聚合物锂离子电池常识

一．前言

自1991年Sony公司开发锂离子电池上市以来，锂离子电池以其高比能密度何使用寿命长而受到重视，发展迅速。美国、韩国和台湾等地区也重点发展锂离子电池。近几年来，锂二次电池发展迅猛，试图取代镉镍和氢镍电池，其中采用聚合物（高分子材料）作电极和电解质材料的研究开发尤为引人注目。

二．电池的电极材料

2.1正极材料

1)锂正极材料：重要有LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2

2)聚合物正极材料：重要是杂环聚合物如聚砒咯（ppy）、聚噻吩（pTh）及其衍生物

2．2负极材料

（1）碳材料：要为天然石墨、焦碳和碳纤维等

（2）基于氧化锡的负极材料：利用SnO、SiO2和少量的Al2O3、B2O3、p2O3等的混合物在氩气氛围下逐渐升温到1000℃或略高温度下加热12h，可制得含二价锡的混合氧化物。

三．电解质

最近的20年，离子传导性较高的高分子材料倍受关注。1973年，Wright等首次发现了聚氧乙烯（pEO）与碱金属盐配位具有离子导电性。1978年，Armand提出pEO/碱金属盐配合物作为带有碱金属电极的新型可充电电池的离子导体，这一建议使得高分子固体电解质成为高分子研究领域20年来非常引人注目的热门课题。高分子固体电解质的特点是具有比较高的离子导电性，较宽电位的同时，还具有易薄膜成形、柔软、质轻、有弹性、透明等优点，是含有离子传导性的无机玻璃类固态电解质所无法实现的。

3.1聚合物/盐复合物电解质

pEO和锂盐配位的高分子固体电解质（SpE）

3.2共聚物/盐复合物电解质

（1）无规共聚醚

重要有两种结构：一种是氧乙烯-氧亚甲基结构，另一种是氧乙烯-氧丙烯（EO-pO）无规共聚物

（2）梳状共聚物

结构：分子量的聚醚链嫁接在高聚物(Tg较低)的主链上

（3）嵌段共聚物

结构：氧亚甲基连接的聚苯乙烯-聚氧乙烯-聚苯乙烯三嵌段聚合物

（4）网络结构聚合物

重要有两种制作方法：一种是无机高分子上连接聚醚支链，形成两相结构，即无机支持相和有机导电相；另一种方法是通过不饱和聚醚（大分子单体）进行聚合交联，生成网络结构高分子电解质。

3.3聚合物/无机物共混复合物

无机微粒搀入高分子电解质中制备高分子-陶瓷复合电解质。

3.4乳胶粒子/盐复合电解质

不同性能的乳胶粒子制备出一系列的两相结构的高分子固体电解质，有两种方法：

1）丁苯橡胶（SBR）和丁氰橡胶（NBR）乳胶粒子。

2）以橡胶态、非极性的聚丁二烯（pB）为核，以极性、玻璃态的聚乙烯吡咯烷酮（pVp）为壳，合成具有核壳结构的复合乳胶粒子。

3.5聚合物凝胶/盐复合电解质

凝胶型CpE为电解质。

四．聚合物锂离子电池与液态锂离子电池的差别

聚合物锂离子电池与液态锂离子电池最根本的差别在于二者所采用的电解质不同。聚合物锂离子电池的电解质从外观上看为固态，称为聚合物固体电解质。这种电解质是一类处于固体状态，但能像液体那样溶解支持电解质，并能发生离子迁移现象的高分子材料。

五.聚合物锂离子电池的八大优势

1.安全性能好聚合物锂离子电池在结构上采用铝塑软包装，有别于液态电芯的金属外壳，一旦发生安全隐患，液态电芯容易爆炸，而聚合物电芯最多只会气鼓。

2.厚度小，能做得更薄。普通液态锂电采用先定制外壳，后塞正负极村料的方法，厚度做到3.6mm以下存在技术瓶颈，聚合物电芯则不存在这一问题，厚度可做到1mm以下，符合时下手机需求方向。

3.重量轻聚合物电池重量较同等容量规格的钢壳锂电轻40%，较铝壳电池轻20%。

4.容量大聚合物电池较同等尺寸规格的钢壳电池容量高10～15%，较铝壳电池高5～10%，成为彩屏手机及彩信手机的首选，现在市面上新出的彩屏和彩信手机也大多采用聚合物电芯。

5.内阻小聚合物电芯的内阻较一般液态电芯小，目前国产聚合物电芯的内阻甚至可以做到35mΩ以下，极大的减低了电池的自耗电，延长手机的待机时间，完全可以达到与国际接轨的水平。这种支持大放电电流的聚合物锂电更是遥控模型的理想选择，成为最有希望替代镍氢电池的产品。

6.形状可定制聚合物电池可根据客户的需求新增或减少电芯厚度，开发新的电芯型号，价格便宜，开模周期短，有的甚至可以根据手机形状量身定做，以充分利用电池外壳空间，提升电池容量。

7.放电特性佳聚合物电池采用胶体电解质，相比液态电解质，胶体电解质具有平稳的放电特性和更高的放电平台。

8.保护板设计简单由于采用聚合物材料，电芯不起火、不爆炸，电芯本身具有足够的安全性，因此聚合物电池的保护线路设计可考虑省略pTC和保险丝，从而节约电池成本。