聚合物锂离子电池的生产与应用现状

聚合物锂离子电池的生产与应用现状

一、聚合物锂离子电池的特点概述
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。

二、聚合物电池与液态锂电的比较
由于各个厂商生产工艺的不同，目前市场上的聚合物锂电分为卷绕式（索尼、东芝为代表）、叠片式（TCL、ATL为代表）两种不同结构，但适应于手机需求的规格大都在4mm厚度以下。与液态比较，由于聚合物外包装采用了更薄的铝膜，比钢壳、铝壳更薄，而且生产方式与液态锂电不同，聚合物越薄越好生产，理论上可以生产出0.5mm以下厚度的电池。
液态锂电正好相反，越厚越好生产，低于4mm厚度的电池很难生产，即使生产出来了，容量明显不如聚合物锂电，成本也没优势。因而，电池越薄，聚合物生产成本越低、液态生产成本越高。
但较厚的规格上（如目前市场上手机用锂电池主流型号053048\053448\063048\063450以及相近规格的电芯），液态锂电供应链成熟，工艺成熟，生产效率高，成品率高，有很强的制造成本优势。从目前市场来看，5mm、6mm厚度系列的液态锂电池虽然比3mm、4mm厚度系列电池容量高很多，但售价要低很多。聚合物从理论上来讲，在5mm、6mm厚度规格上的材料成本与液态接近，但目前5mm、6mm系列电池的工艺成本要比液态高出很多，因而，要在此规格上与液态真正形成竞争，还有不少距离。

三、聚合物锂离子电池的产业化现状
已产业化生产的聚合物锂离子电池是指已聚合物作为电解质代替液态电解质的锂离子电池。目前已有日本、韩国、美国、加拿大、中国等的多家公司能够批量生产。锂离子电池在1992 年开始就投入商业应用,而聚合物锂离子电池直到1999 年才开始投入商业应用，然而，自1999年由SONY公司商业化生产以来，该聚合物锂离子电池的发展速度一直强于液态锂离子电池，2002年聚合物锂离子电池已经占到了全部锂离子电池7％的市场份额。预计到2005年聚合物锂离子电池在整个锂离子电池产业中将占9.3％左右的市场份额，到2010年则可提高到30％左右。表1和图1反映了全球聚合物锂离子电池的产量、年增长率及在整个锂离子电池产业中所占的市场份额及其发展趋势。在聚合物锂离子电池市场，几乎被日本所垄断，表2是日本各公司生产与应用现状。

表1．全球聚合物锂离子电池产量、增长率及市场份额
年份 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
产量(颗) 500万 1500万 2300万 5800万 9000万 1.2亿 1.6亿
增长率(%) - 200 53.3 152 55.2 33.3 33.3
市场份额(%) 1.22 2.75 4.01 6.98 7.83 8.45 9.3
图1．全球聚合物锂离子电池产量

表2.日本聚合物锂电池的生产与应用现状
厂家名称 松下电池 索尼公司 日立麦克赛尔 汤浅公司 三洋电机 GS
生产时间 99年1月 99年1月 99年9月 2000年初 2000年中
应用 NTT手机 欧洲的手机 夏普的笔记本电脑 神户制钢与NTT的音响设备 三洋生产的CDMA 手机及笔记本电脑
销售时间 99年4月 99年10月 99年7月
电池尺寸(厚x宽x长) 3.6X35X62 3.8x35x62 3.0x89x116 1.5x51x75 3.2x35x56.5 3.8x35x65
电池重量（g） 15 16 559 11
容量（mAh） 500 540 1500 175 450 500
标称电压（V） 3.7 3.7 23.6 2.7 3.7 3.7
生产能力(只/月) 30万 120万 30万 30万 40万 50万

四、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。