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凑集物电池

日期:2019-11-25 20:49 来源: 聚合物

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  聚合物电池也称锂聚合物电池(Li-polymer),又称高分子锂电池。它也是锂离子电池的一种,但是与液锂电池(Li-ion)相比具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化,以及高安全性等多种明显优势,是一种新型电池。在形状上,锂聚合物电池具有超薄化特征,可以配合各种产品的需要,制作成任何形状与容量的电池。该类电池可以达到的最小厚度可达0.5mm。 它的标称电压与Li-ion一样也是标称电压 3.7V,没有记忆效应。

  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。所谓的聚合物锂离子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做为主要的电池系统。而在所开发的聚合物锂离子电池系统中,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。而聚合物锂离子工艺中没有多余的电解液,因此它更稳定,也不易因电池的过量充电、碰撞或其他损害、以及过量使用而造成危险情况。

  新一代的聚合物锂离子电池在形状上可做到薄形化(ATL电池最薄可达0.5毫米,相于一张卡片的厚度)、任意面积化和任意形状化,大大提高了电池造型设计的灵活性,从而可以配合产品需求,做成任何形状与容量的电池,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,聚合物锂离子电池的单位能量比一般锂离子电池提高了50%,其容量、充放电特性、安全性、工作温度范围、循环寿命(超过500次)与环保性能等方面都较锂离子电池有大幅度的提高

  根据锂离子电池所用电解质材料不同,锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithium ion battery,简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery,简称为LIP)两大类。聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的,电池的工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解液的不同,锂离子电池使用的是液体电解液, 而聚合物锂离子电池则以胶态聚合物电解液来代替。

  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。

  与液态锂离子电池相比,聚合物锂离子电池不但安全性高,同时还具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点,外壳也使用了更轻的铝塑复合薄膜。不过,其低温放电性能可能还有提升的空间。

  由于各个厂商生产工艺的不同,市场上的聚合物锂电分为卷绕式(索尼、东芝为代表)、叠片式(TCL、ATL为代表)两种不同结构,但适应于手机需求的规格大都在4mm厚度以下。与液态比较,由于聚合物外包装采用了更薄的铝膜,比钢壳、铝壳更薄,而且生产方式与液态锂电不同,聚合物越薄越好生产,理论上可以生产出0.5mm以下厚度的电池。

  液态锂电正好相反,越厚越好生产,低于4mm厚度的电池很难生产,即使生产出来了,容量明显不如聚合物锂电,成本也没优势。因而,电池越薄,聚合物生产成本越低、液态生产成本越高。

  但较厚的规格上,液态锂电供应链成熟,工艺成熟,生产效率高,成品率高,有很强的制造成本优势。从市场来看,5mm、6mm厚度系列的液态锂电池虽然比3mm、4mm厚度系列电池容量高很多,但售价要低很多。聚合物从理论上来讲,在5mm、6mm厚度规格上的材料成本与液态接近,但5mm、6mm系列电池的工艺成本要比液态高出很多,因而,要在此规格上与液态真正形成竞争,还有不少距离。

  一般的电池主要的构造包括有正极、负极与电解质三项要素。所谓的聚合物锂离子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做为主要的电池系统。所开发的聚合物锂离子电池系统中,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,负极则通常采用锂金属或锂碳层间化合物。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,这就增加了重量和成本,另外也限制了尺寸的灵活性。

  新一代的聚合物锂离子电池在形状上可做到薄形化(最薄0.8毫米)、任意面积化和任意形状化,大大提高了电池造型设计的灵活性,从而可以配合产品需求,做成任何形状与容量的电池,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,聚合物锂离子电池的单位能量比一般锂离子电池提高了50%,其容量、循环寿命(超过500 次)与环保性能等方面都较锂离子电池有大幅度的提高

