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聚合物锂离子蓄电池

时间:2012-8-28 10:40:23来源:本站原创浏览次数:
    聚合物锂离子蓄电池(Polymer lithium Ion Battery, PUB)也被称为高分子锂电池.它属于第二代可充电锂离子电池。 聚合物理离子蓄电池所用的正负极材料与前述液态锂离子电池相同,其工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解质的不同,锂离子蓄电池使用 的 是液体电解质,而聚合物锂离子电池则以固态聚合物电解质来代替,这种聚合物可以是 "干态"的,也可以是"胶态"的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。据此,聚合物锂离子电池可分为三类:
1)固体聚合物电解质锂离子电池。电解质为聚合物与盐的混合物,这种电池在常温下 的离子电导率低,适于高温使用。
2)凝胶聚合物电解质锂离子电池。即在固体聚合物电解质中加人增塑剂等添加剂,从 而提高离子电导率,使电池可在常温下使用。
3)聚合物正极材料的理离子电池。采用导电聚合物作为正极材料,其比能最可以是现 有锂离子电池的3倍.它是目前较有发展前途的锂离子电池。

1.聚合物锂离子电池的结构特性
    聚合物理离子蓄电池的电解质是将液态有机电解质吸附在一种聚合物基质上,称作胶 体 电解质。这种电解质既不是游离电解质,也不是固体电解质,因此可制成任惫形状和尺寸 的 电池,如可制成厚度仅为lmm的极薄电他.一只12V的电池组可以只有3mm厚。由于电池 中不存在游离电解质,电他可以在较低压力下工作,不会产生润液与嫩烧爆炸等安全问题 , 因此可使电池结构大大简化,不需要金属外壳和高压排气装置,如用铝塑复合薄膜制造电 池 外壳,从而可提高整个电池的比容量,并且可简化甚至聚消充电保护装置。聚合物锂离子 电 池还可以采用高分子作正极材料,使其质量比能量极大地提高。此外,聚合物锂离子电池 在 工作电压、充放电循环寿命等方面也比锂离子电池都有所提高。 
锂聚合物单体电池的结构比较特殊,它由五个薄层叠加组成:第一层用金属梢作集电 极。第二层为负极。第三层是胶体电解质。第四层用锂箔作为正极。第五层为绝缘层。五 层 叠起来总厚度为0.1mm。这种锂聚合物蓄电池的工作温度为60-100℃。为防止电池瞬间输 出大电流时引起过热,该电池有一个严格的热管理系统来控制其正常工作温度。锂聚合物 电 池由于消除了液体电解质,可以避免在电池出现故障时电解质滋出而造成的污染。
2.聚合物锂离子蓄电池的工作原理
    聚合物锂离子蓄电他的正、负极活性物质与液态锂离子电池类同,其负极可采用高分 子 导电材料、聚乙炔、聚苯胺或聚对苯酚等,正极可为UCoO2, LiMnO,, LiNiO2和LiMn2 O, 等。例如:正极用UMn2O,,负极为人造石墨.电解质为LiP凡/有机碳酸醋混合物,并把电 解质吸附在一种聚合物基质上。其电池充电(向右)、放电(向左)的总化学反应方程 式为:
Lix-yMn2O4 + yLiC6 = LixMn2O4 +yC6 用作锂离子聚合物电池的电解质,理离子电导率应高于10-3 S/cm,
3.聚合物锂离子蓄电池的性能特点
    日前,聚合物锂离子单体电池的工作性能指标为工作电压为3. 8V,质量比能址为 150W·h/kg,体积比能量246W·h/1.,比功率315W/kg,循环寿命大于300次,自放电小 于0.1%/月,工作温度-25 ~60℃,充电速度lh达到80%容最,3h达到100%容址。它与 液态锂离子电池相比,具有安全性能好、小型化程度更高、超薄化、轻最化、适用温度范 围 更宽、自放电小、能量密度高及成本低等多种明显优势,是一种较理想的动力蓄电池。特 别是安全性能好,聚合物锂电池由于不存在u液问题,在结构上采用了铝软包装。而液态锂 离子电池需用金属外壳,容易爆炸。聚合物锂电池最多只会气鼓。并且其保护线路的设计 也 可相应简化,从而可节约其成本。其外形可根据需要定制,厚度能做得很薄,使应用领域 相当广泛。由于聚合物锂离子蓄电池是柔性固态聚合物,金属锂梢密封在电池中,使得在较 高 温度下仍然能正常工作。电池的安全性也已经过碰撞试验证明。
需注意的是,当多个聚合物理电池串联使用时,要防止过充电和过放电。另外,聚合物理离子蓄电池的快速充电性能还有待进一步提高。
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