電池科普技術市場

聚合物鋰電池

根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池(lithiumionbattery,簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(polymerlithiumionbattery,簡稱為LIp)兩大類。聚合物鋰離子電池所用的正負極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同,鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì),而聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質(zhì)來代替,這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。聚合物鋰離子電池可分為三類：

（1）固體聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。電解質(zhì)為聚合物與鹽的混合物，這種電池在常溫下的離子電導率低，適于高溫使用。

（2）凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。即在固體聚合物電解質(zhì)中加入增塑劑等添加劑，從而提高離子電導率，使電池可在常溫下使用。

（3）聚合物正極材料的鋰離子電池。采用導電聚合物作為正極材料，其比能量是現(xiàn)有鋰離子電池的3倍，是最新一代的鋰離子電池。由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì),與液態(tài)鋰離子電池相比，聚合物鋰離子電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點，也不會產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50％以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比鋰離子電池有所提高。基于以上優(yōu)點，聚合物鋰離子電池被譽為下一代鋰離子電池。

聚合物鋰離子的發(fā)展趨勢展望

聚合物鋰離子電池在全球技術成熟并商業(yè)化已經(jīng)2年多時間了，雖然銷量在快速增長，但其市場份額尚低于10%，與液態(tài)鋰電90%的市場份額無法相比，大大低于人們的預期。由于各種原因，目前市場上聚合物的價格普遍要高于液態(tài)鋰電，但是，由于移動電器的競爭模式正在悄悄地發(fā)生變化，特別是聚合物電池給移動電器帶來的設計價值創(chuàng)新（如4mm厚度以下的優(yōu)越性能、大型規(guī)格電池），聚合物電池正被越來越多的手機、移動DVD等設計人員所認識，因而聚合物廠商還是信心十足，堅信聚合物的時代一定會到來。可以從手機的發(fā)展看聚合物鋰離子電池的發(fā)展趨勢。目前手機有以下幾個發(fā)展趨勢：

(1)手機本身向小型化、超薄化方向發(fā)展，以方便消費者的攜帶；

(2)手機設計的個性化，表現(xiàn)在設計理念已經(jīng)不再是原來方方正正的形狀，不規(guī)則形狀、曲線、弧面設計造型成為手機設計美學化的主流；

(3)使用彩屏、手機功能的不斷增加。為了使手機小型化，電池減小、減薄是一個最有效的途徑。4mm以下厚度電池有成為薄型手機配置的主流趨勢，從性價比來講，這是聚合物的特長。不規(guī)則形狀、曲線、弧面設計造型的手機給電池留下的有效空間變成了不規(guī)則形狀。液態(tài)的長方型不能有效利用空間，容量較低，而疊片式聚合物可以將這種不規(guī)則空間最有效地利用起來，使容量放大。最近推出的圓弧型電池、梯形電池、背包電池能使手機比使用相應規(guī)格的液態(tài)電池容量增加50%以上。手機功能越來越多，導致耗電越來越多。要求電池容量相應地增加。在不增加電池厚度的情況下，聚合電池是有明顯優(yōu)勢的。與此相似，筆記本電腦、藍牙耳機、小靈通手機、移動DVD等電器都在向移動、便攜化方向發(fā)展，都配上了液晶顯示，而且功能在不斷增多，液晶屏幕在不斷增大。這些都給聚合物鋰離子電池提供了無限的商機。

磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池是用來做鋰離子二次電池的，現(xiàn)在主要方向是動力電池，相對NI-H,Ni-Cd電池有很大優(yōu)勢。

磷酸鐵鋰動力電池八點優(yōu)勢:

一、超長壽命，長壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右，最高也就500次，目前報道的國產(chǎn)磷酸鐵鋰動力電池，循環(huán)壽命達到2000次以上，標準充電（5小時率）使用，可達到2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護維護又半年”，最多也就1—1.5年時間，而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用，將達到７－８年。綜合考慮，性能價格比將為鉛酸電池的4倍以上。

二、使用安全，磷酸鐵鋰完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題，鈷酸鋰和錳酸鋰在強烈的碰撞下會產(chǎn)生爆炸對消費者的生命安全構成威脅，而磷酸鐵鋰以經(jīng)過嚴格的安全測試即使在最惡劣的交通事故中也不會產(chǎn)生爆炸。

三、可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿，起動電流可達2C,而鉛酸電池現(xiàn)在無此性能。

四、耐高溫，磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃—500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。

五、大容量。六、無記憶效應。

七、體積小、重量輕。

八、綠色環(huán)保。

高效再生鋰電池

在20世紀90年代，再生電池的工作電極材料一般采用高比表面積的多孔氧化鈷。為了提高能量密度，科學工作者開始用納米結構代替多孔材料。90年代末期，復合納米結構做為鋰電池的工作電極在實驗室研究成功。通過使用二硫化鈦合金的復合納米材料做為鋰電池的工作電極，工作電極儲存和釋放鋰離子的效率大大提高，而且導電性也優(yōu)于普通電極材料，從而克服了普通鋰離子材料的導電率低的缺點。1998年，美國又研制了一種新型的多層納米超薄膜結構用于鋰離子電池的電極，能量密度達到1232毫安沸∈/克，使這種新型的鋰離子電池的能量密度大大高于現(xiàn)在使用的鋰離子電池的能量密度。因此采用納米復合材料生產(chǎn)鋰離子電池的電極材料已經(jīng)成為鋰離子電池發(fā)展的趨勢。

鋅-空氣電池

鋅-空氣電池（zinc-airbattery）以空氣中的氧氣作正極活性物質(zhì)，金屬鋅作負極活性物質(zhì)的電池。使用多孔活性碳電極作正極，鉑或其它材料作催化劑，鋅粉制成膏狀后，壓制成片狀或采用涂膏的方法制成極板作負極（圖1）。

鋅-空氣電池的開路電壓為1.4～1.5V，有扣式、圓柱形和方形等多種形狀。鋅-空氣電池既可制成一次電池，也可制成二次電池。二次電池一般采用更換鋅負極和電解液的方法進行機械式充電。

鋅-空氣電池比能量大，放電電壓平穩(wěn)，正極活性物質(zhì)空氣來源無限，電池價廉，但不能在密閉或缺氧的條件下使用。濕電池貯存性能較差，一般只適用于連續(xù)使用的器具。

堿性鋅-空氣電池表達式為：(－)Zn∣NaOH(KOH)∣O2(C)(＋)

電池反應為：Zn＋NaOH＋O2→Na2ZnO2＋H2O

鋅-空氣電池應用較廣，扣式鋅空氣電池已完全替代鋅-氧化汞電池用于助聽器等儀器，方形和圓柱形鋅空氣電池已廣泛用于各種信號燈。