原理 - 小米特斯拉聯(lián)想等鋰電池安全事故盤點(diǎn)

　　4原理

　　鋰離子電池目前有液態(tài)鋰離子電池（LIB）和聚合物鋰離子電池（PLB）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)iCoO2，LiNiO2或LiMn2O4，負(fù)極采用鋰—碳層間化合物L(fēng)ixC6，典型的電池體系為：

　?。?）C|LiPF6—EC+DEC|LiCoO2（+）

　　聚合物鋰離子電池

　　正極反應(yīng)（氧化反應(yīng)）：LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe

　　負(fù)極反應(yīng)（還原反應(yīng)）：6C+xLi++xe-=LixC6

　　電池總反應(yīng)：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6

　　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(xiàng)要素。所謂的聚合物鋰離子電池是說(shuō)在這三種主要構(gòu)造中至少有一項(xiàng)或一項(xiàng)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(kāi)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(wú)機(jī)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(jī)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(jiān)固的二次包裝來(lái)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。

　　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(jì)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，為設(shè)備開(kāi)發(fā)商在電源解決方案上提供了一些設(shè)計(jì)靈活性和適應(yīng)性，以最大化地優(yōu)化其產(chǎn)品性能。同時(shí)，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20%，其容量、與環(huán)保性能等方面都較鋰離子電池，有一些改善。

　　5展望

　　目前手機(jī)有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：

　　（1）手機(jī)本身向小型化、薄化方向發(fā)展，以方便消費(fèi)者的攜帶；

　　（2）手機(jī)設(shè)計(jì)的個(gè)性化，表現(xiàn)在設(shè)計(jì)理念已經(jīng)不再是原來(lái)方方正正的形狀，不規(guī)則形狀、曲線、弧面設(shè)計(jì)成為手機(jī)設(shè)計(jì)美學(xué)化的主流；

　　（3）使用彩屏、手機(jī)功能的不斷增加。為了使手機(jī)小型化，電池減小、減薄是一個(gè)最有效的途徑。4mm以下厚度電池有成為薄型手機(jī)配置的主流趨勢(shì)，從性價(jià)比來(lái)講，這是聚合物的特長(zhǎng)。不規(guī)則形狀、曲線、弧面設(shè)計(jì)造型的手機(jī)給電池留下的有效空間變成了不規(guī)則形狀。液態(tài)的長(zhǎng)方型不能有效利用空間，容量較低，而疊片式聚合物可以將這種不規(guī)則空間最有效地利用起來(lái)，使容量放大。最近TCL金能公司推出的圓弧型電池、梯形電池、背包電池能使手機(jī)比使用相應(yīng)規(guī)格的液態(tài)電池容量增加20%以上。手機(jī)功能越來(lái)越多，導(dǎo)致耗電越來(lái)越多。要求電池容量相應(yīng)地增加。在不增加電池厚度的情況下，聚合電池是有明顯優(yōu)勢(shì)的。與此相似，筆記本電腦、藍(lán)牙耳機(jī)、小靈通手機(jī)、移動(dòng)DVD等電器都在向移動(dòng)、便攜化方向發(fā)展，都配上了液晶顯示，而且功能在不斷增多，液晶屏幕在不斷增大。這些都給聚合物鋰離子電池提供了一些機(jī)會(huì)。

　　聚合物鋰離子電池在全球技術(shù)成熟并商業(yè)化已經(jīng)2年多時(shí)間了，雖然銷量正在快速增長(zhǎng)，但其市場(chǎng)份額還在10%左右，和液態(tài)鋰電90%的市場(chǎng)份額無(wú)法相比，大大低于人們的預(yù)期。由于各種原因，目前市場(chǎng)上聚合物的價(jià)格普遍要高于液態(tài)鋰電，但是，由于移動(dòng)電器的競(jìng)爭(zhēng)模式正在悄悄地發(fā)生變化，特別是聚合物電池給移動(dòng)電器帶來(lái)的設(shè)計(jì)價(jià)值創(chuàng)新（如4mm厚度以下的優(yōu)越性能、大型規(guī)格電池），聚合物電池正被越來(lái)越多的手機(jī)、移動(dòng)DVD等設(shè)計(jì)人員所認(rèn)識(shí)，因而聚合物廠商還是信心十足，堅(jiān)信聚合物的時(shí)代一定會(huì)到來(lái)。

