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“超薄化”能否将聚合物锂电池炒热?
时间:2018-09-19 10:24 来源:聚合物电池 点击:66次
  虽然自本世纪初,聚合物锂电池就开始被强劲炒作,但大多数用户并不能区分普通锂离子和聚合物锂电池在结构上的差异。尽管很多人将“聚合物”等价为“塑料,但是聚合物的范围很广:合成塑料、天然生物聚合物,甚至来自生物基本结构的蛋白质都属于聚合物。
 
  聚合物锂电池与其他类型电池的不同之处在于它的电解质。最早的聚合物锂电池设计可以追溯到上世纪70年代,该电池采用一种类似于塑料薄膜的固体聚合物作为电解质。这种绝缘体电解质允许离子交换(带电荷的原子),从而取代了电解液浸润的传统多孔隔膜。但是固态聚合物在室温下导电性差,电池必须加热到60℃(140°F)甚至更高温度来确保电流可以通过。也正因为这一缺陷,万众期待的“真正塑料电池”并没有在本世纪初实现。
 
  为了能够让聚合物锂电池可以在室温导电,研究人员在电池中加入了胶体电解质,现在所有的聚合物锂离子电池都会使用含有一些水分的微孔隔膜。聚合物锂电池并不只是一种电池,其是可以分为许多体系的,如钴酸锂、三元、磷酸铁锂和锰酸锂等。大多数聚合物锂电池是采用钴酸锂材料。
 
  如果聚合物锂电池使用的是胶体电解质,那么它与普通的锂离子电池之间有什么区别呢?对使用者而言,聚合物锂电池和锂离子电池没有什么本质区别。这两种体系都使用基本相同的正极、负极材料和相似成分的电解质。但是聚合物锂电池的独特之处在于它采用了微孔电解质取代传统的多孔隔膜。聚合物锂电池也提供了相对较高的比能量,而且可以比传统的锂离子电池做的更薄,但制造成本也会相应高出10%~30%。
 
  此外,聚合物锂电池通常使用柔韧的类似于食品包装的箔式外壳(聚合物层压片或卡片包装),而标准的锂离子电池却需要硬质壳将电极压在一起,而不是像锂聚合物那样采用层叠片,不需要压缩。箔式外壳比传统的硬壳减轻了百分之二十以上的重量,并且通过薄膜技术,电池可以做成任何形状,在手机和笔记本电脑等电子设备上得到很好应用,不可思议的是聚合物锂电池也可以做到像信用卡一样纤薄。
 
  聚合物锂电池的充放电特性与其他类型锂离子电池系统相同,不需要专用充电器,但它也同样存在安全问题,需要相应的保护电路。在充电过程中会因气体积聚而导致一些棱柱状和袋状电池膨胀,因此设备制造商必须预留出足够的膨胀空间。相对而言,箔包装锂聚合物电池也不如圆柱形包装锂离子电池耐用。
 
  固体电解质的金属锂电池
 
  固体电解质(SE)的研究人员继续在尝试着把金属锂制成负极材料。固态锂电池比改性后锂离子电池具有更高的能量密度,然而此前研究者已经尝试过用金属锂作负极,但是由于安全问题,电池制造商不得不停止生产。金属锂容易形成金属丝极或枝晶,从而引起短路。科学家们正在尝试使用专门设计的分离器或者其他补救措施来克服这种缺陷。
 
  人们所津津乐道的“固态锂离子电池”的关键在于要在室温及更低温度下有足够高的电导率,同时还需要提高循环寿命,而这也正是现在大多数电池设计的短板所在。目前固态锂离子电池只能达到100次循环,而下一步目标是使固态锂离子电池负载更为均衡,同时满足个人交通工具中汽车的需求,即零污染,快速充电,高续航历程等,因此,它的商业化可能需要10年或更长的时间。
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