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電池知識

聚合物鋰電池安全嗎?從材料/結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、生產(chǎn)工藝、充放電特性三個方面來回答

來源:寶鄂實(shí)業(yè)    2019-04-15 21:55    點(diǎn)擊量:

鋰電池的概念使用非常頻繁,稍加留意,我們會發(fā)現(xiàn)用這個概念其實(shí)是有廣義、較狹義和狹義三種區(qū)別的。廣義的鋰電池包括鋰原電池和鋰離子電池;由于鋰離子電池比鋰原電池應(yīng)用更廣,所以鋰電池在較狹義上通常是指鋰離子電池;在鋰離子電池內(nèi)部又有兩種分類:聚合物鋰離子電池和液態(tài)鋰離子電池,因?yàn)橘|(zhì)量更大、應(yīng)用更多的是液態(tài)鋰離子電池,所以鋰電池的狹義理解就是指液態(tài)鋰離子電池,而聚合物鋰離子電池又叫鋰聚合物電池,人們習(xí)慣上簡稱為聚合物電池。如果在廣義和較狹義的意思上比較鋰聚合物電池和鋰電池的區(qū)別,那么,唯一的就是種概念和屬概念的關(guān)系,鋰聚合物電池被包含于鋰電池。因此,具有比較意義的就是狹義層面上的比較:即聚合物電池和液態(tài)鋰離子電池的比較,基于此,以下用鋰電池代指液態(tài)鋰離子電池。

 

1、根本區(qū)別是原材料

 

這是二者各種不同表現(xiàn)的總根源。聚合物電池是指在正極、負(fù)極或電解質(zhì)三大組件中至少有一項(xiàng)使用高分子材料。高分子的意思是分子量大,與其相對應(yīng)的概念是小分子,高分子具有高強(qiáng)度、高韌性和高彈性。目前研發(fā)的聚合物電池高分子材料主要用于正極與電解質(zhì)。①聚合物電池正極材料除了采用鋰電池的無機(jī)化合物,還可以采用導(dǎo)電高分子聚合物;②、聚合物電池的電解質(zhì)有高分子電解質(zhì)(固態(tài)或膠態(tài))和有機(jī)電解液,鋰電池使用電解液(液體或膠體)

 

2、塑形區(qū)別

 

聚合物電池可以做到薄形化、任意面積化和任意形狀化,原因在于其電解質(zhì)可固態(tài)可膠態(tài)而非液態(tài),鋰電池則采用電解液,需要一個堅(jiān)固的外殼作為二次包裝容納電解液。因此,這也使得鋰電池增加了一部分重量。

 

3、安全性方面

 

當(dāng)前的聚合物多是軟包電池,采用鋁塑膜做外殼,當(dāng)內(nèi)部采用有機(jī)電解質(zhì)時,即使液體很熱也不爆炸,因?yàn)殇X塑膜聚合物電池采用固態(tài)或膠態(tài)而無漏液,只是自然破裂。但是任何事情都不是絕對的,如果瞬間電流足夠大,發(fā)生短路,則電池自燃或爆裂并非不可能,手機(jī)和平板電腦安全事故的發(fā)生多由這種情況引起。

 

4、電芯電壓

 

由于聚合物電池采用高分子材料,可在電芯里做成多層組合達(dá)到高電壓,而鋰電池電芯標(biāo)稱容量是3.6V,要想在實(shí)際運(yùn)用中達(dá)到高電壓,則需要將多個電芯串聯(lián)在一起才能形成理想的高電壓工作平臺。

 

如果用以上幾個特點(diǎn)對比聚合物電池和鋰電池哪個好,那么結(jié)論就是一定的,然而,在市場上還是鋰電池的應(yīng)用占主體地位,這說明鋰電池也有相對優(yōu)勢,我們繼續(xù)比較下去。

 

5、導(dǎo)電性

 

聚合物電池的固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低,目前主要是加入了一些添加劑使其成為凝膠電解質(zhì),以改善電導(dǎo)率。這也只是增加了離子電導(dǎo),不似鋰電池的電導(dǎo)率保持一個穩(wěn)定的值,而不會受輔助材料質(zhì)量的影響。

 

6、容量

 

聚合物電池的容量并無有效提升,與標(biāo)準(zhǔn)容量的鋰電池相比還有所減少。

 

7、制造工藝

 

聚合物電池越薄越好生產(chǎn),鋰電池越厚越好生產(chǎn),這使得鋰電池在應(yīng)用上可拓展領(lǐng)域更多。

 

8、價格

 

這是決定二者市場容量的關(guān)鍵因素,目前,市場上聚合物電池價格普遍高于鋰電池,這影響到二者的市場容量,前者與后者之比是1:9。

 

