聚合物電池:化學性質的電池-中文百科頻道

概述

一般的電池的三要素：正極、負極與電解質。所謂的锂聚合物電池是指在三要素中至少有一個或一個以上采用高分子材料的電池系統。在锂聚合物電池系統中，高分子材料大多數被用在了正極和電解質上。正極材料使用的是導電高分子聚合物或一般锂離子電池所使用的無機化合物，負極常應用锂金屬或锂碳層間化合物，電解質是采用固态或者膠态高分子電解質，或者有機電解液。由于锂聚合物中沒有多餘的電解液，因此它更可靠更穩定。

與液态锂離子電池相比，聚合物锂離子電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優點，也不會産生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑複合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個電池的比容量；聚合物锂離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質量比能量将會比目前的液态锂離子電池提高50%以上。此外,聚合物锂離子電池在工作電壓、充放電循環壽命等方面都比锂離子電池有所提高。基于以上優點，聚合物锂離子電池被譽為下一代锂離子電池。

特點

1、.用固體電解質代替了液體電解質,

2、用锂離子負極材料取代了碳負極材料

3、質量輕：.外殼用鋁塑複合膜取代了鋼殼鋁殼

4、超薄，電池能夠組裝進信用卡中

5、外形靈活：制造商不用局限于标準外形，能夠經濟地做成合适的大小。

6、改進了安全：過充更穩定，電解液洩漏的幾率更低。

生産工藝

極闆切割的工藝區流程

極闆到廠後，是很大的，長約900m寬1米，進場後根據需要生産的電池的種類需要，切割成不同的寬度，小面積聚合物電池極闆的寬度一般在5cm左右，大面積需要的寬度最大的有25cm，切割好的極闆卷成卷後可以送到後工程了。

卷曲工藝

卷曲車間的press是卷曲的後工程，把卷曲的良品取出，放入P/G中按一定的數目排列，用壓塊壓上，壓四個小時左右即可press完成後，按不同的lot組别進行對後工程parking的投入。

parking的生産過程

Parking，故名意思是對電池的包裝，首先是對電池J/R的質量檢測，也算是對卷曲工作的檢查，這個部分在投入工位進行，在投入工位排在第一位的是一台x-ray機，用于檢查電池的陰陽極偏繞，陰極與sep的偏繞，同時還能檢查電池J/R的内部以及外部正列，以防止出現不良。第二位的是一台vision機用于檢查電池的外觀數據，vision機是一種類似于照相機的機器，用攝像頭将電池軟卷的外形拍攝下來傳入電腦中，由電腦分析電池的各項外部數據，如陰陽極tab突出tab位置等重要的電池質量标準。當這些标準和項目數據都合格的時候，就可以真正的進行投入緩解了，投入後，開始第一道加工工序，安裝can，組合物電池的can是聚合物制作的，和手機電池不同。而且聚合物電池會經過兩次包裝。包裝工位有四個用于存放包裝can的spool 從兩面蓋上電池然後切割，壓好，這樣，基本的包裝就完成了，包裝後的“電池”送入第二工位，即，注入電解液，注入電解液後進行密封，密封後送入輸出工位，由工人手動将生産線上的“電池”取出，檢查電池外觀合格後，可放入托盤上，進入下一環節。

化成工藝

化成車間是聚合物生産的最後一個工程，也是出廠前工程，其主要由P/G,D/F;以及質檢三個部分組成。每個部分都有不同的作用。

1、P/G工程P/G工程是對電池進行進一步加工，由parking工程生産出來的電池比較蓬松，極闆之間不都緊密，P/G工程則是負責對parking的電池進行進一步的擠壓的，将原本不是很緊密的電池片進行高強度的擠壓，使電池變得緊密，P/G工程的另一個工作是将原來parking工程制作出來的電池中多餘的電池外殼（can）切除。

2、D/F工程D/F工程是對電池進行噴碼的工程，經過D/F工程後，會用激光噴碼對電池進行标記，标記内容包括生産日期，生産組别，生産線，lot号，電池的種類型号等等，經過D/F工程之後，基本上就是真正的成品電池了。

