深入探析锂聚合物电池的性能和优化方案

锂离子电池具有很多优点，但它并非完美无缺。高的能量密度和低的自放电率使它相对其他电池占有一定优势，但它依然面临一些影响其使用寿命和安全性的困惑。

首先影响锂离子电池声誉的是其安全性问题。相对于铅酸蓄电池、镍氢电池等具备较强的抗过充、过放电的能力，锂离子电池在充、放电时容易出现险情。锂离子电池的充电截止电压必须限制在4.2 V左右，如果过充，锂离子电池将会过热、漏气甚至发生猛烈的爆炸。另一方面，锂离子电池具有严格的放电底限电压，通常为2.5 V，如果低于此电压继续放电，将严重影响电池的容量，甚至对电池造成不可恢复的损坏。因此，在使用锂离子电池组时必须配备专门的过充电、过放电保护电路。

图2-6　锂聚合物电池

其次影响锂离子电池声誉的是价格。锂离子电池的价格较高，并且需要配备保护电路，因此相同能量的锂离子电池其价格是免维护铅酸蓄电池的10倍以上。为了解决这些问题，出现了锂聚合物电池（Li-Polymer，见图2-6），其本质同样是锂离子电池，而所谓锂聚合物电池（也就是聚合物锂离子电池）是其在电解质、电极板等主要构造中至少有一项或一项以上使用了高分子材料。

1.锂聚合物电池的特点

相对于锂离子电池，锂聚合物电池的特点如下：

（1）相对改善了电池漏液问题，但改善不太彻底；

（2）可制成薄型电池，以3.6 V、250 mAh的容量而言，电池厚度可薄至0.5 mm；

（3）电池可设计成多种形状；

（4）可制成单颗高电压电池，液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压，而高分子电池由于本身无液体，可在单颗内做成多层组合来达到高电压；(www.xing528.com)

（5）理论上放电量高出同样大小的锂离子电池约10%。

在锂聚合物电池中，电解质起着隔膜和电解液的双重功能：一方面它可以像隔膜一样隔离开正负极材料，使电池内部不发生自放电及短路现象；另一方面它又像电解液一样在正负极之间传导锂离子[157]。聚合物电解质不仅具有良好的导电性，而且还具备高分子材料所特有的质量轻、弹性好、易成膜等特性，也顺应了化学电源质量轻、体积小、安全、高效、环保的发展趋势。

2.锂聚合物电池的安全问题

所有的锂离子电池（包括聚合物锂离子电池、磷酸铁锂电池），无论是以前的，还是当前的，都非常害怕出现内部短路、外部短路、过充这些现象。因为锂的化学性质非常活跃，很容易燃烧，当电池放电或充电时，电池内部会持续升温，活化过程中所产生的气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度，如外壳有伤痕，即会破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸[158]。

技术人员为了缓解或消除锂离子电池的危险，加入了能抑制锂元素活跃的成分（比如钴、锰、铁等），但这些并不能从本质上消除锂离子电池的危险性[159]。

普通锂离子电池在过充、短路等情况发生时，电池内部可能出现升温、正极材料分解、负极和电解液材料被氧化等现象，进而导致气体膨胀和电池内压加大，当压力达到一定程度后就可能出现爆炸[160]。而锂聚合物电池因为采用了胶态电解质，不会因为液体沸腾而产生大量气体，从而杜绝了剧烈爆炸的可能。

目前国内出产的锂聚合物电池多数是软包电池，采用铝塑膜做外壳，但电解液并没有改变。这种电池同样可以薄型化，其低温放电特性较好，而材料能量密度则与液态锂电池、普通聚合物电池基本一致。由于使用了铝塑膜，比普通液态锂电池更轻。在安全方面，当液体刚沸腾时软包电池的铝塑膜会自然鼓包或破裂，同样不会爆炸。

须注意的是，新型电池依然可能燃烧或膨胀裂开，安全方面也并非万无一失。所以大家在使用各种锂离子电池时候，一定要高度警惕，注意安全。

3.锂聚合物电池的构造

锂聚合物电池的结构比较特殊，由五层薄膜组成。第一层用金属箔作集电极，第二层为负极，第三层是固体电解质，第四层用铝箔作正极，第五层为绝缘层，五层叠起来的总厚度为0.1 mm[161]。为防止电池瞬间输出大电流时而引起过热，锂聚合物电池有一个严格的热管理系统，控制电池的正常工作温度。锂聚合物电池主要优点是消除了液体电解质，可以避免在电池出现故障时，电解质溢出而造成的污染。