很難絕對的說聚合物電池和鋰電池哪個好,它們各有千秋,如果非要說個結(jié)論,則聚合物電池在小型應(yīng)用上多些,而鋰電池在大型應(yīng)用上更有前途,如果聚合物電池能夠突破價格和設(shè)計(jì)的局限性,或許代表了電池發(fā)展趨勢,因其環(huán)保和安全性更符合潮流。
聚合物由于用固體電解質(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),因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼,從而可以改善整個電池的比容量;聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料,其質(zhì)量比能量將會比目前的液態(tài)鋰離子電池提高20%以上。聚合物鋰離子(PolymerLithium-IonBattery)電池具有小型化、薄型化、輕量化的特點(diǎn)。因此,聚合物電池在市場占有會逐漸增多。

  聚合物鋰電池詳解及原理_聚合物電池和鋰電池有什么區(qū)別?哪一個更好?

  特點(diǎn)

  聚合物鋰離子電池具有以下特點(diǎn):

 ?、偎苄戊`活性;②更高的質(zhì)量比能量(3倍于MH-Ni電池);③電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬,可達(dá)5V;④完美的安全可靠性;⑤更長循環(huán)壽命,容量損失少;⑥體積利用率高;

  聚合物鋰電池原理

  離子電池目前有液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)兩類。其中,液態(tài)鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。正極采用鋰化合物L(fēng)iCoO2,LiNiO2或LiMn2O4,負(fù)極采用鋰—碳層間化合物L(fēng)ixC6,典型的電池體系為:

  (-)C|LiPF6—EC+DEC|LiCoO2(+)

  正極反應(yīng)(還原反應(yīng)):Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2-----------(2.1)

  負(fù)極反應(yīng)(氧化反應(yīng)):LixC6-xe-=6C+xLi+-----------(2.2)

  電池總反應(yīng):Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C-----------(2.3)

  聚合物鋰離子電池的原理與液態(tài)鋰相同,主要區(qū)別是電解液與液態(tài)鋰不同。電池主要的構(gòu)造包括有正極、負(fù)極與電解質(zhì)三項(xiàng)要素。所謂的聚合物鋰離子電池是說在這三種主要構(gòu)造中至少有一項(xiàng)或一項(xiàng)以上使用高分子材料做為主要的電池系統(tǒng)。而在目前所開發(fā)的聚合物鋰離子電池系統(tǒng)中,高分子材料主要是被應(yīng)用于正極及電解質(zhì)。正極材料包括導(dǎo)電高分子聚合物或一般鋰離子電池所采用的無機(jī)化合物,電解質(zhì)則可以使用固態(tài)或膠態(tài)高分子電解質(zhì),或是有機(jī)電解液,一般鋰離子技術(shù)使用液體或膠體電解液,因此需要堅(jiān)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。

  聚合物鋰電池詳解及原理_聚合物電池和鋰電池有什么區(qū)別?哪一個更好?

  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(dá)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(shè)計(jì)的靈活性,從而可以配合產(chǎn)品需求,做成任何形狀與容量的電池,為設(shè)備開發(fā)商在電源解決方案上提供了一些設(shè)計(jì)靈活性和適應(yīng)性,以最大化地優(yōu)化其產(chǎn)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20%,其容量、與環(huán)保性能等方面都較鋰離子電池,有一些改善。

  聚合物電池和鋰電池有什么區(qū)別?哪一個更好?

  聚合物電池更好,鋰電池現(xiàn)在幾乎面臨淘汰,鋰電池是以金屬鋰作為負(fù)極。最早的是鋰—二氧化錳電池,反應(yīng)方式是氧化還原反應(yīng)Li+MnO2=LiMnO2。鋰金屬電池電壓大概在3.0~3.6作用,看正極材料決定。現(xiàn)在鋰金屬電池主要還是用于紐扣電池上,其他都已被鋰聚合物電池或鋰離子電池代替。應(yīng)為鋰是比鈉還活潑的金屬,極易容易失去電池,也就是極易發(fā)生氧化反應(yīng)。鈉就不用說了,連水中的氫都可以置換出來,鋰電池幾乎遇到空氣就反應(yīng)了,以前經(jīng)常可以看到野外用鋰電池取火,就是把電池打爛,里面的鋰和空氣反應(yīng)放出巨大的熱,可見鋰電池是多危險。

  聚合物鋰電池詳解及原理_聚合物電池和鋰電池有什么區(qū)別?哪一個更好?

  鋰離子電池和鋰電池不同的是不含金屬鋰,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)極之間移動來工作。在充放電過程中,Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌:充電池時,Li+從正極脫嵌,經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極,負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時則相反。聚合物電池其實(shí)就是鋰離子電池的一種,原理和鋰離子電池一樣。與鋰離子電池不同的是,里面的電解液被電解質(zhì)代替,所以更安全,體積可以更小。

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