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锂离子储能电池的种类及特点

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点击次数:361 更新时间:2023年04月14日17:19:52 打印此页 关闭

2.1 锂离子储能电池概述

根据锂离子储能电池所用电解质材料的不同,可分为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池两大类。

液态锂离子电池和聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子相同,锂离子储能电池的工作原理基本相同。通常 正极使用LiCoO 2 ,负极使用石墨等各种碳材料,集电体使用铝和铜。

液态锂离子储能电池与聚合物锂离子储能电池的主要区别在于电解液的不同。液态锂离子储能电池使用液态电解质,而聚合物锂离子储能电池则使用固态聚合物电解质代替,这种聚合物可以是“干的”也可以是“胶体的”,大多数采用的是聚合物胶体电解质。其中,液态锂离子电池是指以Li + 插层化合物为正负极的二次电池。正极采用锂化合物LiCoO 2,负极采用锂碳层间化合物LixC6。

锂聚合物电池具有能量密度高、体积更小、超薄、重量轻、安全性高等诸多明显优势。在外形方面,锂聚合物电池具有超薄的特性,可以做成任何形状和容量的电池,以满足各种产品的需要;在安全方面,外包装为铝塑包装,区别于液态锂电池的金属。外壳和内在的质量隐患可以通过外包装的变形第一时间显示出来。一旦出现安全隐患,它不会爆炸,只会鼓起。

聚合物锂离子电池

 

由于聚合物锂离子储能电池采用的是胶体电解质,不会像液体电液那样漏液,所以组装方便,使得电池整体非常轻薄,不会出现液体电液等安全问题泄漏和燃烧爆炸。,所以电池外壳可以采用铝塑复合膜,从而提高整个锂离子储能电池的比容量。聚合物锂离子储能电池还可以采用聚合物作为正极材料,其能量密度将比目前的液态锂离子储能电池提高50%以上。此外,聚合物锂离子储能电池在工作电压、充放电循环寿命等方面相比液态锂离子电池都有所提升。

聚合物锂离子储能电池的原理与液态锂相同,主要区别在于电解质不同于液态锂。电池的主要结构包括正极、负极和电解液三个要素。所谓聚合物锂离子储能电池,是指这三种主要结构中至少有一种或多种采用高档材料作为主电池系统。目前开发的聚合物锂离子储能电池体系中,正极和电解液主要采用高分子材料。正极材料包括锂离子电池中常用的导电聚合物或无机化合物。电解质可采用固体或胶体聚合物电解质,或有机电解质。一般来说,锂离子技术使用液体或胶体电解质。因此,有必要采用坚固的二级包装来容纳易燃活性成分,从而增加重量并进一步限制尺寸灵活性。聚合物锂离子工艺没有多余的电解液,因此更稳定,不易因过度充电、爆裂或其他对电池的损坏以及过度使用而导致的危险情况。

新一代聚合物锂离子电池在形状上可以是薄型的、任意面积的、任意形状的,大大提高了锂离子储能电池造型设计的灵活性,使其可以根据产品要求做成任意形状。不同容量的锂离子储能电池为应用设备开发商在电源解决方案方面提供了高度的设计灵活性和适应性,以最大限度地发挥其产品的性能。同时,聚合物锂离子电池的容量、充放电特性、安全性、工作温度范围、循环寿命和环境性能与锂离子电池相比都有很大的提高。

液态锂离子电池

2.2 聚合物锂离子储能电池与液态锂离子储能电池对比

聚合物锂离子储能电池可分为三大类:①固态聚合物电解质锂离子储能电池。电解质是聚合物和盐的混合物。这种电池在室温下离子电导率低,适合高温使用。②凝胶聚合物电解质锂离子储能电池。即在固态聚合物电解质中加入增塑剂等添加剂,提高离子电导率,使电池可以在常温下使用。③导电聚合物锂离子储能电池。采用导电聚合物作为正极材料,其比能量是现有锂离子电池的三倍,是最新一代的锂离子电池。

由于各厂家生产工艺不同,目前市场上的聚合物锂电池分为卷绕式和叠层式两种不同结构,但适合手机需求的规格大多在4mm厚度以下。与液态相比,由于聚合物外包装使用了更薄的铝膜,比钢壳和铝壳更薄,生产方法也不同于液态锂电池。聚合物越薄,生产效果越好。理论上可以生产0.5mm以下。电池的厚度。

液态锂离子储能电池正好相反。电池越厚,生产越好。厚度小于4mm的电池很难生产。因此,电池越薄,聚合物锂电池的生产成本越低,液态锂电池的生产成本越高。但对于更厚的规格,液态锂电池供应链成熟,技术成熟,生产效率高,良品率高,具有很强的制造成本优势。从目前的市场来看,5mm和6mm厚度系列的液态锂电池虽然容量远高于3mm和4mm厚度系列电池,但价格却低很多。理论上,聚合物锂电池的材料成本在5mm和6mm厚度规格上与液态锂电池接近,但5mm和6mm系列电池的工艺成本远高于液态锂电池。锂电池要真正形成竞争还有很长的路要走。

