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鋰離子聚合物電池
閱讀�7595時間�2018-11-15 16:54:17

    鋰聚合物電池(英語:lithium polymer,縮寫:Li-Po�,又稱聚合物鋰電�、聚鋰電�,是一�鋰離子電�。鋰聚電池通常是由�(shù)個相同的平行子電池芯(secondary cells)來增加放電電流,或由數(shù)個電池包(pack)串�(lián)來增加可用電壓�
    鋰聚電池雖常常被簡稱為鋰電池或鋰離子電池,但從嚴格意義上講并不完全相同。鋰電池(Lithium battery)指�原電�,內(nèi)含純�(tài)的鋰金屬,為一次性使�、不可充�
    而鋰離子電池為鋰聚電池的前身,主要差異為電解�(zhì)使用液態(tài)有機溶液而非膠狀或固�(tài)的聚合物�

原理

    目前市面上有兩種已經(jīng)商業(yè)化的科技都統(tǒng)稱為鋰離子聚合物(其中“聚合物”代表“電解質(zhì)隔離聚合物�)�
    電池由以下部分組成:
    正極:LiCoO2二氧化鋰� � LiMn2O4四氧化鋰二錳
    隔膜:導電電解質(zhì)聚合� (例如:聚乙二�,PEO)
    負極: 鋰或鋰炭嵌入 (化學)化合�
    典型反應�(放電)
    負極�(Carbon-Lix) � C +xLi+xe
    隔膜� Li導電
    正極� Li1?xCoO2+xLi+xe� LiCoO2
    總反�: (�-xLi+xe) + Li1-xCoO2� LiCoO2+ �
    電解�(zhì)/隔膜聚合物可以是固體聚合�,例如聚乙二�(PEO)、加上六氟化鋰鉀(LiPF6)、或其他可導電的鹽類加上二氧化硅或其他能增強機械性質(zhì)的填充材�(這樣的方式尚未商�(yè)�)。在安全性的要求下,一般電池都使用碳嵌入鋰的方式作為電池負�,除了例� Avestor (� Batscap 合并之后)的某些制造商使用金屬�(tài)的鋰當負�(稱為鋰金屬聚合物電池)�
    這兩種商�(yè)化的電池都是將膠狀溶劑和鹽類如碳酸乙烯�(EC)/碳酸二甲�(DMC)/碳酸二乙�(DEC)涂在聚偏氟乙�(PVdF)聚合�。不同之處在于(Bellcore/Telcordia的技�(shù))使用鋰錳酸�(LiMn2O4)當正�;而傳�(tǒng)方式則是使用鈷鋰氧化�(LiCoO2)�
    雖然商業(yè)上尚未普�,但有其他不同的鋰聚電池也在正極使用聚合物。例如:Moltech 正在�(fā)展的,以導電塑膠及碳-硫化合物制成的正極。不過到2005年為�,這種技�(shù)似乎有自放的問題同時生產(chǎn)成本也過高�
    其他的方法包含使用含硫有機化合物和導電聚合物作為正極,例如聚苯胺。這種方式能做出很好高放電能力,包含低�(nèi)阻和高放電容�,但存在循環(huán)次數(shù)不足及成本過高問題�

應用

    鋰聚最有競爭力的特色是,鋰聚電池幾乎可以說是能被做成各種形狀。這樣的特色使他在追求輕薄短小的手機制造業(yè)中占有一席之��
    氣槍玩家也逐漸�(zhuǎn)換成鋰聚電池,因為鋰聚不但能自由塑形,還能提供更高的出彈速率�
    遙控模型
    因為其低重量、高放電、和低廉的價�,使鋰聚電池在遙控飛機、遙控車和大型火車模型的�(lǐng)域中廣泛地受到歡�。低電壓切斷(LVC,low voltage cutoff)使每一顆電池芯在負載的情況下都保持�3.2V以上(一般來�)。在2013年初,鋰聚電池已�(jīng)被廣泛的應用,一般普遍較低放電能力的電池(45C連續(xù)放電�90C瞬間放電)已經(jīng)非常普遍,而的甚至已經(jīng)能再�250個充放循�(huán)下達�5~15C的充電能�,及65C的連續(xù)放電,和130C的瞬間放電能��
    隨身電子�(chǎn)�
    鋰聚電池同樣在PDA、筆記型電腦和手機領(lǐng)域中占有重要定位,微型GPS追蹤裝置也靠鋰離子電池提供數(shù)天到�(shù)周的充電周期。鋰聚同樣也被用在小型便攜式媒體播放�、平板電腦及電動的無線控制器。鋰聚電池也在電子香煙界受到歡迎。凡是需要小體積、高能量密度、低價考量的狀況下都是鋰聚電池的應用場��
    電動�
    這種電池同樣也推動了次世代的電動車。目前電動車的價格遠高于一般汽油車,但隨著�(chǎn)量及科技的發(fā)�,鋰聚電池的價格也會跟著下降�(xiàn)代汽車在他們的油電混合車上使用這種電池。在2010年十�26�,純鋰聚�(qū)動的Audi A2�(chuàng)下在一次充電中行駛600公里的紀�。從2011年開始,超過百萬瓦的鋰聚電池已經(jīng)�(xié)助創(chuàng)下多次直線加速賽的世界紀��

使用

    充電
    鋰聚電池的充電要很小�?;镜母拍钍牵紫认纫远娏鞒涞矫總€電池芯都是 4.2 V。然后充電器必須切換成定電壓模式,隨著充電電流的減少,充電器必須使電池芯維持� 4.2 V,直到電流小到某個初始充電電流的比例時停止充電。有些制造商把規(guī)格定在初始電流的 2%-3%,雖然其他的�(shù)值也是可以的,不過對電池容量的差異很小�
    平衡充電則代表充電器會監(jiān)控每個電池芯,并使每個電池芯都充到相同的電壓�
    對鋰電池不建議使用涓流充電法。大部分的制造商都把電池芯的最小電壓定�4.23V �3.0V ,任何一個電池芯超出這個范圍都可能會影響整體電池的能力�
    大部分好的鋰聚充電器,也使用在時間到�(通常�90分鐘)自動停止充電的充電計時器作為安全裝置�
    高達15C(也就是充電電流為15倍的電池容量,大�4分鐘的充�)充電率的鋰聚電池�2013年初的時�,由新種的奈米線鋰聚電池達成。不過這仍然是特例,一般建議的1C充電率仍然是遙控模型玩家的標準。不管最電池能承受多少的充電電流,很重要的是,低一點的充電率能延長航模電池的使用壽命�
    放電
    同樣�,高�70C的連續(xù)放電(電流�70倍的電池容量)�140C的瞬間放電也�2013年中實現(xiàn) (見上方“遙控模型”段�)。這兩種放電的 “C�(shù)� 標準都預期會隨著奈米鋰聚電池技�(shù)成熟而增�。使用者也同樣會繼�(xù)增進他們的使用,緊逼這些高性能鋰聚電池的極�� [2]
    限制
    所有的鋰離子電池都具有很高的電量狀�(tài)(SOC),可能導致層分離、壽命減低和效能降低的問�。在硬式電池�,硬殼能防止極層分離,但是軟包裝的鋰聚電池包本身沒有這樣的壓力。為了維持表�(xiàn),電池本身需要外殼來保持原來的形狀�
    鋰聚電池過熱可能導致膨脹或起��
    在負載放電時,當任何電池�(串聯(lián)情況�)低于3.0伏特時都應該立即停止負載供電,不然將導致電池沒辦法回到完全充電的狀�(tài)?;蛟斐扇蘸笤谪撦d供電時會大幅的壓�(�(nèi)阻升�)。這個問題可以透過與電池串連的芯片來防止電池過充與過放�
    與鋰離子電池比起�,鋰聚電池的充放循環(huán)壽命比較不那么具競爭��
    為了防止爆炸與起�,充電時鋰聚電池需使用專為鋰聚�(shè)計的充電器�
    若直接把電池短路或短時間�(nèi)通過極大電流也可能導致爆�。特別是在有大電量需求的遙控模型玩家都會謹慎注意連接點和絕緣。電池遭到穿孔時也可能起��
    充電時要采用專門的充電器來使每顆子電池芯平均的充�。這也導致成本的增加�
    延長多芯電池使用壽命
    在電池包有兩種不匹配的方式:比較常見的電量狀�(tài)(SOC,電池容量的百分�)的不匹配以及容量/能量(C/E)的不匹配。這兩者皆會使電池包的容量 (mA·h)被最弱的電池芯限制住。在電池串聯(lián)或并�(lián)的情況下,前級類比端(AFE)能消除電池間的不匹配,大幅增進電池效率和整體容量。電池不匹配的可能性隨著電池芯的數(shù)量及負載電流的增加而上��
    當電池包中的池芯符合以下兩個條件時,我們稱為平衡的電池�
    如果所有的電池芯都有同樣的容量,當他們具有同樣的相對電量狀�(tài)(SOC)�,稱謂平衡。開回路電壓(OCV)在這種種況下是很好� SOC 指標。如果把一個不平衡的電池包里面所有的電池�,都分別充電到完全充電狀�(tài)(此時即為平衡),則接下來的充放循環(huán)也隨之回復正常而不需要額外的�(diào)整�
    如果電池芯之間有不同的容量時,我�?nèi)匀话阉须姵匦揪哂邢嗤?SOC 的狀�(tài)稱為平衡。由� SOC 是相對的量測�(該池芯的剩余放電百分�),每個電池芯剩余的容量則是不同的,電池芯在充放循�(huán)中為了使不同容量的電池芯之間保持相同� SOC,平衡器要提供串�(lián)的不同電池芯間不同的電流�

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