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    聚合物鋰離子電池工作原理

    聚合物鋰離子電池,具有更高能量密度、小型化、薄型化、輕量化、高安全性、長循環壽命與低成本的新型電池。

    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(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LiCoOz,LiNiO2或LiMn2O4,負極采用鋰一碳層間化合物LixCs,典型的電池體系為:

    高壓聚合物鋰電芯

    正極反應:LiCo02=Li1-xCoO2+XLi*+xe-

    負極反應:6C+xLi++xe’=Lixc-

    電池總反應:LiCoO2+6C=Li-xCoO2+LixC-

    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。而聚合物鋰離子工藝中沒有多余的電解液,因此它更穩定,也不易因電池的過量充電、碰撞或其他損害、以及過量使用而造成危險情況。

    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,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50%,其容量、充放電特性、安全性、工作溫度范圍、循環壽命(超過500次)與環保性能等方面都較鋰離子電池有大幅度的提高。

    聚合物鋰離子電池可分為三類:

    (1)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低,適于高溫使用。

    (2)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等添加劑,從而提高離子電導率,使電池可在常溫下使用。

    (3)聚合物正極材料的鋰離子電池。采用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。

    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,也不會產生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題,因此可以用鋁塑復合薄膜制造電池外殼,從而可以提高整個電池的比容量;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50%以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環壽命等方面都比鋰離子電池有所提高?;谝陨蟽烖c,聚合物鋰離子電池被譽為下一代鋰離子電池。

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