|
 |
|
| 双鹿电池 WWW.SONLUK.COM.CN 2007-12-07 08:22:59 |
| |
锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率小、低污染、无记忆效应等优异性能，成为当今世界上二次电池的研发及应用热点。锂离子电池广泛应用于电信和便携式用电器具领域，如移动电话、摄录机、笔记本电脑等电子产品，且具主导地位,并且市场需求量正以惊人的速度增长。目前，电动汽车已成为未来交通工具的发展方向，动力电池的研发工作如火如荼，锂离子电池在电动汽车上的应用前景非常乐观，优越的综合性能使其成为电动汽车的首选高能动力电池之一。
在过去的十几年中，Sony公司于1991年使液态锂离子电池成功实现了商业化生产，但液态锂离子电池尚具有不完善之处，如不能方便地制成各种形状、电池内阻较大、电池的比容量不够高及安全方面还不够完美等。为了解决这些问题，日本和美国于1994年开发出薄膜型高性能长寿命的锂离子电池,聚合物锂离子电池是迄今为止锂电池研究的最高水平，它除了具有液态有机电解质锂离子电池的特点外，还具有比能量大、易于规模化生产等突出的优点。由于使用了高分子材料，聚合物锂离子电池可以被制成多层式超薄结构，电池的厚度可不足1毫米。特别是聚合物锂离子电池的安全可靠性能更高，它从根本上解决了液态有机电解液锂离子电池的漏液问题。在遇到非正常使用如过充过放、撞击、碾压、穿刺等情况下，聚合物锂离子电池不会发生爆炸，因此它更适合在军事、空间技术、便携式电器等方面应用。我国已将聚合物锂离子电池的产业化列为重点扶持和政策引导的对象，中科院大连化物所、上海微系统研究所、上海南都电源、ATL新能源、天津力神、TCl金能等一大批科研及企业正致力于聚合物锂离子电池的研究开发及应用。
一、聚合物锂离子电池的概念
一般而言，电池主要的构造包括正极、负极与电解质等三项要素, 聚合物锂离子电池是指在这三种主要构造中至少有一项或一项以上使用了高分子材料的电池系统。而目前所开发的聚合物锂离子电池系统中，高分子材料主要是被应用于正极及电解质。
聚合物锂离子电池在工作原理上与液态锂离子电池基本相同，充电时锂离子从正极材料中脱嵌，通过电解质的传导，嵌入到负极材料中，放电时则进行相反过程。所不同的是锂离子在电解质中的传导方式，在聚合物锂离子电池中，由于固态聚合物电解质的特殊性，锂离子的传导过程与聚合物链段的运动密切相关。图1 为聚合物锂离子电池的示意结构。
二、聚合物锂离子电池的特点
固态聚合物锂离子电池与液态锂离子电池相比具有以下特点:
第一，设计灵活性。固态聚合物锂离子电池的每个组件均为固态，可用超薄的多层箔式材料代替坚硬的金属外壳。固态聚合物锂离子电池可制成0.64 mm厚，仅为液态锂离子圆柱电池直径的1/10，它可以通过串并联装配成具有多种电压和容量的超薄电池组。这种设计灵活性满足了设计者的要求，如三菱电气公司制成了世界上最薄(小到3/4英寸)最轻(3.1磅)的笔记本电脑，采用了Ultralife电池公司的1/4英寸固态聚合物锂离子电池。固态聚合物锂离子电池的宽度和长度与厚度一样灵活多变，单体电池可以做成各种尺寸。与液态锂离子电池相比，更适于电动车和其它使用大型单体电池的场合，也使非方型电池成为可能，这一灵活性使电池的能量效率最大。
第二，成本适中。固态聚合物锂电池每个组件元均采用成本适中、可高速大批量生产的工艺液压成片。电极、电解质、箔式外套经连续滚压制成电池。相反，液态锂电池生产中采用的卷绕和装壳工艺既费时又昂贵。
第三，安全性高。因为电解质为固态，不可能泄漏，因而更安全。固态电解质、塑料化合物已被证明是一种非挥发材料，各种容量的固态聚合物锂电池已经受过高压、短路、过充或过放等试验，获得良好结果。
第四，包装无松紧度问题。由于聚合物锂离子电池结构紧凑，正、负极与电解质隔膜复合为一体，所以在包装上无松紧度问题。而且聚合物电解质具有良好的柔韧性，可以缓解在充电过程中活性物质的体积变化。
另外，聚合物锂离子电池可用铝塑复合薄膜制造电池壳体,从而提高整个电池的比容量;而且由于聚合物电解质的作用,能有效地阻止枝晶在锂负极的生成,从而使金属锂作为负极成为可能而极大地提高电池的电容量;聚合物锂离子电池还可采用高分子作正极材料,其质量比能量将会较目前的锂离子电池提高50%以上(见附表聚合物锂离子电池与其它新型电池性能比较)。
三、聚合物锂离子电池的不足及研究方向
聚合物锂离子电池的研究进展很快，从国内外对聚合物锂离子电池的研究现状来看，现有聚合物锂离子电池的性能还不够理想，存在的问题主要表现为:1、固态聚合物电解质电导率低，使得其高倍率充放电性能欠佳;且在高倍率充放电时，电池内部的欧姆降较大，会使得电池的活性物质利用率下降。2、聚合物电解质在化成过程中可能发生氧化或分解会引起气胀现象，使包装工艺较复杂。3、基础研究滞后应用开发。
提高聚合物锂离子电池性能的关键在于研制具有良好的离子导电性、电化学稳定性和较高机械强度的聚合物电解质。因此，下期笔者将就聚合物电解质的研究概况做进一步的介绍。 |
| |
|
| [字体: ] []
|
|
