发展中的聚合物锂离子电池(1)――电池性能的改进

　　发展中的聚合物锂离子电池金明钢。尤金跨，林祖，厦门大学宝龙电池研究所，福建厦门，361005介绍了聚合物锂离子电池性能改进的近况。重点针对电池的比能量。充放电特性。循环性能，安全性能等方面的丁对比讨论目前聚合物俚离子电池工业生产中需要改进的问和，展的方向，自从日本索尼公司1990年商品化生产锂离子电池以来，锂离子电池由于能量密度高。循环寿命长，开路电压高。安全无污染等系列优点，越来越多地引起国内外电池工业的重视。其研发和生产也是电池行业的热门。高性能的锂离子电池直是欧美日本等发达国家重点开发的电池产品51.

　　目前，锂离子电池分两大类液态锂离子电池08和聚合物锂离子电池江正。

　　以聚合物膜电解质代替液体电解质来制造塑料锂离子电池是锂离子电池的个重大发展。其主要优点现在高能量密度与长循环寿命相结合；具有高的可靠性和宜加工性；电池自放电低；可以做成全塑料结构，更易于装配；没有自由电解液。不会发生漏液现象；可以采用轻的塑料包装而不像传统锂离子电池那样需要用金属外壳；使用安全。另外，聚合物膜电解质和塑料电极的紧密叠合。使七1电池可以形状灵活，甚至可做成小于0.61的超薄电池。从应用观点来看，出路更加宽广。电池可以主动地去适应用电设备的尺寸要求，而不是只有标准化的规格尺寸供选择；又因为聚合物锂离子电池其结构及生产过程中无酸碱和铅汞等污染。是新世纪倡导的绿色环保电池。因此，自，电池问世以来强烈吸引着电池研宄和生产单位。进入市场不久。技术工艺正在速度发展和成熟中。

　　1近年来聚合物锂离子电池特性研究进展电池特性可以分为4大类，能量特性。如电池的比容量。

　　量。比能量等；工作特性，如循环性能。功率物性工作电压平台，阻抗荷电保持率等；环境适应能力，如高温性能。低温性能。抗振动冲击性能。安全性能等，配套特性，主要指和用电设金明钢1968.男。重庆南人，厦门大学博士生，从事化学电源研究；尤金跨1940.男。福建厦门人5厦门大学教授，从事电化学和化学电源研究；林祖制1934，男，福建泉州人5厦门大学教授，博士生导师。从事电化学和化学电源的研究。

　　基金项目国家信息产业部通信产品配套元件开发专项基金资助信部产200878备的配套能力好坏。如尺寸适应能力快速充电脉冲放电等1.1电池容量及比能呈纵观国内外主要的聚合物锂离子电池制造商。其电池都经历了个由初级性能向高级性能进步的历程。

　　最早开发出聚合物锂离子电池的841取公司现为，乩196年开始制出以悝锰试化物正极。以；日焦为负极的聚合物锂离子电池1解决了原来锂金属聚合物电池在充放电时的枝晶问，当时电池的重量比能量仅为100 0货1休积能量也只为280几。，过几年的改进。山，高到120贾18和300以1以上。

　　其比能量为120双岵和260300贾几。而在2000年，该公司的比能量达到280300贾1.成品电池的比能量也达到75；该公1还在进步提商电沙的比能。！；日本如公司目前的聚合物锂离子电池的比能量己达至！

　　160170.其比能量的提1；1主要1于采用丁较好的；极材料和包装材料。

　　加拿大的公司1为笔记本电脑设计的聚合物锂离子电池其比能量达到160取，1次充电可让笔记本电脑工作约81他们称可以将聚合物锂离子电池的比能量提高到175琢以和能量密度达到475贫0.

