液態(tài)鋰離子電池與聚合物鋰離子電池性能對比

影響鋰離子電池的性能的因素主要包括材料和制造工藝兩個方面，其中材料又包括正負(fù)極活性物質(zhì)、正負(fù)極隔離層等。本文主要從以下幾個方面對其進(jìn)行對比。

一、正負(fù)極活性物質(zhì)

目前二次鋰離子電池廣泛使用的負(fù)極材料主要包括石墨化負(fù)極材料和嵌鋰人造碳（包括高分子化合物MCMB、碳纖維和焦碳等）兩大類。前者主要應(yīng)用于液態(tài)鋰離子電池，后者則多用于追求高容量體積比的鋁殼電池，在聚合物鋰離子電池也有較廣泛的應(yīng)用。前者顆粒大，碳層間距小，后者則顆粒較小，碳層艱巨大。由于電池電極中顆粒之間大多為點接觸，因此小顆粒碳負(fù)極電阻比大顆粒碳負(fù)極的大，同時顆粒過大，在大電流充放電過程膨脹收縮過大也會影響鋰離子電池的安全性能。因此我公司采用的負(fù)極為大小顆粒按照一定比例配比形成的混合態(tài)，達(dá)到了擴大顆粒之間接觸面積、降低電極阻抗、增加電極容量、減少析鋰的目的。

二、正負(fù)極隔離層

目前各個公司液態(tài)鋰離子電池使用的是鋰鹽溶解于兩至四種有機溶劑的混合溶液而形成的電解液，其在常溫下為液態(tài)，電導(dǎo)率一般為10-2S／cm數(shù)量級。而聚合物鋰離子電池包括固體聚合物電解質(zhì)和凝膠聚合物兩種，前者可以將電解質(zhì)做得非常薄，因此作成的電池可以是任意形狀而且不會存在液態(tài)鋰離子電池很有可能存在的漏液情況，并且固態(tài)的電解質(zhì)可以避免充放電過程中鋰枝晶的形成，有阻于提高電池循環(huán)壽命和安全性能但是，固態(tài)電解質(zhì)在45℃時電導(dǎo)率僅為10-5S／cm左右，而在20℃下電導(dǎo)率則為10-8S／cm左右，因此此類電池僅限于高溫小電流情況下的使用使用（80℃下0.15C放電效率接近100%），實際上目前并使用固體聚合物電解質(zhì)的商品化電池存在。而凝膠態(tài)電解質(zhì)則是在固體聚合物電解質(zhì)中加入過量的有機溶劑作為增塑劑，使原來的固體聚合物電解質(zhì)變成凝膠狀而形成。這種電解質(zhì)的電導(dǎo)率比原來提高了2個數(shù)量級達(dá)到常溫下10-5S／cm，最好的可以達(dá)到10-3S／cm，接近液態(tài)鋰離子電解質(zhì)的電導(dǎo)率，因而使其應(yīng)用于規(guī)模化生產(chǎn)成為可能，但是此中電解質(zhì)有可能發(fā)生冗余有機溶劑以分子態(tài)溢出的情況，在高低溫的情況下則更為明顯，一旦冗余有機溶劑溢出過多，則電解質(zhì)會重新變成固體聚合物電解質(zhì),因此此類聚合物電池也象液態(tài)鋰離子電池一樣須注意漏液問題，同時即使對外不漏液在高低溫循環(huán)時也容易發(fā)生有機溶劑從凝膠態(tài)電解質(zhì)滲出而使電解質(zhì)破壞的問題。

三、制造工藝

由于鋰離子聚合物電池的本身特性，在實際制作時幾乎全部使用疊層結(jié)構(gòu)，疊層結(jié)構(gòu)有利于降低電池內(nèi)阻，提高電池大電流放電能力，但由于制造工藝和應(yīng)用條件限制，本身不可能制成很大而薄的電池，在作為鋰離子動力實際使用時，由于單層容量小，往往使疊層層數(shù)達(dá)到50層以上，如果不能實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，由于單層重量輕，在制作過程中對單層分檔相當(dāng)困難，過多的疊層數(shù)量使得單體電池內(nèi)單層電芯并聯(lián)的一致性較差，也使得成品電池的充放電效率不一致，降低了成品電池配對的綜合性能。而目前液態(tài)鋰離子電池在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上主要采用少數(shù)幾個卷繞式電芯并聯(lián)，并聯(lián)數(shù)量少，單個卷芯重量大，配對較為容易，只要能實現(xiàn)真正量產(chǎn)，電池內(nèi)部卷芯的一致性可以達(dá)到99.99%以上，只要采用適當(dāng)?shù)姆诌x工藝，制成的成品電芯配對時可以保證較高的綜合可靠性能。

