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高分子鋰二次電池的現在和未來

2/14/2005来源:通信电源人气:9190

高分子鋰二次電池的現在和未來
    科技日新月異,大哥大、筆記型電腦等各種資訊電子 產品已經成為我們生活中不可或缺的一部份。在新一代資訊電子產品的設計上目前均朝向「輕、 薄、短、小」的趨勢發展,因此電源的供應是一個急待解決的問題。所以小型二次電池的功能與特 性已經成為決定新一代無線通信與筆記型電腦等可攜帶式電子產品市場競爭優勢的關鍵因素了。

    目前市面上所使用的二次電池主要有鎳氫(Ni-MH)與鋰離子(Li-ion) 兩種,而且隨著可攜代式電子產品的應用越來越廣、市場需求越來越多,這些電池的需求量也隨之 增加。以鋰離子二次電池為例,在1997年全球市場的銷售總額已經達到500億新台幣,而且仍不斷 的在快速成長中。

    眼見於市場的廣大,各大電池公司為了在這個市場領域中取得領先的 地位,更是致力於開發具有更高能量密度、可小型與薄型化、輕量化、高安全性與低成本的次世代 新型二次電池系統。在許許多多的新型電池中,高分子鋰二次(Li-polymer)電池因為具有以上所 提的各項優點,更是各家廠商極力研發的目標。

    一般的電池主要的構造包括有正極、負極與隔離紙等三項要素。所謂 的高分子鋰二次電池是說在這三種主要構造中至有有一項或一項以上使用高分子材料做為主要的電 池系統。而在目前所開發的高分子鋰二次電池系統中,高分子材料主要是被應用於正極及電解值。 正極的材料包括有導電性高分子、有機硫磺系化合物,或一般鋰離子二次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。

    若拿高分子鋰二次電池跟現在市面上的鋰離子二次點池來做比較的 話,可以發現高分子鋰二次電池不論在形狀、充放電、信賴性與環境問題等都還有相當大的發展空 間。在形狀方面,高分子鋰二次電池具有可薄形化、可任意面積化與可任意形狀化等多項優點,因 此可以配合產品需求,做成任何形狀與容量的電池。在充放電特性方面,高分子鋰二次電池因為可 以採用高分子正極材料與鋰金屬負極,其重量能量密度將會較目前的鋰電子二次電池提高50%以 上。而在信賴特性方面,則因為高分子鋰二次電池的電解質採用高分子材料,不會產生漏液與燃燒 爆炸等安全上的顧慮。

    由於高分子鋰二次電池具有許許多多的優點,目前許多廠商都已推出 商品化的高分子鋰二次電池,包括有日本的日立Maxell、Yuasa、Toshiba、美國的Ultralife、 Moltech與加拿大的Electrofuel等多家公司,而所強調的重點都是在於其超薄的特性。一般而 言,高分子鋰二次電池的厚度約為2~4mm,而目前的鋰離子二次電池的最小厚度則是6mm,可至少 降低50%左右的厚度,因此可提供廠商在設計產品時相當大的彈性空間。

    有關高分子鋰二次電池的未來技術展望,日本的日立Maxell工司的 植谷慶雄先生曾於1998年8月舉行的第8回Fine PRocess Technology會議中提出以下 幾點建議:

1.電池的大型與厚型化
高分子鋰二次電池可利用曲折,堆疊或者捲繞等方法將電池的容量提高。目前高分子鋰二次電池可 以達到的最小厚度大約為0.5mm,以A5尺寸(150x200)為例,厚度若增加到4mm,則電池容量可達 到2.5~3Ah的實用水準。因為高分子鋰二次電池的體積小,電池的長度和寬度也可以隨需要而變 化,因此工程師可以隨著產品實際可提供的空間大小來設計電池,並得到所要求的電源特性。

2.Biploar電池
電池可以利用電極並排的方式來增加電池的工作電壓,但對目前市面上的液態電解液電池來說,因 為會造成短路的問題所以是完全不可能的。但是對於高分子鋰二次電池來說,因為它是固態的電解 質系統,所以可以使用這種方式來降低電池的體積和容器成本。如果能利用這種技術和前面所提的 大型化、厚型化互相配合