化成質檢

化成的質檢分為兩個部分：一是電池外觀的檢查，這方面還是與之前的外觀檢查一樣需要檢查外殼是否平整（聚合物電池的外殼非常的軟之前就有說過）；檢查電池的tab；檢查電池是否漏液等等。二是電池電量的檢查，化成會抽取樣本對電池進行充放電的實驗。質檢合格之後就是包裝了，按一定的數量進行包裝後的電池可以直接出廠了。

與其他锂電的比較

液态锂電

由于各個廠商生産工藝的不同，目前市場上的聚合物锂電分為卷繞式（索尼、東芝為代表）、疊片式（TCL、ATL為代表）兩種不同結構，但适應于手機需求的規格大都在4mm厚度以下。與液态比較，由于聚合物外包裝采用了更薄的鋁膜，比鋼殼、鋁殼更薄，而且生産方式與液态锂電不同，聚合物越薄越好生産，理論上可以生産出0.5mm以下厚度的電池。

液态锂電正好相反，越厚越好生産，低于4mm厚度的電池很難生産，即使生産出來了，容量明顯不如聚合物锂電，成本也沒優勢。因而，電池越薄，聚合物生産成本越低、液态生産成本越高。

但較厚的規格上，液态锂電供應鍊成熟，工藝成熟，生産效率高，成品率高，有很強的制造成本優勢。從目前市場來看，5mm、6mm厚度系列的液态锂電池雖然比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态接近，但目前5mm、6mm系列電池的工藝成本要比液态高出很多，因而，要在此規格上與液态真正形成競争，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。所謂的聚合物锂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。而在目前所開發的聚合物锂離子電池系統中，高分子材料主要是被應用于正極及電解質。正極材料包括導電高分子聚合物或一般锂離子電池所采用的無機化合物，電解質則可以使用固态或膠态高分子電解質，或是有機電解液，負極則通常采用锂金屬或锂碳層間化合物。一般锂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。而聚合物锂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、針刺、碰撞或其他損害、以及過量使用而造成危險情況。

新一代的聚合物锂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計的靈活性，從而可以配合産品需求，做成任何形狀與容量的電池，為應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适應性，以最大化地優化其産品性能。同時，聚合物锂離子電池的單位能量比一般锂離子電池提高了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锂離子電池有大幅度的提高。

聚合物锂離子電池

聚合物锂離子電池和平常電池的差别在電解質上。在20世紀70年代最初的設計中，采用了固态聚合物電解質。這類電解質類似于塑料薄膜，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。幹态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，并且能夠制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象力來自由設計電池的形狀和大小。不幸的是，固态聚合物锂離子電池受制于其較差的導電性。内阻太高而無法提供當前通信設備所需要的高脈沖電流，無法驅動筆記本電腦的硬盤。加熱電池到60攝氏度，電導率迅速提高，但是這樣的要求不适合在便攜設備上應用。

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

一般锂離子電池

雖然這兩種電池在性能表現上非常相似，但是锂離子聚合物作為唯一固态電解質替代了多孔隔膜。凝膠電解質隻是增加了離子電導。聚合物锂離子電池并沒有像一些分析家預測的那樣流行。它的優越性和低制造成本還沒有被認識到。因為其容量并沒有得到提高，實際上，容量比标準锂離子電池還有輕微減少。聚合物锂離子電池的市場在超薄幾何形狀電源的應用上，例如信用卡電源等類似的應用。

市場情況

聚合物锂離子電池在全球技術成熟并商業化，雖然銷量在快速增長，但其市場份額尚低于10%，與液态锂電90%的市場份額無法相比，大大低于人們的預期。由于各種原因，市場上聚合物的價格普遍要高于液态锂電，但是，由于移動電器的競争模式正在悄悄地發生變化，特别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，

可以從手機的發展看聚合物锂離子電池的發展趨勢。特别近兩年來移動電源的發展得到了市場普遍認可。随着智能手機的普及耗電量不斷增加，移動電源的出現将會徹底改變聚合物锂離子電池的劣勢，新一代的移動電源以明能移動電源為代表采用高端聚合物锂離子電池。