四、安全性能

鋰離子電池由于高電壓的要求，電解質(zhì)中采用了在非水劑的有機溶劑（EC、pC、DEC、EMC、DMC等），此類有機溶劑在高溫狀態(tài)下可能引起著火燃燒的情況，一旦電池處于內(nèi)部短路、外部短路、過充電、熱箱等環(huán)境時電池內(nèi)壓熱過大、內(nèi)熱過高，達(dá)到有機溶劑的著火點，就會引燃有機溶劑，使電池瀉放，嚴(yán)重的會引起著火燃燒和爆炸的現(xiàn)象，因此對于鋰離子電池來說有效的散熱和危險時的自就成為制約安全性能的重要因素，

1、散熱

液態(tài)鋰離子電池由于內(nèi)部使用了較多高比熱的銅箔、鋁箔，只要使用較好的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，瞬間熱量可以較快的擴散開，不至于產(chǎn)生安全性問題，而聚合物鋰離子電池由于內(nèi)部一般正負(fù)極基質(zhì)采用了較少的銅網(wǎng)、鋁網(wǎng)，散熱能力較差，使得散熱成為比較重要的問題。

2、自保護功能

液態(tài)鋰離子電池的自保護功能主要體現(xiàn)在隔膜的自封閉性能和電池內(nèi)部安裝保險的方面，目前較為廣泛使用的液態(tài)鋰離子電池隔膜為pC-pE-pC三層復(fù)合膜，當(dāng)電池內(nèi)外發(fā)生短路或有過大電流通過電池時，產(chǎn)生的高溫（125℃）使內(nèi)層pE膜即可實現(xiàn)自封閉，整個正負(fù)極隔離層導(dǎo)電率小于超過10-3S／cm，從而避免進(jìn)一步升溫產(chǎn)生危險，內(nèi)部保險則包括可恢復(fù)式過流保險和不可恢復(fù)式過熱保險，過流保險在大電流通過時自身內(nèi)阻迅速增大，減小通過電流，從而實現(xiàn)保護電池的目的，過熱保險則主要在電池遇到過充、內(nèi)部短路等情況下，切斷外部電流，隔離動力電池內(nèi)部各個卷芯使危險源降低至最小，從而保證電池不至于產(chǎn)生危險。而聚合物鋰離子電池由于本身特點，凝膠式電解質(zhì)在過熱時會散發(fā)出冗余有機溶劑，進(jìn)一步增加內(nèi)壓，加劇危險的產(chǎn)生.。同時由于結(jié)構(gòu)的原因一般不在內(nèi)部安裝各種保險。

五、綜合比較

綜合性能比較見下表

液態(tài)鋰離子動力電池和聚合物鋰離子動力電池比較

液態(tài)鋰離子動力電池聚合物鋰離子動力電池

體積比容量5Ah/74cm35Ah/42cm3

重量比容量5Ah/100g5Ah/79g

常溫循環(huán)壽命500次，70%800次，70%

-25℃存放一周后循環(huán)壽命300次，55%150次，54%

+75℃存放一周后循環(huán)壽命300次，60%120次，57%

內(nèi)阻（5Ah電池）17-23mΩ17-27mΩ

月自放電1.2%0.9%

-25℃放電93%86%

-40℃放電64%47%

+55℃放電98%91%

振動（UL標(biāo)準(zhǔn)臺，4h）內(nèi)阻電壓無變化內(nèi)阻電壓無變化

擠壓（至短路）冒煙冒煙

短路（20mΩ外部短路）瀉放、無冒煙起火爆炸

落下（1.8m，10次）內(nèi)阻電壓無變化電壓無變化、內(nèi)阻增大2mΩ

過充（1C，6V）瀉放、無冒煙起火冒煙

針刺（刺穿電池）無冒煙起火無冒煙起火

熱箱（150℃，30min）瀉放冒煙、著火

注：由于本人熟悉液態(tài)鋰離子動力電池各種工藝技術(shù)而對聚合物鋰離子電池制造工藝不是很熟悉，故以上內(nèi)容中關(guān)于液態(tài)鋰離子電池主要為個人意見，有關(guān)聚合物鋰離子電池部分則參考較多資料。