鋰聚合物電池

一般的電池的三要素：正極、負極與電解質。所謂的鋰聚合物電池是指在三要素中至少有一個或一個以上採用高分子材料的電池系統。在鋰聚合物電池系統中，高分子材料大多數被用在了正極和電解質上。正極材料使用的是導電高分子聚合物或一般鋰離子電池所使用的無機化合物，負極常應用鋰金屬或鋰碳層間化合物，電解質是採用固態或者膠態高分子電解質或者有機電解液。由於鋰聚合物中沒有多餘的電解液，因此它更可靠更穩定。 ^[1] 

鋰聚合物電池是採用鋰合金做正極，採用高分子導電材料、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，使用温度-40-70度，壽命約330次左右。

相對於鋰離子電池，鋰聚合物電池的特點如下：

1、相對改善電池漏液的問題，但並沒有徹底改善。

2、可製成薄型電池：以3.6V 250mAh的容量，其厚度可薄至0.5mm。

3、電池可設計成多種形狀。

4、可製成單顆高電壓：液態電解質的電池僅能以數顆電池串聯得到高電壓，而高分子電池由於本身無液體，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%。

鋰聚合物電池（Li-polymer，又稱之為高分子鋰離子電池）， 具有比能量高、小型化、超薄化、輕量化和安全性高等多種優勢。基於這樣的優點，鋰聚合物電池是可製成任何形狀與容量的電池，進而滿足各種產品的需要；並且它採用鋁塑包裝，內部出現問題可立即通過外包裝表現出來，即便存在安全隱患，也不會爆炸，只會鼓脹。在聚合物電池中，電解質起着隔膜和電解液的雙重功能：一方面像隔膜一樣隔離開正負極材料，使電池內部不發生自放電及短路，另一方面又像電解液一樣在正負極之間傳導鋰離子。聚合物電解質不僅具有良好的導電性，而且還具備高分子材料所特有的質量輕、彈性好、易成膜等特性，也順應了化學電源質量輕、安全、高效、環保的發展趨勢。 ^[1] 

所有的鋰離子電池，無論是以前的，還是這些年的，包括聚合物鋰離子電池、磷酸鐵鋰電池等等，都非常害怕電池內部短路、電池外部短路、過充這些情況。

因為，鋰的化學性質非常活躍，很容易燃燒，當電池放電、充電時，電池內部會持續升温，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。

技術人員為了緩解鋰離子電池的危險，加入了能抑制鋰元素活躍的成分（比如鈷、錳、鐵等等），但這些並不能從本質上改變鋰離子電池的危險性。

普通鋰離子電池在過充、短路等情況時候發生時，電池內部可能出現升温、正極材料分解、負極和電解液材料被氧化等現象，進而導致氣體膨脹和電池內壓加大，當壓力達到一定程度後就可能出現爆炸。而聚合物鋰離子電池因為使用了膠態電解質，不會因為液體沸騰而產生大量氣體，從而杜絕了劇烈爆炸的可能。

國內的聚合物電池多數僅僅是軟包電池，採用鋁塑膜做外殼，但電解液並沒有改變。這種電池同樣可以薄型化，其低温放電特性比聚合物電池更好，而材料能量密度則與液態鋰電池、普通聚合物電池基本一致，但因為使用了鋁塑膜，因此比普通液態鋰電更輕。安全方面，當液體剛沸騰時軟包電池的鋁塑膜會自然鼓包或破裂，同樣不會爆炸。

須注意的是，新型電池依然可能燃燒或膨脹裂開，安全方面並非萬無一失。

所以大家在使用各種鋰離子電池時候，一定要注意安全。

鋰離子電池有液態鋰離子電池（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。正極採用鋰化合物LiCoO₂，LiNiO₂或LiMn₂O₄，負極採用鋰—碳層間化合物Li_xC₆，典型的電池體系為：

(-) C | LiPF₆—EC+DEC | LiCoO₂ (+)

正極反應：LiCoO₂ = Li_1-xCoO₂ + xLi⁺ + xe^-

負極反應：6C + xLi⁺ + xe^- = Li_xC₆

電池總反應：LiCoO₂ + 6C = Li_1-xCoO₂ + Li_xC₆

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説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作為主要的電池系統。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於正極及電解質。正極材料包括導電高分子聚合物或一般鋰離子電池所採用的無機化合物，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。

鋰聚合物電池按電解質可分為三類：

1、凝膠聚合物電解質鋰離子電池，它是在固體聚合物電解質中加入添加劑提高離子電導率，使電池可在常温下使用；

2、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，在常温下的離子電導率低，適於高温使用；

3、複合凝膠聚合物正極材料的鋰離子電池，導電聚合物作為正極材料，其比能量是現有鋰離子電池的3倍，是最新一代的鋰離子電池。 ^[1] 

鋰離子聚合物電池一般採用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。鋰離子聚合物電池製作工藝一般採用疊片軟包裝，所以尺寸改變很靈活方便，型號相對多。

鋰離子電池俗稱“鋰電”，是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%，遠低於鎳鎘電池（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”。

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，其餘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製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。

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。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”。

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、可製成薄型電池：以3.6V 400mAh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90度左右。

5、可製成單顆高電壓：液態電解質的電池僅能以數顆電池串聯得到高電壓，高分子電池由於本身無液體，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。

鋰離子電池早在1992年開始就已經商業化，而鋰聚合物電池在7年後才投入商業化，儘管如此，Sony自1999年商業化生產以來，液態鋰離子電池的發展一直落後於鋰聚合物電池的發展速度，在2002年，鋰離子電池的市場份額的7%已經被鋰聚合物電池佔領，至2005年大概佔到了9.3%的市場份額，到2010年已經上升到了30%左右。 ^[1] 

鋰聚合物電池是相當先進的可充電電池，歐、美、日等各國都加大研究力度和開發進程。像日本Sony能源技術與Moli電池部在1991年聯合開發了一種以聚糖醇熱解碳（PFA）為負極的鋰聚合物電池。1993年，美國Bellcore（貝爾電訊）首先報道了採用PVDF凝膠電解質製造成的鋰聚合物電池（PLIB）。1996年，美國Bellcore宣佈了一套相對完備的鋰聚合物電池的規模化生產技術。隨後日本的索尼、松下等幾大宣佈將聯合生產鋰聚合物電池。日本人將1999年定為鋰聚合物電池的元年，鋰聚合物電池已在實際中得到了應用。 ^[1] 

由於鋰聚合物電池使鋰二次電池安全性和循環性能都得到保障，並且具有比能量高、工作温度範圍寬、工作電壓平穩、貯存壽命長等優點，被譽為“最有前途的化學電源”。蘋果全系列產品均採用鋰聚合物電池，iPad用的大聚合物電芯主要由ATL、力神、SDI、Sony、LGC共同提供。另外，豐田、日產等日系車企也在大力研發聚合物鋰電池，用以匹配普鋭斯和LEAF等新能源汽車。這類新型高能電池也會在Mac-Book和MacBookPro的未來新產品中採用。儘管鋰聚合物電池的成本較鋰離子電池高出許多，僅在高檔手機和筆記本電腦採用，但事實上，車用鋰聚合物電池也已開始發展。 ^[1] 

根據鋰聚合物電池優點：許多廠商都已推出商品化的鋰聚合物充電電池，而所關注的焦點都是在於其超薄的特性。一般而言，2～4mm作為鋰聚合物電池的厚度，較最小厚度的鋰離子電池則可至少降低一半左右，因此也給廠商在設計產品時提供相當大的可自由發揮的空間。 ^[1]