鋰聚合物電池和鋰離子電池

手機製造商對鋰電池的應用情況

雖然近幾年來幾乎所有廠家都已經傾向於採用鋰離子電池，但世界各大手機製造商對電池的選擇還是有自己的特點和習慣，例如曾經在相同的一段歷史時期裏：

諾基亞：採用Ni-MH（鎳氫）電池、LiB（液體鋰離子）電池，未採用LiP（聚合物鋰離子）電池。
愛立信：採用Ni-MH電池、LiB電池、LiP電池。

摩托羅拉：採用Ni-MH電池、LiB電池，未採用LiP電池。

不難發現，從爲手機最早選用LiP聚合物鋰離子電池這件事情上，愛立信體現出自己手機技術先驅的本色。根據我查找到的資料表明，目前聚合物鋰離子電池主要製造廠爲日本SONY、松下、GS等幾家公司,2000年的生產量達到2100萬隻，其中50％爲愛立信手機配套。進入2002年的今天，鋰離子電池在其它手機廠商的手機上也已廣泛的應用與普及。但在聚合物鋰離子電池的使用上，還遠沒有達到在所有手機廠家的產品中得到普及的程度，廣泛應用還有待時日。

另一方面，雖然鋰離子電池優點多多，但也有缺陷，如價格高和充放電次數少等等。鋰電池的充放電次數只有400－600次，經過特殊改進的產品也不過 800 多次。而鎳氫電池的充電次數能夠達到700次以上，某些質量好的產品充放電可達1200次，這樣一比較，鎳氫電池要比鋰電池長壽。此外鎳氫電池的價格也要比鋰電池低很多。而且嚴格說來，鋰電池同樣會有記憶效應，只是它的記憶效應非常低，基本上可以忽略不計。

由此看來，目前還沒有十全十美電池。



鋰離子電池的使用

這部分是本文的重點，我們分三點來談。

1、如何爲新電池充電

在使用鋰電池中應注意的是，電池放置一段時間後則進入休眠狀態，此時容量低於正常值，使用時間亦隨之縮短。但鋰電池很容易激活，只要經過3—5次正常的充放電循環就可激活電池，恢復正常容量。由於鋰電池本身的特性，決定了它幾乎沒有記憶效應。因此用戶手機中的新鋰電池在激活過程中，是不需要特別的方法和設備的。不僅理論上是如此，從我自己的實踐來看，從一開始就採用標準方法充電這種“自然激活”方式是最好的。

對於鋰電池的“激活”問題，衆多的說法是：充電時間一定要超過12小時，反覆做三次，以便激活電池。這種“前三次充電要充12小時以上”的說法，明顯是從鎳電池（如鎳鎘和鎳氫）延續下來的說法。所以這種說法，可以說一開始就是誤傳。鋰電池和鎳電池的充放電特性有非常大的區別，而且可以非常明確的告訴大家，我所查閱過的所有嚴肅的正式技術資料都強調過充和過放電會對鋰電池、特別是液體鋰離子電池造成巨大的傷害。因而充電最好按照標準時間和標準方法充電，特別是不要進行超過12個小時的超長充電。通常，手機說明書上介紹的充電方法，就是適合該手機的標準充電方法。

此外，鋰電池的手機或充電器在電池充滿後都會自動停充，並不存在鎳電充電器所謂的持續10幾小時的“涓流”充電。也就是說，如果你的鋰電池在充滿後，放在充電器上也是白充。而我們誰都無法保證電池的充放電保護電路的特性永不變化和質量的萬無一失，所以你的電池將長期處在危險的邊緣徘徊。這也是我們反對長充電的另一個理由。

此外在對某些手機上，充電超過一定的時間後，如果不去取下充電器，這時系統不僅不停止充電，還將開始放電-充電循環。也許這種做法的廠商自有其目的，但顯然對電池和手機/充電器的壽命而言是不利的。同時，長充電需要很長的時間，往往需要在夜間進行，而以我國電網的情況看，許多地方夜間的電壓都比較高，而且波動較大。前面已經說過，鋰電池是很嬌貴的，它比鎳電在充放電方面耐波動的能力差得多，於是這又帶來附加的危險。

