聚合物电池（化学性质的电池）

聚合物电池

化学性质的电池

锂聚合物电池（Li-polymer，又称高分子锂电池）：它也是锂离子电池的一种，但是与液锂电池(Li-ion)相比具有能量密度高、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。它的标称电压与Li-ion一样也是3.6或3.7V,没有记忆效应。与液态锂离子电池相比，聚合物锂离子电池不但安全性高，同时还具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，外壳也使用了更轻的铝塑复合薄膜。不过，其低温放电性能可能还有提升的空间。

概述

一般的电池的三要素：正极、负极与电解质。所谓的锂聚合物电池是指在三要素中至少有一个或一个以上采用高分子材料的电池系统。在锂聚合物电池系统中，高分子材料大多数被用在了正极和电解质上。正极材料使用的是导电高分子聚合物或一般锂离子电池所使用的无机化合物，负极常应用锂金属或锂碳层间化合物，电解质是采用固态或者胶态高分子电解质，或者有机电解液。由于锂聚合物中没有多余的电解液，因此它更可靠更稳定。

与液态锂离子电池相比，聚合物锂离子电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的比容量；聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高50%以上。此外,聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比锂离子电池有所提高。基于以上优点，聚合物锂离子电池被誉为下一代锂离子电池。

分类

聚合物锂离子电池可分为三类：

固体聚合物电解质锂离子电池

电解质为聚合物与盐的混合物，这种电池在常温下的离子电导率低，适于高温使用。

凝胶聚合物电解质锂离子电池

即在固体聚合物电解质中加入增塑剂等添加剂，从而提高离子电导率，使电池可在常温下使用。

聚合物正极材料的锂离子电池

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3倍，是最新一代的锂离子电池。

特点

1、.用固体电解质代替了液体电解质,

2、用锂离子负极材料取代了碳负极材料

3、质量轻：.外壳用铝塑复合膜取代了钢壳铝壳

4、超薄，电池能够组装进信用卡中

5、外形灵活：制造商不用局限于标准外形，能够经济地做成合适的大小。 

6、改进了安全：过充更稳定，电解液泄漏的几率更低。

生产工艺

极板切割的工艺区流程

极板到厂后，是很大的，长约900m宽1米，进场后根据需要生产的电池的种类需要，切割成不同的宽度，小面积聚合物电池极板的宽度一般在5cm左右，大面积需要的宽度最大的有25cm，切割好的极板卷成卷后可以送到后工程了。

卷曲工艺

卷曲车间的press是卷曲的后工程，把卷曲的良品取出，放入P/G中按一定的数目排列，用压块压上，压四个小时左右即可press完成后，按不同的lot组别进行对后工程parking的投入。 

parking的生产过程

Parking，故名意思是对电池的包装，首先是对电池J/R的质量检测，也算是对卷曲工作的检查，这个部分在投入工位进行，在投入工位排在第一位的是一台x-ray机，用于检查电池的阴阳极偏绕，阴极与sep的偏绕，同时还能检查电池J/R的内部以及外部正列，以防止出现不良。第二位的是一台vision机用于检查电池的外观数据，vision机是一种类似于照相机的机器，用摄像头将电池软卷的外形拍摄下来传入电脑中，由电脑分析电池的各项外部数据，如阴阳极tab突出tab位置等重要的电池质量标准。当这些标准和项目数据都合格的时候，就可以真正的进行投入缓解了，投入后，开始第一道加工工序，安装can，组合物电池的can是聚合物制作的，和手机电池不同。而且聚合物电池会经过两次包装。包装工位有四个用于存放包装can的spool 从两面盖上电池然后切割，压好，这样，基本的包装就完成了，包装后的“电池”送入第二工位，即，注入电解液，注入电解液后进行密封，密封后送入输出工位，由工人手动将生产线上的“电池”取出，检查电池外观合格后，可放入托盘上，进入下一环节。

化成工艺

化成车间是聚合物生产的最后一个工程，也是出厂前工程，其主要由P/G,D/F;以及质检三个部分组成。每个部分都有不同的作用。

1、P/G工程P/G工程是对电池进行进一步加工，由parking工程生产出来的电池比较蓬松，极板之间不都紧密，P/G工程则是负责对parking的电池进行进一步的挤压的，将原本不是很紧密的电池片进行高强度的挤压，使电池变得紧密，P/G工程的另一个工作是将原来parking工程制作出来的电池中多余的电池外壳（can）切除。

2、D/F工程D/F工程是对电池进行喷码的工程，经过D/F工程后，会用激光喷码对电池进行标记，标记内容包括生产日期，生产组别，生产线，lot号，电池的种类型号等等，经过D/F工程之后，基本上就是真正的成品电池了。

化成质检

化成的质检分为两个部分：一是电池外观的检查，这方面还是与之前的外观检查一样需要检查外壳是否平整（聚合物电池的外壳非常的软之前就有说过）；检查电池的tab；检查电池是否漏液等等。二是电池电量的检查，化成会抽取样本对电池进行充放电的实验。质检合格之后就是包装了，按一定的数量进行包装后的电池可以直接出厂了。

