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聚合物高密度電池介紹

聚合物鋰電池電解液是壹種固態聚合物,而不是液態電解液。聚合物鋰電池具有更高的能量密度,可實現更長的供電時間,在移動通信市場,筆記本電腦和手機是目前最大的聚合物鋰電池。

鋰聚合物電池又稱鋰聚合物電池,具有多種明顯的優點,如能量密度高、更加小型化、超薄、輕便,以及安全性高、成本低等。

1 聚合物鋰離子電池的性能特點

聚合物鋰離子電池是指電解質采用固體聚合物電解質(SPE)的鋰離子電池。電池由正極集電體、正極隔膜、聚合物電解質隔膜、負極隔膜、負極集電體緊密壓縮復合成型,外包覆鋁塑復合膜,邊緣熱熔密封,得到聚合物鋰離子電池。由於電解質膜是固體,不存在漏液問題,電池設計自由度較大,可根據需要串並聯或采用雙極結構。

聚合物鋰離子電池具有以下特點:(1) 成型靈活;(2) 質量比能量較高(是 MH-Ni 電池的 3 倍);(3) 電化學穩定窗口寬,最高可達 5V;(4) 安全可靠;(5) 循環壽命長,容量損失小;(6) 容積利用率高;(7) 應用領域廣泛。

其性能指標如下:工作電壓:3.8V;比能量:130Wh/kg,246Wh/L;循環壽命:>300;自放電:>1.5V:>300;自放電<0.1%/月;工作溫度:253-328K;充電速度:1小時可充電80%,3小時可充電100%;環境因素:無毒。

2 正極材料

鋰離子電池的特性和價格與其正極材料密切相關,壹般來說,正極材料應滿足:(1)在要求的充放電電位範圍內,與電解質溶液具有電化學相容性;(2)電極過程動力學溫和;(3)高度可逆;(4)全鋰態在空氣中具有良好的穩定性能。隨著鋰離子電池的發展,高性能、低成本正極材料的研究也在不斷深入。目前,研究主要集中在鋰過渡金屬氧化物(如鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物和鋰錳氧化物)。鈷酸鋰(LiCoO2)屬於α-NaFeO2 型結構,具有二維層狀結構,適合鋰離子的脫嵌。由於其制備工藝相對簡單、性能穩定、比容量高、循環性能好,目前商業化的鋰離子電池大多采用鈷酸鋰作為正極材料。其合成方法主要包括高溫固相合成法和低溫固相合成法,以及草酸沈澱法、溶膠-凝膠法、冷熱法、有機混合法等軟化學方法。

鋰鎳氧化物(LiNiO2)是壹種巖鹽型結構化合物,具有良好的高溫穩定性。由於其自放電率低、對電解液要求低、不汙染環境、資源相對豐富、價格適宜,是壹種很有前途的正極材料,可替代鈷酸鋰。目前,LiNiO2 主要是通過 Ni(NO3)2、Ni(OH)2、NiCO3、NiOOH 和 LiOH、LiNO3 和 LiCO3 的固相反應合成的。LiNiO2 的合成比 LiCoO2 難,主要原因是 LiNiO2 的化學計量比在高溫條件下容易分解成 Li1-xNi1+xO2,多余的鎳離子處於 NiO2 平面之間的鋰層中、由於Ni3+比Co3+更難獲得,因此合成必須在氧氣氛中進行[2]。

鋰錳氧化物是傳統正極材料的改性劑,目前應用較多的是尖晶石型LixMn2O4,它具有三維隧道結構,更適合鋰離子脫嵌。錳的溶解、賈恩-泰勒效應和電解質的分解被認為是導致以 LixMn2O4 為正極材料的鋰離子電池容量損失的最主要原因。

3 固體聚合物電解質

以離子傳導電流的固體材料通常稱為固體電解質,包括晶體電解質、玻璃電解質和聚合物電解質三種類型,其中固體聚合物電解質(SPE)具有重量輕、易成膜、粘彈性好等優點,可用於電池、傳感器、電致變色顯示器和電容器。SPE 可用於鋰離子電池,消除液體電解質泄漏問題,取代電池中的隔離膜,抑制電極表面枝晶的生成,降低電解質與電極的反應活性,提高電池的比能量,並使電池耐壓、耐沖擊、生產成本低

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