淺談鋰離子電池的分類與發(fā)展
出處:XUANDY 發(fā)布于:2011-08-27 21:51:28
依據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同,鋰離子電池是一種充電電池,它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中,Li+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌:充電池時(shí),Li+從正極脫嵌,經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極,負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時(shí)則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池。是現(xiàn)代高性能電池的代表。鋰離子電池(Li-ion Batteries)是鋰電池發(fā)展而來(lái)。所以在介紹Li-ion之前,先介紹鋰電池。舉例來(lái)講,以前照相機(jī)里用的扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯,負(fù)極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不需充電。這種電池也可以充電,但循環(huán)性能不好,在充放電循環(huán)過(guò)程中,容易形成鋰枝晶,造成電池內(nèi)部短路,所以一般情況下這種電池是禁止充電的。鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池。目前手機(jī)和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池,通常人們俗稱其為鋰電池,而真正的鋰電池由于危險(xiǎn)性大,很少應(yīng)用于日常電子產(chǎn)品。
聚合物鋰離子電池可分為三類:
(1)固體聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。電解質(zhì)為聚合物與鹽的混合物,這種電池在常溫下的離子電導(dǎo)率低,適于高溫使用。
(2)凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。即在固體聚合物電解質(zhì)中加入增塑劑等添加劑,從而提高離子電導(dǎo)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(dǎo)電聚合物作為正極材料,其比能量是現(xiàn)有鋰離子電池的3倍,是一代的鋰離子電池。由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì),與液態(tài)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(yōu)點(diǎn),也不會(huì)產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問(wèn)題,因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼,從而可以提高整個(gè)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(zhì)量比能量將會(huì)比目前的液態(tài)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(huán)壽命等方面都比鋰離子電池有所提高。基于以上優(yōu)點(diǎn),聚合物鋰離子電池被譽(yù)為下一代鋰離子電池。
聚合物鋰離子的發(fā)展趨勢(shì)展望
根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同,鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池, 簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)IB)和聚合物鋰離子電池(polymer lithium ion battery, 簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)IP)兩大類。聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的,正極材料可分為鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰材料,負(fù)極為石墨,電池的工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同, 液態(tài)鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì), 而聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質(zhì)來(lái)代替, 這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。聚合物鋰離子電池在技術(shù)成熟并商業(yè)化已經(jīng)2年多時(shí)間了,雖然銷量在快速增長(zhǎng),但其市場(chǎng)份額尚低于10%,與液態(tài)鋰電90%的市場(chǎng)份額無(wú)法相比,大大低于人們的預(yù)期。可以從手機(jī)的發(fā)展看聚合物鋰離子電池的發(fā)展趨勢(shì)。目前手機(jī)有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)
(1) 手機(jī)本身向小型化、超薄化方向發(fā)展,以方便消費(fèi)者的攜帶;
(2) 手機(jī)設(shè)計(jì)的個(gè)性化,表現(xiàn)在設(shè)計(jì)理念已經(jīng)不再是原來(lái)方方正正的形狀,不規(guī)則形狀、曲線、弧面設(shè)計(jì)造型成為手機(jī)設(shè)計(jì)美學(xué)化的主流;
(3) 使用彩屏、手機(jī)功能的不斷增加。為了使手機(jī)小型化,電池減小、減薄是一個(gè)有效的途徑。4mm以下厚度電池有成為薄型手機(jī)配置的主流趨勢(shì),從性價(jià)比來(lái)講,這是聚合物的特長(zhǎng)。不規(guī)則形狀、曲線、弧面設(shè)計(jì)造型的手機(jī)給電池留下的有效空間變成了不規(guī)則形狀。液態(tài)的長(zhǎng)方型不能有效利用空間,容量較低,而疊片式聚合物可以將這種不規(guī)則空間有效地利用起來(lái),使容量放大。近TCL金能公司推出的圓弧型電池、梯形電池、背包電池能使手機(jī)比使用相應(yīng)規(guī)格的液態(tài)電池容量增加50%以上。手機(jī)功能越來(lái)越多,導(dǎo)致耗電越來(lái)越多。要求電池容量相應(yīng)地增加。在不增加電池厚度的情況下,聚合電池是有明顯優(yōu)勢(shì)的。
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