　　提高正极比容量是进步提高锂离子电池比能量的关键之。在进行锂离子电池的设计时。目前般都采用正极容量限制。虽然常用的正极材料钴酸锂的理论容量可达274但在实际电池只能放出，仙阳灿左右的容，即使经过改良。提高的幅度也不大。

　　噻吩们及其衍生物等可以较显着地提高聚合物锂离子电池的能量密度。

　　美国肘，1公司的0如奸吐015等采用种非电活性对可溶性多硫化物有强吸附的材料来包覆电活性的有机硫聚合物复合阴极，该阴极和锂片组成人人型次电池。首次充电后。前10周的放电约为1而经过次循环后。仍有700，18的容量。包覆处理提高了该阴极材料的稳定性。

　　+minvaniaHWinicTnPANMiVyr1lti子电池的阴极材料。以铜为集流体。制得种电池，其容量为225入放电平均电压为3.4，循环寿命大于500次，聚合物正极材料的应用可能是聚合物锂离子电池性能提高的个新的突破点。

　　1.2充放电特性对电池的充放电性能的评价主要在电池的充放电时间，充放电效率，充放电电压平台，不同充放电倍率下的容量等。

　　此公司在1997年开发出来的电池并不很理想。

　　1999年3证6公司开发出来的聚合物锂离子电池性能已有较大的提高。其电池10放电容量为额定容量0.2，的100左右；2放电容量也近90，有的甚至达到94以上。这都是该公司改进了电池体系。提高其导电能力的结果。

　　韩8，队。职8咖公。3产的较合物锶离子电池放电容量为2，放电容量的97.542放电容这些公司的聚合物锂离子电池放电性能的提高。主要是改进了电池体系降低极化。提高了正极利用率的结果。

　　国内聚合物锂离子电池的性能在1998年初，其放电性能只能达到其额定容量的80左右。经过近两年的研宄改进。现在己能达到其额定相的95，聚合物锂离子电池由于其结构和，8有定的差异，原来认为其快速充电能力不太好。经过改进。现在的1充电时间已4于1.5；用快充，充入能量也能达到额定容量的85以上。

　　随着电池体系的优化，聚合物锂离子电池的放电工作电压平台也进步提高现在，0，020体系0.2010放电工作电压平台由原的3.6到现在的3.7，甚至有报道达3.8且放电平台也由陡急变为平稳。例如，目前索尼；3星等公司生产的聚合物锂离子电池标称电压都在3.7以上，1.3温度特性电池充放电性能的温度特性，即在不同温度下电池的充放电性能。早期的聚合物锂离子电池温度特性都不太好，如1脱的第1代电池。其低温放电特性在20，以，5放电可放出其常温容量的80，而在美国较大的聚合物锂离子电池生rmValiuv 1998，10=CF0.2C只有常温容量的60左右121.早期的聚合物锂离子电池个主要的缺陷是低温性能较差。这也影响了它在些领域的应Ilj1恤公司在劣年开发出自己的电池结构和电解质。

　　其生产的聚合物锂离子电池在20以，75放电可放出其容量的10019.且在这温度下，2放电也可达其容量的951放电可达70以上。到2000年9，20，的1放电容量4.153.0接近80.20，2放电也近25，闩本公司如索尼。3等生产的聚合物锂离子电池在20，下的1放电容量也能达到其常温容量的70以上。这使聚合物锂离子电池的低温性能提高了大步，在高温性能方面，聚合物锂离子电池现优于七瓜知咖松发现允溶剂体谢10，成1晷的电解液有较好的低温性能的同时，高温性能50，也有优良的量的95左右，这也是其它锂离子电池所不能比的。

　　聚合物锂离子电池温度性能的改善，主要是改进电解液体系和提高了电极的性能。例如。采用多元溶剂体系。提高导电能力；改善正极在低温下的极化行为，1.4循环性能由于聚合物锂离子电池保持了锂离子电池的无枝晶造成短路的优点，同时采用多层电极体化复合的结构，电池结构较稳定。循环性能较好。