此外，不可忽視的另外一個方面就是鋰電池同樣也不適合過放電，過放電對鋰電池同樣也很不利。這就引出下面的問題。

2、正常使用中應該何時開始充電

在我們的論壇上，經常可以見到這種說法，因爲充放電的次數是有限的，所以應該將手機電池的電儘可能用光再充電。但是我找到一個關於鋰離子電池充放電循環的實驗表，關於循環壽命的數據列出如下：
循環壽命 (10%DOD):>1000次
循環壽命 (100%DOD):>200次

其中DOD是放電深度的英文縮寫。從表中可見，可充電次數和放電深度有關，10%DOD時的循環壽命要比100%DOD的要長很多。當然如果摺合到實際充電的相對總容量：10%*1000=100，100%*200=200，後者的完全充放電還是要比較好一些，但前面網友的那個說法要做一些修正：在正常情況下，你應該有保留地按照電池剩餘電量用完再充的原則充電，但假如你的電池在你預計第2天不可能堅持整個白天的時候，就應該及時開始充電，當然你如果願意揹着充電器到辦公室又當別論。

而你需要充電以應付預計即將到來的會導致通訊繁忙的重要事件的時候，即使在電池尚有很多餘電時，那麼你也只管提前充電，因爲你並沒有真正損失“1”次充電循環壽命，也就是“0.x”次而已，而且往往這個x會很小。

電池剩餘電量用完再充的原則並不是要你走向極端。和長充電一樣流傳甚廣的一個說法，就是“儘量把手機電池的電量用完，最好用到自動關機”。這種做法其實只是鎳電池上的做法，目的是避免記憶效應發生，不幸的是它也在鋰電池上流傳之今。曾經有人因爲手機電池電量過低的警告出現後，仍然不充電繼續使用一直用到自動關機的例子。結果這個例子中的手機在後來的充電及開機中均無反應，不得不送客服檢修。這其實就是由於電池因過度放電而導致電壓過低，以至於不具備正常的充電和開機條件造成的。

3、對鋰電池手機的正確做法

歸結起來，我對鋰電池手機在使用中的充放電問題最重要的提示是：

1、按照標準的時間和程序充電，即使是前三次也要如此進行；
2、當出現手機電量過低提示時，應該儘量及時開始充電；
3、鋰電池的激活並不需要特別的方法，在手機正常使用中鋰電池會自然激活。如果你執意要用流傳的“前三次12小時長充電激活”方法，實際上也不會有效果。

因此，所有追求12小時超長充電和把鋰電池手機用到自動關機的做法，都是錯誤的。如果你以前是按照錯誤的說法做的，請你及時改正，也許爲時還不晚。

當然，在手機及充電器自身保護和控制電路質量良好的情況下，對鋰電池的保護還是有相當保證的。所以對充電規則的理解纔是重點，在某些情況下也是可以做出某種讓步的。比如你發現手機在你夜晚睡覺前必須充電的話，你也可以在睡前開始充電。問題的關鍵在於，你應該知道正確的做法是什麼，並且不要刻意按照錯誤的說法去做。

現在講一下鋰聚合物電池：

現在就講講聚合物鋰離子電池。

在講之前，先糾正大家容易產生的一個大大的誤區！！！

許多人叫得比較順口，“鋰聚合物電池”“固態鋰離子電池”:donno其實真正規範的法定學名，應該叫成“聚合物鋰離子電池”。:o

更大更大的誤區，是大家以爲鎳鎘、鎳氫、鋰離子、聚合物鋰離子電池是四種不同的種類的電池，其實非常非常的不然，鋰離子電池和聚合物鋰離子電池之間的關係在這裏應該得到澄清一下。

所謂“聚合物鋰離子電池”，其實是鋰離子電池各種子系列產品中的一種，實際上它的主要部件：正極、負極和電解質以及工作原理都和使用液體電解質的鋰離子電池一樣，只是隔膜和包裝材料不同，因此，歸根到底它實質上，就是一種鋰離子電池！:

聚合物鋰離子(Lithium ion polymer)電池，具有更高能量密度、小型化、薄型化、輕量化、高安全性、長循環壽命與低成本的新型電池。因此，在未來2～3年內，聚合物鋰電池取代鋰離子電池市場的份額將達50％。

第一 原理篇

鋰離子電池目前有液態鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLIB)兩類。其中，液態鋰離子電池是指Li+嵌入化合物爲正、負極的二次電池。正極採用鋰化合物LiCoO2，LiNiO2或LiMn2O4，負極採用鋰—碳層間化合物LixC6，典型的電池體系爲：