聚合物锂离子储能电池与普通电池的区别在于电解液。在 20 世纪 70 年代的最初设计中,使用了固体聚合物电解质。这种电解质类似于塑料薄膜,不能传导电子,但可以进行离子交换。聚合物电解质取代了传统的电解质浸渍多孔隔膜。干聚合物电解质的设计可简化组装,提高电池机械强度和安全性,并可制成超薄几何形状,单个锂离子储能电池薄至 1 毫米。设备设计师可以根据自己的想象自由设计电池的形状和尺寸。不幸的是,固态聚合物锂离子电池的导电性差,内阻过高,无法提供目前通讯设备所需的高脉冲电流,无法驱动笔记本电脑硬盘,电池加热至60℃,导通率快速增加,但此类要求不适合在便携设备上应用. 作为折衷,引入了一些凝胶电解质。目前市场上的手机用聚合物锂离子储能电池大多是含有凝胶电解质的混合电池。该系统采用锂离子聚合物进行改造,使其成为目前唯一可用于便携式设备的聚合物电源。添加凝胶电解质后,锂离子聚合物电池与一般锂离子电池有什么区别?虽然这两款锂离子储能电池的性能非常相似,多孔隔膜被锂离子聚合物取代,作为唯一的固态电解质。凝胶电解质只是增加了离子电导。聚合物锂离子储能电池并没有像一些分析师预测的那样受欢迎。因为它的容量不是很高,实际上容量比标准的锂离子电池略低。聚合物锂离子电池的市场主要在超薄几何形状电源的应用,例如信用卡电源和类似的应用。容量略低于标准锂离子电池。聚合物锂离子电池的市场主要在超薄几何形状电源的应用,例如信用卡电源和类似的应用。容量略低于标准锂离子电池。聚合物锂离子电池的市场主要在超薄几何形状电源的应用,例如信用卡电源和类似的应用。

聚合物锂离子电池的优点:超薄,电池可以组装成信用卡;形状灵活,制造商不局限于标准形状,可以经济地制成合适的尺寸;重量轻,使用聚合物电解质的电池不需要金属外壳作为外包装的保护;提高了安全性,过充更稳定,电解液泄漏的可能性更低。局限性:与锂离子电池相比,能量密度和循环时间降低;制造昂贵;没有标准的外形尺寸,大多数电池是为高容量消费市场制造的,价格和能量相对较高。

锂离子电池原理图

2.3、聚合物锂离子储能电池产业化现状

工业上生产的聚合物锂离子储能电池是指以聚合物为电解质代替液态电解质的锂离子电池。目前,日本、韩国、美国、加拿大、中国等多家企业已具备量产能力。锂离子电池从1992年开始商业化应用,而聚合物锂离子电池直到1999年才开始商业化应用。但自1999年被SONY商业化以来,聚合物锂离子储能的发展电池的速度一向强于液态锂离子电池。2002年,聚合物锂离子电池已占全部锂离子电池市场份额的7%。到2005年,聚合物锂离子电池约占9%。

由于种种原因,市场上聚合物锂电池的价格普遍高于液态锂电池。然而,由于移动设备的竞争模式正在悄然发生变化,尤其是聚合物电池为移动设备带来的设计价值创新(如4mm厚度以下的卓越性能、大尺寸电池),聚合物电池正在被越来越多的设计师所认可手机、移动DVD等,让聚合物锂电池厂商依然信心满满,坚信聚合物锂电池时代终将到来。.

从手机的发展就可以看出聚合物锂离子储能电池的发展趋势。目前,手机有以下发展趋势:①手机本身向小型化、超薄化方向发展,以方便消费者携带;② 手机设计个性化,设计理念不再是原来的方方正正。、不规则形状、曲线、曲面设计成为手机设计美学的主流;③彩屏和手机功能的使用不断增加。

为了使手机小型化,减少和薄化电池是最有效的方法。电池厚度小于4mm已经成为手机轻薄配置的主流趋势。在性价比方面,这是聚合物锂电池的特长。不规则形状、曲线、曲面的手机,将电池的有效空间留给不规则形状。液体矩形不能有效利用空间,容量低,而层压聚合物可以最有效地利用这种不规则空间并扩大容量。TCL晋能公司近期推出的弧形电池、梯形电池、背包电池,与相应规格的液态电池相比,可使手机容量提升50%以上。手机的功能越来越多,耗电量也越来越大。电池容量需要相应增加。在不增加电池厚度的情况下,聚合物电池优势明显。同样,笔记本电脑、蓝牙耳机、小灵通手机、移动DVD等电器也都在朝着移动便携的方向发展。它们都配备了液晶显示器,并且它们的功能正在增加。这些都为聚合物锂离子储能电池提供了无限商机。蓝牙耳机、小灵通手机、移动DVD等电器正朝着移动、便携的方向发展。它们都配备了液晶显示器,并且它们的功能正在增加。这些都为聚合物锂离子储能电池提供了无限商机。蓝牙耳机、小灵通手机、移动DVD等电器正朝着移动、便携的方向发展。它们都配备了液晶显示器,并且它们的功能正在增加。这些都为聚合物锂离子储能电池提供了无限商机。

据悉,苹果电脑已经开始在自家产品中使用聚合物锂电池。MacBook 和 MacBook Pro 都将在未来的新产品中配备这些新电池。目前,使用聚合物锂电池的GPS厂商寥寥无几,Mio和Routon就是其中的突出代表。Routon是行业内的新兴品牌,隶属于京伦电子。该品牌GPS采用的聚合物锂电池容量约为1700mA·h,远大于市场上常用的1300mA·h。使用锂聚合物电池后,GPS的重量、体积、使用时间和安全性都有了很大的提升。当然,由于这些变化,锂聚合物电池的成本自然要高于锂离子电池。现在,只使用高端手机和笔记本电脑。不过,车用聚合物锂电池也开始发展起来。

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