聚合物電池

聚合物電池也稱鋰聚合物電池（Li-polymer），又稱高分子鋰電池。它也是鋰離子電池的一種，但是與液鋰電池(Li-ion)相比具有能量密度高、更小型化、超薄化、輕量化，以及高安全性等多種明顯優勢，是一種新型電池。在形狀上，鋰聚合物電池具有超薄化特徵，可以配合各種產品的需要，製作成任何形狀與容量的電池。該類電池可以達到的最小厚度可達0.5mm。 它的標稱電壓與Li-ion一樣也是標稱電壓 3.7V，沒有記憶效應。

基本介紹

• 中文名：聚合物電池
• 外文名：Li-polymer
• 別稱：高分子鋰電池
• 所屬種類：鋰離子電池
• 形狀：具有超薄化特徵
• 標稱電壓：3.7V
• 安全性：不易爆炸

原理

聚合物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。而在所開發的聚合物鋰離子電池系統中，高分子材料主要是被套用於正極及電解質。正極材料包括導電高分子聚合物或一般鋰離子電池所採用的無機化合物，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餘的電解液，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，相於一張卡片的厚度）、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，為套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，以最大化地最佳化其產品性能。同時，聚合物鋰離子電池的單位能量比一般鋰離子電池提高了50%，其容量、充放電特性、安全性、工作溫度範圍、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。

分類

根據鋰離子電池所用電解質材料不同，鋰離子電池可以分為液態鋰離子電池(lithium ion battery，簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(polymer lithium ion battery，簡稱為LIP)兩大類。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，電池的工作原理也基本一致。它們的主要區別在於電解液的不同，鋰離子電池使用的是液體電解液, 而聚合物鋰離子電池則以膠態聚合物電解液來代替。

安全問題

普通鋰離子電池在過充、短路等情況時候發生時，電池內部可能出現升溫、正極材料分解、負極和電解液材料被氧化等現象，進而導致氣體膨脹和電池內壓加大，當壓力達到一定程度後就可能出現爆炸。而聚合物鋰離子電池因為使用了膠態電解質，不會因為液體沸騰而產生大量氣體，從而杜絕了劇烈爆炸的可能。

國內的聚合物電池多數僅僅是軟包電池，採用鋁塑膜做外殼，但電解液並沒有改變。這種電池同樣可以薄型化，其低溫放電特性比聚合物電池更好，而材料能量密度則與液態鋰電池、普通聚合物電池基本一致，但因為使用了鋁塑膜，因此比普通液態鋰電更輕。安全方面，當液體剛沸騰時軟包電池的鋁塑膜會自然鼓包或破裂，同樣不會爆炸。

須注意的是，新型電池依然可能燃燒或膨脹裂開，安全方面並非萬無一失。

優缺點

與液態鋰離子電池相比，聚合物鋰離子電池不但安全性高，同時還具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優點，外殼也使用了更輕的鋁塑複合薄膜。不過，其低溫放電性能可能還有提升的空間。

帶NTC10K聚合物電池

液態鋰電

由於各個廠商生產工藝的不同，市場上的聚合物鋰電分為卷繞式（索尼、東芝為代表）、疊片式（TCL、ATL為代表）兩種不同結構，但適應於手機需求的規格大都在4mm厚度以下。與液態比較，由於聚合物外包裝採用了更薄的鋁膜，比鋼殼、鋁殼更薄，而且生產方式與液態鋰電不同，聚合物越薄越好生產，理論上可以生產出0.5mm以下厚度的電池。

液態鋰電正好相反，越厚越好生產，低於4mm厚度的電池很難生產，即使生產出來了，容量明顯不如聚合物鋰電，成本也沒優勢。因而，電池越薄，聚合物生產成本越低、液態生產成本越高。

但較厚的規格上，液態鋰電供應鏈成熟，工藝成熟，生產效率高，成品率高，有很強的製造成本優勢。從市場來看，5mm、6mm厚度系列的液態鋰電池雖然比3mm、4mm厚度系列電池容量高很多，但售價要低很多。聚合物從理論上來講，在5mm、6mm厚度規格上的材料成本與液態接近，但5mm、6mm系列電池的工藝成本要比液態高出很多，因而，要在此規格上與液態真正形成競爭，還有不少距離。

一般的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。所開發的聚合物鋰離子電池系統中，高分子材料主要是被套用於正極及電解質。正極材料包括導電高分子聚合物或一般鋰離子電池所採用的無機化合物，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，負極則通常採用鋰金屬或鋰碳層間化合物。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，這就增加了重量和成本，另外也限制了尺寸的靈活性。

新一代的聚合物鋰離子電池在形狀上可做到薄形化（最薄0.8毫米）、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，為套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，以最大化地最佳化其產品性能。同時，聚合物鋰離子電池的單位能量比一般鋰離子電池提高了50%，其容量、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。