(-) C | LiPF6—EC+DEC | LiCoO2 (+)
正極反應：LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe- ----------- （2．1）
負極反應：6C+xLi++xe-=LixC6 ----------- （2．2）
電池總反應：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6 ----------- （2．3）

聚合物鋰離子電池的原理與液態鋰相同，主要區別是電解液與液態鋰不同。電池主要的構造包括有正極、負極與電解質三項要素。所謂的聚合物鋰離子電池是說在這三種主要構造中至少有一項或一項以上使用高分子材料做爲主要的電池系統。而在目前所開發的聚合物鋰離子電池系統中，高分子材料主要是被應用於正極及電解質。正極材料包括導電高分子聚合物或一般鋰離子電池所採用的無機化合物，電解質則可以使用固態或膠態高分子電解質，或是有機電解液，一般鋰離子技術使用液體或膠體電解液，因此需要堅固的二次包裝來容納可燃的活性成分，這就增加了重量，另外也限制了尺寸的靈活性。而聚合物鋰離子工藝中沒有多餘的電解液，因此它更穩定，也不易因電池的過量充電、碰撞或其他損害、以及過量使用而造成危險情況。

新一代的聚合物鋰離子電池在形狀上可做到薄形化（ATL 電池最薄可達0.5毫米,相於一張卡片的厚度）、任意麪積化和任意形狀化，大大提高了電池造型設計的靈活性，從而可以配合產品需求，做成任何形狀與容量的電池，爲應用設備開發商在電源解決方案上提供了高度的設計靈活性和適應性，以最大化地優化其產品性能。同時，聚合物鋰離子電池的單位能量比目前的一般鋰離子電池提高了50%，其容量、充放電特性、安全性、工作溫度範圍、循環壽命（超過500 次）與環保性能等方面都較鋰離子電池有大幅度的提高。

第二 特點與比較

一、聚合物鋰離子電池的特點概述

根據鋰離子電池所用電解質材料不同，鋰離子電池可以分爲液態鋰離子電池(lithium ion battery, 簡稱爲LIB)和聚合物鋰離子電池 (polymer lithium ion battery, 簡稱爲LIP)兩大類。聚合物鋰離子電池所用的正負極材料與液態鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。它們的主要區別在於電解質的不同, 鋰離子電池使用的是液體電解質, 而聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質來代替, 這種聚合物可以是“幹態”的,也可以是“膠態”的,目前大部分採用聚合物膠體電解質。

聚合物鋰離子電池可分爲三類：（1）固體聚合物電解質鋰離子電池。電解質爲聚合物與鹽的混合物，這種電池在常溫下的離子電導率低，適於高溫使用。（2）凝膠聚合物電解質鋰離子電池。即在固體聚合物電解質中加入增塑劑等添加劑，從而提高離子電導率，使電池可在常溫下使用。（3）聚合物正極材料的鋰離子電池。採用導電聚合物作爲正極材料，其比能量是現有鋰離子電池的3 倍，是最新一代的鋰離子電池。

由於用固體電解質代替了液體電解質,與液態鋰離子電池相比，聚合物鋰離子電池具有可薄形化、任意麪積化與任意形狀化等優點，也不會產生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑複合薄膜製造電池外殼，從而可以提高整個電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以採用高分子作正極材料，其質量比能量將會比目前的液態鋰離子電池提高50％以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環壽命等方面都比鋰離子電池有所提高。基於以上優點，聚合物鋰離子電池被譽爲下一代鋰離子電池。

二、聚合物電池與液態鋰電的比較

由於各個廠商生產工藝的不同，目前市場上的聚合物鋰電分爲卷繞式（索尼、東芝爲代表）、疊片式（TCL、ATL爲代表）兩種不同結構，但適應於手機需求的規格大都在 4mm厚度以下。與液態比較，由於聚合物外包裝採用了更薄的鋁膜，比鋼殼、鋁殼更薄，而且生產方式與液態鋰電不同，聚合物越薄越好生產，理論上可以生產出 0.5mm以下厚度的電池。

液態鋰電正好相反，越厚越好生產，低於4mm厚度的電池很難生產，即使生產出來了，容量明顯不如聚合物鋰電，成本也沒優勢。因而，電池越薄，聚合物生產成本越低、液態生產成本越高。

