锂聚合物电池(Li-polymer,又称高分子锂电池):具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化,以及高安全性和低成本等多种明显优势,是一种新型电池。在形状上,锂聚合物电池具有超薄化特征,可以配合各种产品的需要,制作成任何形状与容量的电池。该类电池可以达到的最小厚度可达0.5mm。
相对于锂离子电池,锂聚合物电池的特点如下:
1. 无电池漏液问题,其电池内部不含液态电解液,使用胶态的固体。
2. 可制成薄型电池:以3.6V400mAh的容量,其厚度可薄至0.5mm。
3. 电池可设计成多种形状。
4. 电池可弯曲变形:高分子电池{zd0}可弯曲900左右。
5. 可制成单颗高电压:液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压,高分子电池。
6. 由于本身无液体,可在单颗内做成多层组合来达到高电压。
7. 容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍。
在过去的十年中,锂聚合物(Li-polymer)电池已成为继之后在便携式电源领域出现的“下一个重大技术进展”。几年前开始出现在小型消费电子设备(如无线耳机)中,但这种电池最终将成为应用的主流,因为它正在设计进从笔记本电脑到医疗监视器的各种电子设备中。
虽然锂聚合物电池的研究者和设计师最初定下的许多目标至今还没有达到,但最近它的一些其它优势却得到了业界更多的承认和开发。锂聚合物电池的这一演变已经导致人们对这种新型电池的优点和设计局限性产生了许多误解。
锂聚合物电池最容易被人认为是更常见的锂离子电池的一个子类,但其实锂聚合物电池和锂离子电池有着相似的性能特征,因为它们采用的基本材料是相似的。
锂聚合物电池典型的标称电压是3.6V,充放电寿命为500次。通常{zj0}负载电流小于1C,平均能量密度约200Wh/kg。锂聚合物电池与锂离子电池一样,在存储状态下,每月自放电率低于10%。
两者的主要区别是,锂聚合物电池的锂盐电解液不象锂离子电池设计那样保存在有机溶剂中。相反,它保存在固态聚合化合物(如聚环氧乙烷或聚丙烯腈)中。这使得它可以做出半刚性外形和非常薄的电池。
锂聚合物电池可以封装在铝箔叠层袋中,厚度只有0.1mm,而传统锂离子电池使用的是铝或钢壳,厚度达0.25~0.4mm。另外,锂聚合物电池将电极和电解液材料以平面三明治的方式堆叠在一起,而锂离子电池是以卷筒的方式将电极和电解液材料卷绕在一起。
对锂聚合物电池的误解始于其柔性包装。这一柔性经常让人误解,因为锂聚合物电池在设备中安装时必须保持平坦,在电池系统中安装时甚至不能有一点儿弯曲。弯曲电池将使阳极和阴极材料靠得更近,有可能造成优先电镀和短路,最终缩短电池寿命,并带来潜在的安全风险。
虽然许多报道表示锂聚合物电池在安全性方面有很大的改善,但它的基本材料与锂离子电池几乎是相同的。因此安全风险是相同的,必须小心确保在电池包设计时,其包装没有因引入了一些刚性外壳或支撑而做出折衷考虑。
另外,膨胀问题也一直困绕着锂聚合物电池制造商和相关的便携式产品设计师,不过这些问题大部分已被解决。预期的膨胀率现在约为6%,与方形锂离子电池相似。因新包装而带来的潜在安全性能改善是,额外的气体不太可能再积聚成爆炸性压力,因为这种包装允许少量的气体不断地泄漏出来。
在早期开发阶段,锂聚合物技术在内部阻抗方面也碰到一些问题,致使其{zd0}放电率很低,与更成熟的技术相比,设计师面临着包括更长充电时间在内的诸多挑战。现在,锂聚合物电池有潜力做得非常薄,而且许多这类电池的阴极材料采用氧化锰锂(LiMn2O4)。
这种阴极材料具有三维结构,本身就具有很好的离子电导率,因此可以实现很短的路径长度和很薄的设计。这样,锂聚合物电池的{zd0}放电率就有可能等于甚至超过传统的锂离子电池。
薄外形是锂聚合物电池的主要优势。这类电池能被制造得非常薄,而且通常可以提供定制尺寸。尽管有些应用的体积相当大,但大多数常见应用都很小,而单节锂聚合物电池可以薄至2mm。
锂聚合物电池最近取得的进步已经使得这类电池扩展到其它的应用。其能量密度正在提高,将要达到甚至可能很快超过其它的锂离子电池。大批量生产时容量一致性的提高已经使得多节电池配置成为可能,因此需要高电压的应用现在就可以采用锂聚合物电池。便携式产品设计师的电池可选范围继续在扩大,锂聚合物电池正成为移动世界的又一设计选择。