于其超薄的特性。一般而言，2～4mm作为锂聚合物电池的厚度，较最小厚度的锂离子电池则可至少降低一半左右，因此也给厂商在设计产品时提供相当大的可自由发挥的空间。

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