但較厚的規格上，液態鋰電供應鏈成熟，工藝成熟，生產效率高，成品率高，有很強的製造成本優勢。從目前市場來看，5mm、6mm厚度系列的液態鋰電池雖然比 3mm、4mm厚度系列電池容量高很多，但售價要低很多。聚合物從理論上來講，在5mm、6mm厚度規格上的材料成本與液態接近，但目前 5mm、6mm 系列電池的工藝成本要比液態高出很多，因而，要在此規格上與液態真正形成競爭，還有不少距離。

一般的電池主要的構造包括有正極、負極與電解質三項要素。所謂的聚合物鋰離子電池是說在這三種主要構造中至少有一項或一項以上使用高分子材料做爲主要的電池系統。而在目前所開發的聚合物鋰離子電池系統中，高分子材料主要是被應用於正極及電解質。正極材料包括導電高分子聚合物或一般鋰離子電池所採用的無機化合物，電解質則可以使用固態或膠態高分子電解質，或是有機電解液，負極則通常採用鋰金屬或鋰碳層間化合物。一般鋰離子技術使用液體或膠體電解液，因此需要堅固的二次包裝來容納可燃的活性成分，這就增加了重量和成本，另外也限制了尺寸的靈活性。而聚合物鋰離子工藝中沒有多餘的電解液，因此它更穩定，也不易因電池的過量充電、針刺、碰撞或其他損害、以及過量使用而造成危險情況。

新一代的聚合物鋰離子電池在形狀上可做到薄形化（最薄0.8毫米）、任意麪積化和任意形狀化，大大提高了電池造型設計的靈活性，從而可以配合產品需求，做成任何形狀與容量的電池，爲應用設備開發商在電源解決方案上提供了高度的設計靈活性和適應性，以最大化地優化其產品性能。同時，聚合物鋰離子電池的單位能量比目前的一般鋰離子電池提高了50%，其容量、充放電特性、安全性、工作溫度範圍、循環壽命（超過 500 次）與環保性能等方面都較鋰離子電池有大幅度的提高。
聚合物鋰離子電池

聚合物鋰離子電池和平常電池的差別在電解質上。在20世紀70年代最初的設計中，採用了固態聚合物電解質。這類電解質類似於塑料薄膜，不能導通電子但是可以讓離子交換（能夠充電的原子或者原子團）。聚合物電解質取代了傳統的浸透電解液的多孔隔膜。幹態聚合物電解質的設計允許組裝簡化，提高電池機械強度，安全，並且能夠製造成爲超薄的幾何外形。單個電池的厚度可以薄到1mm。設備設計師能夠根據他們的想象力來自由設計電池的形狀和大小。不幸的是，固態聚合物鋰離子電池受制於其較差的導電性。內阻太高而無法提供當前通信設備所需要的高脈衝電流，無法驅動筆記本電腦的硬盤。加熱電池到60攝氏度，電導率迅速提高，但是這樣的要求不適合在便攜設備上應用。

作爲一種折中方式，引入了一些凝膠電解質。目前市場上銷售的大部分手機聚合物鋰離子電池都是包含了凝膠電解質的混和型電池。用鋰離子聚合物來修正這一系統，使之成爲目前唯一用於便攜設備的聚合物電源。加入凝膠電解質以後，鋰離子聚合物電池和一般鋰離子電池
又有什麼不同呢？雖然這兩種電池在性能表現上非常相似，但是鋰離子聚合物作爲唯一固態電解質替代了多孔隔膜。凝膠電解質只是增加了離子電導。聚合物鋰離子電池並沒有像一些分析家預測的那樣流行。它的優越性和低製造成本還沒有被認識到。因爲其容量並沒有得到提高，實際上，容量比標準鋰離子電池還有輕微減少。聚合物鋰離子電池的市場在超薄幾何形狀電源的應用上，例如信用卡電源等類似的應用。

優勢：
超薄，電池能夠組裝進信用卡中
外形靈活：製造商不用侷限於標準外形，能夠經濟地做成合適的大小。
質量輕：採用聚合物電解質的電池無需金屬殼來作爲保護外包裝。
改進了安全：過充更穩定，電解液泄漏的機率更低。

侷限：
和鋰離子電池相比能量密度和循環次數都有下降。
製造昂貴。
沒有標準外形，大多數電池爲高容量消費市場而製造。
和鋰離子電池相比，價格、能量比較高。