超聚合物電芯，又稱高容量比鋰聚合物電芯，或者高電壓聚合物鋰電池電芯，是一種比較新的概念，是最新型的鋰聚合物電芯，具有更高的技術難度和更高的成本，但因其不僅具備普通鋰聚合物電芯原有的所有優點和優勢之外，還在體積容量密度、重量能量密度和安全性能上有超過10-20%的提升，所以2013年起，開始在高端手機和移動電子設備上快速得到套用。
基本介紹
- 中文名：超聚合物電芯
- 別名：高容量比鋰聚合物電芯
- 套用領域：高端手機和移動電子設備等
- 優點：容量高
概念,原理,
概念
超聚合物電芯，又稱高容量比鋰聚合物電芯，或者高電壓聚合物鋰電池電芯，是一種比較新的概念，是最新型的鋰聚合物電芯，具有更高的技術難度和更高的成本，但因其不僅具備普通鋰聚合物電芯原有的所有優點和優勢之外，還在體積容量密度、重量能量密度和安全性能上有超過10-20%的提升，所以2013年起，開始在高端手機和移動電子設備上快速得到套用。其中以安全型產品：電母powerqueenw為其中的領導者
電壓的提升，可以為電池帶來更多的容量，為終端設備帶來更長的續航時間，並且會增強通信設備的信號強度。以三星NOTE2電池標示為例，11.78Wh，3100mAh和4.35V，3.8V，11.78Wh代表的是電池的總能量，也就是儲存了多少的電能，是直接衡量電池有多么給力的標誌。同一款電池這個值越大，電池就越給力。3100mAh代表電池的容量，4.35V代表充電截止電壓，3.8V代表電池的平台電壓，3100與3.8相乘正好是11.78Wh。前者是衡量電池（也就是正極材料）給力與否的重要標誌。容量越大，電池越經用，續航時間越長（針對同一放電電流而言）；後者是代表電池充電的截止電壓，對於同一正極材料的電池而言，截止電壓越高，電池的容量就越高，電池續航時間就越長。因此，目前多數的廠家的鋰電池採用的是4.2~4.5V的截止電壓，安全可靠。後面的3.8V代表著電池（正極材料）的電壓平台，平台越高，電池的比能量也就越高。較之之前的電池往往都是3.7V的平台，高電壓的電池是3.8V，雖然只提高了0.1，但是電池的能量容量提高了10%。
原理
高電壓的主要技術在於採用特定的正極材料，及具有三維空間導電網路的導電碳材料，並在電解液中添加少量的潤濕劑、鋰鹽穩定劑、陽極成膜添加劑與陰極成膜保護劑，使鋰離子電池能在更高的截止電壓下工作。
在能量密度逐步提升的同時，由於鋰電池在單位空間內瞬間爆發的能量增大，這對鋰電池的安全性提出了更高的要求。主要技術：1、採用陶瓷隔膜，塗覆在多孔膜基材上的陶瓷材料層可以提高隔膜的耐熱性能，而塗覆在陶瓷材料層上的具有粘接作用的聚合物粘接層則可防止隔膜與電極之間發生錯層而導致的內部短路，增強電池安全性能。2、使用新型電解液、正極材料、添加劑、材料體系等方式提高電池安全性。
背景知識：
所謂電芯是指單個含有正、負極的電化學電芯，一般不直接使用。區別於電池含有保護電路和外殼，可以直接使用。鋰離子充電電池的組成通常是這樣的：電芯+保護電路板。充電電池去除保護電路板就是電芯了。電芯是充電電池中的蓄電部分。電芯的質量直接決定了電池的質量。不過在移動電源的世界裡，我們通常意義上講的移動電源電芯一般是將保護電路板算在內的，其實準確的叫法應該叫鋰離子電池。總之，不要在意這些細節的區分。
電芯分為鋁殼電芯、軟包電芯（又稱“聚合物電芯”）、圓柱電芯三種。通常手機電池採用的為鋁殼電芯，藍牙等數碼產品多採用軟包電芯，筆記本電腦的電池採用圓柱電芯的串並聯組合。
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，經過電解質嵌入負極，負極處於富鋰狀態；放電時則相反。一般採用含有鋰元素的材料作為電極的電池，是現代高性能電池的代表。
鋰電池原理圖
圖一、鋰電池原理圖
鋰離子電池根據電解質材質的不同可分為固態電解質鋰電池與液態電解質鋰電池，固態電解質鋰電池又分兩種，分別為聚合物電解質鋰電池和無機電解質鋰電池。就目前而言，廣泛套用於移動電源電芯的主要是液態電解質鋰電池和固態電解質鋰電池中的聚合物電解質鋰電池，再具體一點，移動電源的電芯中最常見的為18650鋰離子電芯和聚合物鋰離子電芯。通常也可以簡稱為18650電芯和聚合物電芯。一般情況下，我們可以在盒子或者說明書上看到規格參數裡面會標出該移動電源的電芯類型，盒子或說明書一般會標明鋰離子電芯和聚合物電芯。
18650鋰離子電芯與聚合物鋰離子電芯的最大區別就是18650鋰離子電芯不帶保護電路。先來說說為什麼被叫作18650鋰離子電芯，其實18650指的就是直徑18毫米、高65毫米的圓柱體電池，說白了18650其實只是圓筒形電池的一種命名規範。我們這裡講的18650電芯主要指的是18650鋰離子電芯。就目前而言，移動電源中使用的最多的是ICR18650鋰離子電芯，也就是選用層狀結構的鈷酸鋰作為正極材料的鋰離子電芯。18650一般採用鋼殼包裝，單節容量一般為2200mAh、2400mAh、2600mAh等，移動電源廠商通常會將多節18650並聯在一起來增加容量，這也就是為什麼的有的移動電源容量不是整數的原因。
18650鋰離子電芯的最大優勢就是便宜，成本低。缺點是安全性相對較差，有自爆的可能。目前百元級左右的移動電源所使用的大都是18650鋰離子電芯。18650鋰離子電芯的使用循環壽命為300次左右。
18650鋰電池結構圖
18650鋰電池結構圖
圖二、18650鋰電池結構圖
聚合物鋰離子電池所用的正負極材料與液態鋰離子都是相同的，正極材料分為鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰材料，負極為石墨，與液態電解質鋰電池工作原理也基本一致。它們的主要區別在於電解質的不同，液態鋰離子電池使用液態電解質，聚合物鋰離子電池則以固態聚合物電解質來代替。聚合物鋰離子電池外面包裝主要是鋁塑膜，由於中間的鋰物質為糊狀，所以形狀可以任意定製。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，適於高溫使用。
（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。
聚合物鋰電池的優點：
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3.6V400mAh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900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。
聚合物鋰電池結構
聚合物鋰電池結構
圖3、聚合物鋰電池結構
鋰電池的比容量有兩種，一種是重量比容量，即單位重量的電池或活性物質所能放出的電量；另一種是體積比容量，即單位體積的電池或活性物質所能放出的電量。電量可以以庫侖計，也可以以mAh或Ah計或法拉第計。
質量比容量=容量/質量。對於電池而言，容量為mAh（毫安時），就是電流乘時間，有時也有用Ah的。質量的單位是g（克）。同理，體積比容量=容量/體積。從圖四可以看出，聚合物離子電池在重量比容量和體積重量比容量兩個方面都具有明顯的優勢，是移動終端設備的最優選擇。
常見充電電池的比容量
常見充電電池的比容量
圖4、常見充電電池的比容量