  涂碳铝箔是由导电碳为主的复合型浆料与高纯度的电子铝箔,以转移式涂覆工艺制成。

  4.用于超级电容器、锂一次电池(锂亚、锂锰、锂铁、扣式等)替代蚀刻铝箔。

  6.提高磷酸铁锂电池的高、低温性能,改善磷酸铁锂、钛酸锂材料的加工性能。

  对应涂覆的活性物质D50最好不大于4~5μm,压实密度不大于2.25g/cm,比表面积在13~18㎡/g范围内

  1.存储要求:在温度为25±5℃、湿度为不超过50%的环境中,运输时须避免空气和水蒸气对铝箔的侵蚀;

  2.分为A、B两款,各自的关键特性为:A款外观为黑色,常规涂层厚度为双面4~8μm,导电性能较更为突出;B款外观为淡灰色,常规涂层厚度为双面2~3μm,涂层区可做较少层的焊接,并可以涂布机识别跳间隙;

  3.B款(灰色)涂碳铝箔可以在涂层区直接做超声焊,只适合卷绕式电池焊接极耳(极片最多2-3层),但超声的功率、时间需做一些微调;

  5.对锂电池与电容的综合性能有较可观的提升,但不可作为改变电池某方面性能的主要因素,如电池能量密度、高低温性能、高电压等等。

  聚合物锂离子电池和平常电池的差别在电解质上。在20世纪70年代最初的设计中,采用了固态聚合物电解质。这类电解质类似于塑料薄膜,不能导通电子但是可以让离子交换(能够充电的原子或者原子团)。聚合物电解质取代了传统的浸透电解液的多孔隔膜。干态聚合物电解质的设计允许组装简化,提高电池机械强度,安全,并且能够制造成为超薄的几何外形。单个电池的厚度可以薄到1mm。设备设计师能够根据他们的想象力来自由设计电池的形状和大小。不幸的是,固态聚合物锂离子电池受制于其较差的导电性。内阻太高而无法提供当前通信设备所需要的高脉冲电流,无法驱动笔记本电脑的硬盘。加热电池到60摄氏度,电导率迅速提高,但是这样的要求不适合在便携设备上应用。

  作为一种折中方式,引入了一些凝胶电解质。市场上销售的大部分手机聚合物锂离子电池都是包含了凝胶电解质的混和型电池。用锂离子聚合物来修正这一系统,使之成为唯一用于便携设备的聚合物电源

  加入凝胶电解质以后,锂离子聚合物电池和一般锂离子电池又有什么不同呢?虽然这两种电池在性能表现上非常相似,但是锂离子聚合物作为唯一固态电解质替代了多孔隔膜。凝胶电解质只是增加了离子电导。聚合物锂离子电池并没有像一些分析家预测的那样流行。它的优越性和低制造成本还没有被认识到。因为其容量并没有得到提高,实际上,容量比标准锂离子电池还有轻微减少。聚合物锂离子电池的市场在超薄几何形状电源的应用上,例如信用卡电源等类似的应用。

  聚合物锂离子电池在全球技术成熟并商业化已经2年多时间了,虽然销量在快速增长,但其市场份额尚低于10%,与液态锂电90%的市场份额无法相比,大大低于人们的预期。由于各种原因,市场上聚合物锂电池的价格普遍要高于液态锂电,但是,由于移动电器的竞争模式正在悄悄地发生变化,特别是聚合物电池给移动电器带来的设计价值创新(如4mm厚度以下的优越性能、大型规格电池),聚合物电池正被越来越多的手机、移动DVD等设计人员所认识,因而聚合物锂电池厂商还是信心十足,坚信聚合物锂电池的时代一定会到来。可以从手机的发展看聚合物锂离子电池的发展趋势。特别是移动电源的发展得到了市场普遍认可,随着智能手机的普及耗电量不断增加,移动电源的出现将会彻底改变聚合物锂离子电池的劣势,新一代的移动电源以明能移动电源为代表采用高端聚合物锂离子电池,其具备电池容量大等相对优点。随着技术的完善,会慢慢改进

  佐田勉, 武田一成, 西村直人, et al. 聚合物电池: CN 2003.

  R·J·布劳德. 美国聚合物电池的研究与开发[J]. 电源技术, 2002, 26(3):165-171.

  曹金亮, 张春光, 陈修强, et al. 锂聚合物电池的发展、应用及前景[J]. 电源技术, 2014, 38(1):168-169.

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