聚合物锂离子电池和电解电容的原理

所谓“聚合物锂离子电池”，其实是锂离子电池各种子系列产品中的一种，实际上它的主要部件：正极、负极和电解质以及工作原理都和使用液体电解质的锂离子电池一样，只是隔膜和包装材料不同，因此，归根到底它实质上，就是一种锂离子电池！:
聚合物锂离子(Lithium ion polymer)电池，具有更高能量密度、小型化、薄型化、轻量化、高安全性、长循环寿命与低成本的新型电池。因此，在未来2～3年内，聚合物锂电池取代锂离子电池市场的份额将达50％。
第一 原理篇
锂离子电池目前有液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLIB)两类。其中，液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物LiCoO2，LiNiO2或LiMn2O4，负极采用锂—碳层间化合物LixC6，典型的电池体系为：
(-) C | LiPF6—EC+DEC | LiCoO2 (+)
正极反应：LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe- ----------- （2．1）
负极反应：6C+xLi++xe-=LixC6 ----------- （2．2）
电池总反应：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6 ----------- （2．3）
聚合物锂离子电池的原理与液态锂相同，主要区别是电解液与液态锂不同。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，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，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、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目前的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。
第二 特点与比较
一、聚合物锂离子电池的特点概述
根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithium ion battery, 简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery, 简称为LIP)两大类。聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解质的不同, 锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。
聚合物锂离子电池可分为三类：（1）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。（2）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。（3）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。
由于用固体电解质代替了液体电解质,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。
二、聚合物电池与液态锂电的比较
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（最薄0.8毫米）、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目前的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。加入凝胶电解质以后，锂离子聚合物电池和一般锂离子电池
又有什么不同呢？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。
优势：
超薄，电池能够组装进信用卡中
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。
质量轻：采用聚合物电解质的电池无需金属壳来作为保护外包装。
改进了安全：过充更稳定，电解液泄漏的几率更低。
局限：
和锂离子电池相比能量密度和循环次数都有下降。
制造昂贵。
没有标准外形，大多数电池为高容量消费市场而制造。
和锂离子电池相比，价格、能量比较高。