与其他锂电的比较

液态锂电

由于各个厂商生产工艺的不同，目前市场上的聚合物锂电分为卷绕式（索尼、东芝为代表）、叠片式（TCL、ATL为代表）两种不同结构，但适应于手机需求的规格大都在4mm厚度以下。与液态比较，由于聚合物外包装采用了更薄的铝膜，比钢壳、铝壳更薄，而且生产方式与液态锂电不同，聚合物越薄越好生产，理论上可以生产出0.5mm以下厚度的电池。

液态锂电正好相反，越厚越好生产，低于4mm厚度的电池很难生产，即使生产出来了，容量明显不如聚合物锂电，成本也没优势。因而，电池越薄，聚合物生产成本越低、液态生产成本越高。

但较厚的规格上，液态锂电供应链成熟，工艺成熟，生产效率高，成品率高，有很强的制造成本优势。从目前市场来看，5mm、6mm厚度系列的液态锂电池虽然比3mm、4mm厚度系列电池容量高很多，但售价要低很多。聚合物从理论上来讲，在5mm、6mm厚度规格上的材料成本与液态接近，但目前5mm、6mm系列电池的工艺成本要比液态高出很多，因而，要在此规格上与液态真正形成竞争，还有不少距离。

一般的电池主要的构造包括有正极、负极与电解质三项要素。所谓的聚合物锂离子电池是说在这三种主要构造中至少有一项或一项以上使用高分子材料做为主要的电池系统。而在目前所开发的聚合物锂离子电池系统中，高分子材料主要是被应用于正极及电解质。正极材料包括导电高分子聚合物或一般锂离子电池所采用的无机化合物，电解质则可以使用固态或胶态高分子电解质，或是有机电解液，负极则通常采用锂金属或锂碳层间化合物。一般锂离子技术使用液体或胶体电解液，因此需要坚固的二次包装来容纳可燃的活性成分，这就增加了重量和成本，另外也限制了尺寸的灵活性。而聚合物锂离子工艺中没有多余的电解液，因此它更稳定，也不易因电池的过量充电、针刺、碰撞或其他损害、以及过量使用而造成危险情况。

新一代的聚合物锂离子电池在形状上可做到薄形化（ATL电池最薄可达0.5毫米，相于一张卡片的厚度）、任意面积化和任意形状化，大大提高了电池造型设计的灵活性，从而可以配合产品需求，做成任何形状与容量的电池，为应用设备开发商在电源解决方案上提供了高度的设计灵活性和适应性，以最大化地优化其产品性能。同时，聚合物锂离子电池的单位能量比一般锂离子电池提高了50%，其容量、充放电特性、安全性、工作温度范围、循环寿命（超过500次）与环保性能等方面都较锂离子电池有大幅度的提高。

聚合物锂离子电池

聚合物锂离子电池和平常电池的差别在电解质上。在20世纪70年代最初的设计中，采用了固态聚合物电解质。这类电解质类似于塑料薄膜，不能导通电子但是可以让离子交换（能够充电的原子或者原子团）。聚合物电解质取代了传统的浸透电解液的多孔隔膜。干态聚合物电解质的设计允许组装简化，提高电池机械强度，安全，并且能够制造成为超薄的几何外形。单个电池的厚度可以薄到1mm。设备设计师能够根据他们的想象力来自由设计电池的形状和大小。不幸的是，固态聚合物锂离子电池受制于其较差的导电性。内阻太高而无法提供当前通信设备所需要的高脉冲电流，无法驱动笔记本电脑的硬盘。加热电池到60摄氏度，电导率迅速提高，但是这样的要求不适合在便携设备上应用。

作为一种折中方式，引入了一些凝胶电解质。目前市场上销售的大部分手机聚合物锂离子电池都是包含了凝胶电解质的混和型电池。用锂离子聚合物来修正这一系统，使之成为目前唯一用于便携设备的聚合物电源。

一般锂离子电池

虽然这两种电池在性能表现上非常相似，但是锂离子聚合物作为唯一固态电解质替代了多孔隔膜。凝胶电解质只是增加了离子电导。聚合物锂离子电池并没有像一些分析家预测的那样流行。它的优越性和低制造成本还没有被认识到。因为其容量并没有得到提高，实际上，容量比标准锂离子电池还有轻微减少。聚合物锂离子电池的市场在超薄几何形状电源的应用上，例如信用卡电源等类似的应用。

市场情况

聚合物锂离子电池在全球技术成熟并商业化，虽然销量在快速增长，但其市场份额尚低于10%，与液态锂电90%的市场份额无法相比，大大低于人们的预期。由于各种原因，市场上聚合物的价格普遍要高于液态锂电，但是，由于移动电器的竞争模式正在悄悄地发生变化，特别是聚合物电池给移动电器带来的设计价值创新（如4mm厚度以下的优越性能、大型规格电池），聚合物电池正被越来越多的手机、移动DVD等设计人员所认识，

可以从手机的发展看聚合物锂离子电池的发展趋势。特别近两年来移动电源的发展得到了市场普遍认可。随着智能手机的普及耗电量不断增加，移动电源的出现将会彻底改变聚合物锂离子电池的劣势，新一代的移动电源以明能移动电源为代表采用高端聚合物锂离子电池。

锂离子聚合物电池的优点

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：高分子电池最大可弯曲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

参考资料

1.锂聚合物电池的定义、特点及分类·池能电子科技有限公司

2.聚合物电池·科技工作者之家