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电池知识

可以从手机的发展看聚合物锂离子电池的发展趋势吗?

来源:宝鄂实业    2019-04-28 17:33    点击量:

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。 


    聚合物锂离子的发展趋势展望 


    聚合物锂离子电池在全球技术成熟并商业化已经2年多时间了,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,目前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,因而聚合物厂商还是信心十足,坚信聚合物的时代一定会到来。可以从手机的发展看聚合物锂离子电池的发展趋势。目前手机有以下几个发展趋势: 


   (1) 手机本身向小型化、超薄化方向发展,以方便消费者的携带;

 
   (2) 手机设计的个性化,表现在设计理念已经不再是原来方方正正的形状,不规则形状、曲线、弧面设计造型成为手机设计美学化的主流; 


   (3) 使用彩屏、手机功能的不断增加。为了使手机小型化,电池减小、减薄是一个最有效的途径。4mm以下厚度电池有成为薄型手机配置的主流趋势,从性价比来讲,这是聚合物的特长。不规则形状、曲线、弧面设计造型的手机给电池留下的有效空间变成了不规则形状。液态的长方型不能有效利用空间,容量较低,而叠片式聚合物可以将这种不规则空间最有效地利用起来,使容量放大。最近TCL金能公司推出的圆弧型电池、梯形电池、背包电池能使手机比使用相应规格的液态电池容量增加50%以上。手机功能越来越多,导致耗电越来越多。要求电池容量相应地增加。在不增加电池厚度的情况下,聚合电池是有明显优势的。与此相似,笔记本电脑、蓝牙耳机、小灵通手机、移动DVD等电器都在向移动、便携化方向发展,都配上了液晶显示,而且功能在不断增多,液晶屏幕在不断增大。这些都给聚合物锂离子电池提供了无限的商机。

锂电池是20世纪90年代开发成功的新型绿色二次电池,近十几年来发展迅猛,在小型二次电池市场中占据了最大的市场份额,已成为化学电源应用领域中最具竞争力的电池。相对于铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等二次电池,锂电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势。锂电池随着技术的不断进步已经在人们的生活中得到了广泛的应用,如便携式电子产品、新能源交通工具及储能等领域。

锂电池在便携式电子产品领域,如笔记本电脑、手机、数码相机和数码摄像机等产品中得到广泛应用,其中在笔记本电脑和手机中的使用量最大。2008年以来的金融危机对全球电子产品的消费带来了一定的影响。但是随着各国经济刺激政策逐步显效,笔记本电脑、手机等便携式电子产品的销售保持了良好的势头,2009年全球笔记本电脑的销售量仍较2008年增长了18.71%,呈现了快速增长的趋势,其中主要厂商的增长率将达到14.67%。

同时,随着3G、下一代互联网等新的信息技术的应用和普及,便携式电子产品的市场将维持长期繁荣的态势。例如,在中国市场上,2008年3G手机产销量增长快速,全年共销售6,637万部,同比增长90%。近期美国苹果电脑公司推出了新的便携式平板电脑产品iPAD,立即在全球信息电子业界掀起了新的热潮,平板电脑被视为下一个新的电子产品王者。诸如此类,3G手机、iPAD等产品功能多样化和待机需求也对锂电池的容量、安全性能和循环性能等方面提出了更高的要求,同时也给适用于高容量锂电池的正极材料创造了更大的增长空间。

锂电池更具备想象空间的应用在于电动汽车领域。全球性的石油资源紧缺与气候环境不断恶化使现代人类社会的发展面临着严峻挑战,发展节约能源与无废物排放的新能源汽车已受到各国政府的高度重视。全球主要汽车厂家未来电动汽车的产销量数据显示:在2009年之前锂电池电动汽车的份额较小,电动汽车主要采用镍氢电池作为动力源(600405);从2010年开始,汽车制造商开始大幅提高锂电池作为动力源的比例,2010-2013年为锂电池电动汽车的快速成长期,并于2013年达到226万辆,年均复合增长率为124.78%,2013-2018年将进入稳步发展阶段,2018年达到近600万辆,年均复合增长率为20.90%。

 

锂电池在能源储备领域也有重要应用,首先可以解决电网用电的峰谷调节难题。其次,清洁能源中如风能、太阳能、潮汐能等都是间断性的能源,锂电储能设备配合上述清洁能源的使用,在发电时储能,在间断期间释放能量,能有效地缓解我国能源紧缺的现状。

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