聚合物電池的結(jié)構(gòu)、特點、性能及工作安全性
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聚合物電池的結(jié)構(gòu)、特點、性能及工作安全性
聚合物電池的結(jié)構(gòu)
圖示出一種積層型鋰聚合物電池的結(jié)構(gòu)。這是將正極（LiCoO2）/凝膠型聚合物電解質(zhì)/碳和石墨系電池組分鋸齒型彎曲或疊加成平板、用鋁積層包封的電池結(jié)構(gòu)。
人們正在研究用Ni系或Mn系材料作為正極活性物的聚合物電池，但還達不到實用化水平。負極活性物是具有平坦放電電壓曲線的石墨系和具有平穩(wěn)放電斜率的硬碳系材料?，F(xiàn)在問世的鋰聚合物電池只有兩種規(guī)格：厚度為1.5mm、容量為175mAh和攜帶電話用的厚度為3.6mm、容量為500mAh的電池。
1973年，P?V.Right發(fā)現(xiàn)了離子在高分子材料中傳導(dǎo)的現(xiàn)象。1978年，M.B.Armand等人提出在電池和電子器件中可以應(yīng)用固體電解質(zhì)，此后，聚合物電池的開發(fā)和研究日漸活躍起來。
聚合物電解質(zhì)大體上分為3類，即干聚合物、在干聚合物中添加有機溶劑的凝膠體聚合物和在以PVDF為代表的多孔矩陣材料中添加有機溶劑的多孔型聚合物電解質(zhì)。表1示出這3種聚合物電解質(zhì)的性能。最初的干聚合物的離子傳導(dǎo)性為10－7s/cm，經(jīng)過改良后，室溫下的傳導(dǎo)性達到10－4s/cm。但是，這還難以適用于常溫工作的電子器件。在干聚合物中添加可塑劑的凝膠型聚合物電解質(zhì)，傳導(dǎo)性提高到10－3s/cm，向?qū)嵱没~進了一大步。
有些廠家使用的聚合物電解質(zhì)是含有可塑劑的聚乙烯氧化物和聚丙烯氧化物隨機重合制成的凝膠聚合物電解質(zhì)。
鋰聚合物電池的性能
圖4示出采用恒流恒壓充電的0.2CmA和0.5CmA充電量的充電特性。為了保持電池的基本性能，將充電電壓的上限設(shè)定為4.1V。圖5示出從0.2CmA到1CmA放電速率的放電特性。圖6示出從60℃－10℃的放電特性，對比25℃下的情況，－10℃下的容量達到85％。為了保持電池的基本性能，放電電壓的下限設(shè)定為2?7V。圖7示出電池的循環(huán)試驗性能。在20℃和60℃下放置28天的電池照片1日本YUASA公司生產(chǎn)的鋰聚合物電池性能評價結(jié)果示于圖8。在20℃下，電池容量保持率約為95％，與鋰離子電池的性能大體相同。
圖4鋰聚合物電池的充電特性
圖5鋰聚合物電池的放電特性
圖6鋰聚合物電池的放電溫度特性
圖7PF500174（3?6V、200mAh）鋰聚合物
電池的壽命（循環(huán)充放電）特性
圖8鋰聚合物電池的容量保持率
圖9NPS－24V80電池的放電特性
圖10各種鋰電池的能量密度
鋰聚合物電池的安全性
使用安全性是一切二次電池的重要性能。不能安全使用的電池，無論其性能怎樣好，都不會為人們所歡迎。表2示出沒有保護電路的鋰離子電池（方型）與鋰聚合物電池的安全性比較?？梢钥闯?，與液體電池比較，鋰聚合物電池更安全。
表2鋰聚合物電池與方型鋰離子電池的安全性比較
（均用無保護電路的裸電池）
評價項目 | 鋰聚合物電池 | 鋰離子電池 | ||
釘刺試驗 | 不破裂不著火不漏液（溫升不到 | ○ | 破裂冒白煙漏液（溫度升到 | × |
熱板加熱（ | 不破裂不著火不漏液 | ○ | 破裂著火漏液 | × |
外部短路 | 不破裂不著火不漏液（溫升不到 | ○ | 不破裂不著火漏液（溫升 | △ |
過充電 | 不破裂不著火不漏液（溫升不到 | ○ | 破裂漏液（溫升 | × |
表3示出鋰聚合物電池的各種安全試驗結(jié)果。電池的尺寸為74mm×54mm×2.2mm，容量為400mAh。在沒有保護電路的電池中，即使進行1CmA的6小時強制性放電和充電，也沒有發(fā)現(xiàn)電池破裂或著火。完全充電后的電池在60℃下放置2天后，用直徑為3mm的釘子刺孔，在溫度達到10℃左右時沒有出現(xiàn)破裂和著火。在沖擊試驗中，雖然將電池分成二段，仍然沒有破裂和著火。由此可見，這種鋰聚合物電池比液態(tài)電解質(zhì)電池的安全性更好。為了維持電池的基本性能，給這種電池設(shè)定了防止過充電電壓和過放電電壓。照片1是日本YUASA公司生產(chǎn)的鋰聚合物電池的外貌。表4示出這種電池的性能規(guī)范。
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