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了解聚合物锂电池

在本专栏的上一篇文章中,笔者呼吁业界应该尽快研制聚合物锂电池(polymer lithium ion battery,简称为LIP),而不应该再研制和大规模推广液态锂电池(lithium ion battery,简称为LIB),其理由也做过交待。从已有的反馈看,为使业内相关人士对聚合物锂电池有一个正确的理解,笔者再对这种很可能在未来发挥重大作用的电池做一个较为深入的介绍。

    聚合物锂电池分三类,即:固体聚合物电解质锂离子电池、凝胶聚合物电解质锂离子电池和叠层型全固态聚合物锂离子电池。

    固体聚合物电解质锂离子电池没有液体或胶体电解质那样的有机溶媒,因此它非常稳定,也不易因过量充电、碰撞或其他损害,以及过量使用而造成危险情况。不过,在常温状态下它的离子导电率低,适于高温条件下使用。

    凝胶聚合物电解质锂离子电池的固体聚合物电解质中加入了增塑剂等添加剂,以提高离子导电率,使电池可在常温下使用。这种聚合物锂电池采用铝塑膜包封,其内部构造有别于液态锂电池,虽仍有安全隐患,但不会爆炸,只会鼓胀。

    叠层型全固态聚合物锂离子电池的正极涂有锰系化合物活性物质,以金属锂直接作为负极活性物质,并具有固态电解质。以金属锂直接作为负极活性材料,具有很多优点,首先是它有很高的可逆容量,其理论值高达3862mAh/g,是目前所用石墨负极活性材料的十多倍。而金属锂的价格又相当低,特别是在我国,且不说已在江西、青海、新疆已开发的锂矿,就具有世界首屈一指的资源储量,据日本媒体报道,近年在西藏“山南”地区已勘探出尚未开发的锂金属储量,足够20亿辆像2006年日本庆应大学推出的那种爱利卡(Eliica)牌高级豪华电动轿车(单车总功率达480kW,空车质量达2400kg)使用。

    过去,金属锂之所以未被作为负极活性材料,是由于金属锂在负极上会结晶形成树枝状的金属锂——“枝晶锂”。“枝晶锂”生长到一定程度便会刺破隔膜,造成电池内部短路,严重威胁人身安全。而现在采用固体电解质作为锂离子的传递通路,可有效抑制“枝晶锂”的生长,因而将金属锂直接作为负极活性材料,不仅可避免液态或胶态锂电池的漏液现象,而且可制成能量密度更高、体积更小的叠层型固体电解质聚合物锂离子电池。另据日本有关刊报道:未来两三年内,上述叠层型锂离子电池有可能取代液态锂离子电池市场一半的份额。叠层型全固态聚合物锂离子电池将是下一代各类电动汽车动力电池组不可或缺的蓄能元件。

    日本NEC Lamilion Energy公司开发的叠层型锂离子蓄电池吸收了日产汽车公司车载动力电池组技术,成为日产公司纯电动汽车的大容量锂离子动力电池。这种电池组总成现已通过日产汽车公司严格的可靠性试验,并提供给世界22个电动汽车制造商以试制各自的新一代纯电动汽车,得到普遍好评。来源:《中国汽车报》  
 
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