聚合物鋰離子電池工作原理
聚合物鋰離子電池,具有更高能量密度、小型化、薄型化、輕量化、高安全性、長循環(huán)壽命與低成本的新型電池。
鋰電池目前有液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLIB)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)iCoOz,LiNiO2或LiMn2O4,負(fù)極采用鋰一碳層間化合物L(fēng)ixCs,典型的電池體系為:
(-)CI LiPF6-EC+DECI LiCOO2(+)
正極反應(yīng):LiCo02=Li1-xCoO2+XLi*+xe-
負(fù)極反應(yīng):6C+xLi++xe'=Lixc-
電池總反應(yīng):LiCoO2+6C=Li-xCoO2+LixC-
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)造中至少有一項或一項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余的電解液,因此它更穩(wěn)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(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,為應(yīng)用設(shè)備開發(fā)商在電源解決方案上提供了高度的設(shè)計靈活性和適應(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50%,其容量、充放電特性、安全性、工作溫度范圍、循環(huán)壽命(超過500次)與環(huán)保性能等方面都較鋰離子電池有大幅度的提高。
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,是最新一代的鋰離子電池。
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,也不會產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題,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?;谝陨蟽?yōu)點,聚合物鋰離子電池被譽為下一代鋰離子電池。
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