材質說明

塗碳鋁箔是由導電碳為主的複合型漿料與高純度的電子鋁箔，以轉移式塗覆工藝製成。

套用範圍

1.細顆粒活性物質的功率型鋰電池；

2.正極為磷酸亞鐵鋰；

3.正極為細顆粒的三元/錳酸鋰；

4.用於超級電容器、鋰一次電池（鋰亞、鋰錳、鋰鐵、扣式等）替代蝕刻鋁箔。

性能作用

1.抑制電池極化，減少熱效應，提高倍率性能；

2.降低電池內阻，並明顯降低了循環過程的動態內阻增幅；

3.提高一致性，增加電池的循環壽命；

4.提高活性物質與集流體的粘附力，降低極片製造成本；

5.保護集流體不被電解液腐蝕；

6.提高磷酸鐵鋰電池的高、低溫性能，改善磷酸鐵鋰、鈦酸鋰材料的加工性能。

建議參數

對應塗覆的活性物質D50最好不大於4~5μm，壓實密度不大於2.25g/cm，比表面積在13~18㎡/g範圍內。

注意事項

1.存儲要求：在溫度為25±5℃、濕度為不超過50%的環境中，運輸時須避免空氣和水蒸氣對鋁箔的侵蝕；

2.分為A、B兩款，各自的關鍵特性為：A款外觀為黑色，常規塗層厚度為雙面4~8μm，導電性能較更為突出；B款外觀為淡灰色，常規塗層厚度為雙面2~3μm，塗層區可做較少層的焊接，並可以塗布機識別跳間隙；

3.B款（灰色）塗碳鋁箔可以在塗層區直接做超聲焊，只適合卷繞式電池焊接極耳（極片最多2-3層），但超聲的功率、時間需做一些微調；

4.碳層的散熱性要比鋁箔差些，故做塗布時需對帶速與烘烤溫度適當微調；

5.對鋰電池與電容的綜合性能有較可觀的提升，但不可作為改變電池某方面性能的主要因素，如電池能量密度、高低溫性能、高電壓等等。

聚合物

聚合物鋰離子電池和平常電池的差別在電解質上。在20世紀70年代最初的設計中，採用了固態聚合物電解質。這類電解質類似於塑膠薄膜，不能導通電子但是可以讓離子交換（能夠充電的原子或者原子團）。聚合物電解質取代了傳統的浸透電解液的多孔隔膜。乾態聚合物電解質的設計允許組裝簡化，提高電池機械強度，安全，並且能夠製造成為超薄的幾何外形。單個電池的厚度可以薄到1mm。設備設計師能夠根據他們的想像力來自由設計電池的形狀和大小。不幸的是，固態聚合物鋰離子電池受制於其較差的導電性。內阻太高而無法提供當前通信設備所需要的高脈衝電流，無法驅動筆記本電腦的硬碟。加熱電池到60攝氏度，電導率迅速提高，但是這樣的要求不適合在便攜設備上套用。

作為一種折中方式，引入了一些凝膠電解質。市場上銷售的大部分手機聚合物鋰離子電池都是包含了凝膠電解質的混和型電池。用鋰離子聚合物來修正這一系統，使之成為唯一用於便攜設備的聚合物電源。

聚合優勢

加入凝膠電解質以後，鋰離子聚合物電池和一般鋰離子電池又有什麼不同呢？雖然這兩種電池在性能表現上非常相似，但是鋰離子聚合物作為唯一固態電解質替代了多孔隔膜。凝膠電解質只是增加了離子電導。聚合物鋰離子電池並沒有像一些分析家預測的那樣流行。它的優越性和低製造成本還沒有被認識到。因為其容量並沒有得到提高，實際上，容量比標準鋰離子電池還有輕微減少。聚合物鋰離子電池的市場在超薄幾何形狀電源的套用上，例如信用卡電源等類似的套用。

優勢

1.超薄，電池能夠組裝進信用卡中；

2.外形靈活：製造商不用局限於標準外形，能夠經濟地做成合適的大小；

3.質量輕：採用聚合物電解質的電池無需金屬殼來作為保護外包裝。

發展狀況

聚合物鋰離子電池在全球技術成熟並商業化已經2年多時間了，雖然銷量在快速增長，但其市場份額尚低於10%，與液態鋰電90%的市場份額無法相比，大大低於人們的預期。由於各種原因，市場上聚合物鋰電池的價格普遍要高於液態鋰電，但是，由於移動電器的競爭模式正在悄悄地發生變化，特別是聚合物電池給移動電器帶來的設計價值創新（如4mm厚度以下的優越性能、大型規格電池），聚合物電池正被越來越多的手機、移動DVD等設計人員所認識，因而聚合物鋰電池廠商還是信心十足，堅信聚合物鋰電池的時代一定會到來。可以從手機的發展看聚合物鋰離子電池的發展趨勢。特別是移動電源的發展得到了市場普遍認可，隨著智慧型手機的普及耗電量不斷增加，移動電源的出現將會徹底改變聚合物鋰離子電池的劣勢，新一代的移動電源以明能移動電源為代表採用高端聚合物鋰離子電池，其具備電池容量大等相對優點。隨著技術的完善，會慢慢改進。