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聚合物锂离子电池与液态锂离子电池的区别

2019-06-17

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。

锂离子电池

液态锂离子电池和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。一般正极使用LiCoO2,负极使用各种碳材料如石墨,同时使用铝、铜做集流体。

它们的主要区别在于电解质的不同,锂离子电池使用的是液体电解质,而聚合物锂离子电池则以聚合物电解质来代替,这种聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。

聚合物锂离子电池与液态锂离子电池材料对比表


电解质
壳体/包装
隔膜
集流体
液态锂离子电池
液态
不锈钢、铝
25uPE
铜箔和铝箔
聚合物锂离子电池 胶体聚合物
铝/PP复合膜
没有隔膜或uPE
铜箔和铝箔

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。从目前市场来看,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,但目前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。

一般锂离子技术使用液体或胶体电解液,增加了重量和成本,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、针刺、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(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目前的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。

锂离子电池工作原理

锂离子电池的正极材料是氧化钻锂,负极是碳。

锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。

同样道理,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回到正极。回到正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。

不难看出,在锂离子电池的充放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就象优秀的运动健将,在摇椅的两端来回奔跑。所以,专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。

锂离子电池的电压使用对应的参数:

锂离子电池标称电压(工作电压):3.7V

充电最高电压:4.2V

放电截止电压:2.75V

最佳贮存电压:3.8士0.1V(45%~60%容量荷

电状态)

现行业出货电压:3.8~3.9V

过充电保护电压:4.28V以下

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