　　6 優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)

　　1.單體電池的工作電壓高達(dá)3.6v~3.8v遠(yuǎn)高于鎳氫和鎳鎘電池的1.2V電壓。

　　2.容量密度大，其容量密度是鎳氫電池或鎳鎘電池的1.5~2.5倍，或者更高。

　　3.自放電小，在放置很長(zhǎng)時(shí)間后其容量損失也很小。

　　4.壽命長(zhǎng)，正常使用其循環(huán)壽命可達(dá)到500次以上。

　　5.沒(méi)有記憶效應(yīng)，在充電前不必將剩余電量放空，使用方便。

　　6.安全性能好

　　聚合物鋰電池在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑軟包裝，有別于液態(tài)電芯的金屬外殼，一旦發(fā)生安全隱患，液態(tài)電芯容易爆炸，而聚合物電芯最多只會(huì)氣鼓。

　　7.厚度小，能做得更薄

　　超薄，電池能夠組裝進(jìn)信用卡中。普通液態(tài)鋰電采用先定制外殼，后塞正負(fù)極材料的方法，厚度做到3.6mm以下存在技術(shù)瓶頸，聚合物電芯則不存在這一問(wèn)題，厚度可做到1mm以下，符合時(shí)下手機(jī)需求方向。

　　8.重量輕

　　采用聚合物電解質(zhì)的電池?zé)o需金屬殼來(lái)作為保護(hù)外包裝。聚合物電池重量較同等容量規(guī)格的鋼殼鋰電輕40%，較鋁殼電池輕20%.

　　9.容量大

　　聚合物電池較同等尺寸規(guī)格的鋼殼電池容量高10～15%，較鋁殼電池高5～10%，成為彩屏手機(jī)及彩信手機(jī)的首選，現(xiàn)在市面上新出的彩屏和彩信手機(jī)也大多采用聚合物電芯。

　　10.內(nèi)阻小

　　聚合物電芯的內(nèi)阻較一般液態(tài)電芯小，目前國(guó)產(chǎn)聚合物電芯的內(nèi)阻甚至可以做到35mΩ以下，極大的減低了電池的自耗電，延長(zhǎng)手機(jī)的待機(jī)時(shí)間，完全可以達(dá)到與國(guó)際接軌的水平。這種支持大放電電流的聚合物鋰電更是遙控模型的理想選擇，成為最有希望替代鎳氫電池的產(chǎn)品。

　　11.形狀可定制

　　制造商不用局限于標(biāo)準(zhǔn)外形，能夠經(jīng)濟(jì)地做成合適的大小。聚合物電池可根據(jù)客戶的需求增加或減少電芯厚度，開(kāi)發(fā)新的電芯型號(hào)，價(jià)格便宜，開(kāi)模周期短，有的甚至可以根據(jù)手機(jī)形狀量身定做，以充分利用電池外殼空間，提升電池容量。

　　12.放電特性佳

　　聚合物電池采用膠體電解質(zhì)，相比液態(tài)電解質(zhì)，膠體電解質(zhì)具有平穩(wěn)的放電特性和更高的放電平臺(tái)。

　　13.保護(hù)板設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單

　　由于采用聚合物材料，電芯不起火、不爆炸，電芯本身具有足夠的安全性，因此聚合物電池的保護(hù)線路設(shè)計(jì)可考慮省略PTC和保險(xiǎn)絲，從而節(jié)約電池成本。

　　缺點(diǎn)

　　1.電池成本高，電解質(zhì)體系提純困難。

　　2.需要保護(hù)線路控制，過(guò)充或者過(guò)放都會(huì)使電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)的可逆性遭到破壞，從而嚴(yán)重影響電池的壽命。

　　7 性能研究

　　對(duì)均聚物聚偏氟乙烯（PVdF）、偏氟乙烯與六氟丙烯的二元共聚物（PVdF-HFP）分別作為聚合物鋰離子電池骨架材料的性能進(jìn)行了對(duì)比研究。研究結(jié)果表明，采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段，可使PVdF作為聚合物鋰離子電池的骨架材料獲得比PVdF-HFP共聚物更為優(yōu)良的性能。

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