　　目前商品化聚合物锂离子电池采用1充放。循环500次后其容量都能保持在初始容量的80以上，用，1充放电制但民用商品电池对循环寿命的要求不是非常高。不需要上户次的循环寿命。般有300次以上的循环寿命的电池就可以，⑥局以，抑心要求，故提高聚合物锂离子电池循环寿命不是当前性能改进1.5安全性能在早期，尽管有能量密度高。电压平台高等诸多优点。但锂离子电池的安全性能曾让众多的客户担心。

　　聚合物锂离子电池由于没有多余的自由电解液。无电池的内压力问。这也显着提高了电池的安全性。

　　锂离子电池的安全性能，按目前国内外的相关标准要求。

　　主要有以下几项内容①过充电和过放电②短路③高温冲击④重物冲击⑤高处跌落⑥挤压⑦针刺等项目，对于，和，两项，目前主要由相关的电子保护线路来保证。随着该类电子线路设计水平的进步，这安全保护己曰臻完善。也有直接对拆除保护线路的电芯进行上述试验。上述7项试验中，最严峻考察的是过充电过放电短路及针刺试验。

　　仙公司7的聚合物锂离子电池可以3过充电到20，电池不爆炸。不起火；进行针刺实验时。电池面温度最高只升到73未起火和爆炸，同时电池电压能恢复。他们解释为聚合物锂离子电池的自修复机理，即电池被穿刺后，聚合物在所刺入针的周围熔化并形成层绝缘层，避免了电池的进步短路放也这也是聚合物训出户电池的优势。

　　1.6其它性能0和08及其它次电池相比。具有较好的贮存性能和较低的自放电率。如训！必公司的聚合物锂离子电池在室温下贮存1年。还可保持其初始容量的60.即使在55，下储存3个月，也可保持其初始容量的80，这是其它次电池所不能比的。这说明随着电池材料和结构的改进，电池的各组成部分的稳定性提高。

　　因采用多层热压复合。其电极结构紧凑。内阻也较小，般容量为1000，左右的电池内阻在30，以下，即使包含元件的电芯其内阻也在100，以下。如果使用改进的导电剂和集流网，其内阻还可进步下降。

　　2难点目前几乎所有从事聚合物锂离子电池生产的企业。都通过了中试生产，但仍处于小批量生产阶段。主要有两方面的原因方面是因为生产技术尚处于快速发展的时期。工艺变化较快，相当部分企业持观望态度；另方面是聚合物锂离子电池快速自动化生产的流水线相对复杂，开发自动化生产线需要较长的时间和较多的投资。同时自动化与工艺定型又紧密相关，不成熟的工艺将导致大量的未定型自动化设备浪费。自动化还对电池原材料和半成品提出了更高的要求。

　　例如在聚合物锂离子电池的铝塑包装的方式上，有的主张冲盒式包装。有的坚持初期的袋式包装。但这些包装方式在工艺上都有些问尚未完全解决，难以和液态锂离子电池的金属硬壳包装的外观致性和美观性媲美，同时由于聚合物彦离子电池是用铝塑薄膜的软袋包装，电池的内压问很容易凸显出来。即使电池轻微的气胀也会影响电池的使用和外观，目前尚没有十分有效的技术可以完全解决聚合物锂离子电池关键的技术，尚需进行完善。

　　3展望尽管聚合物锂离子电池在国内外的商品化生产在目前并不十分顺利，各公司在进行规模化批量生产的过程中仍有这样或那样的问未解决，但聚合物锂离子电池的多个优点吸引了许多的研宄人员和制造商，研宄和开发仍很活跃，尽管开发时间短，但性能上己迅速提高。工艺也正在逐渐成熟中。

　　随着国内外的研宄和生产单位的研发能力的提高，聚合物锂离子电池的各种性能逐渐完善。伴随新材料，新电池结构，新聚合物锂离子电池的成熟的工业化规模生产将指日可待，群。塑料彦离子电池研究概况。谈1他17古电池，