鋰聚合物電池(Polymer lithium battery)的特性

作者:Hightech   |   2019 / 01 / 30

文章來源:知識力   |   圖片來源:Hana


以高分子聚合物做為陰極材料

傳統的鋰離子電池所使用的陰極材料鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)成本較高,因此許多廠商開發導電型高分子聚合物取代這些陰極材料,常用的高分子聚合物包括:有機硫聚合物(Organosulfide Polymer)、聚苯胺(Polyanaline)與聚吡咯(Polypyrrole)等。

由於高分子聚合物無毒性、成本低、易於加工成形、能量密度高,目前開發的廠商包括:美國的 Bellcore、Valence、AEA、Ultralife 等公司;日本的松下(6752-JP)、東芝(Toshiba Corp., 6502-JP)、湯淺(6674-JP)、日本電池等公司。

以高分子聚合物做為電解液

傳統鋰離子電池所使用的電解液是含有鋰離子化合物的有機溶液,容易揮發燃燒,又有漏液的可能,因此有安全上的顧慮。科學家利用高分子聚合物取代鋰離子電池中的有機溶液,目前廣泛的應用在各種消費性電子產品上,常用的高分子聚合物有下列四種:

➤PEO 系列:PEO(Polyethylene Oxide)屬於「固態高分子」,是高分子聚合物的始祖,1978 年由 Armandl 提出,在常溫下的導電性很差,因此不適合在常溫下使用,工作溫度大約 60~120°C,所以不容易實用化。

➤Polyacrylate 系列:Polyacrylate 屬於「膠態高分子」,為了解決 PEO 系列固態高分子導電性太低的問題,1986 年由 Mead、Hope Industries 公司開發,在固態高分子中加入鹽類及塑化劑,形成膠態高分子。早期多為日本公司開發,目前大多已經放棄而改用 PVDF/HFP 的膠態高分子。

➤PVDF/HFP 系列:PVDF(Poly Vinylidene Fluoride)屬於「膠態高分子」,1994 年由 Bellcore 提出,在 PVDF 中再加入HFP(Hexafluoro Propylene),可以增加機械強度與安定性,而且也比較耐燃燒。其中 PVDF 為目前鋰離子電池所使用的助黏劑(Binder),可以減少正負電極之間的介面問題;而 HFP 的作用在於安定電解液,同時幫助保存電解液。

➤PAN 系列:PAN(Polyacrylonitrile)屬於「膠態高分子」,1975 年由 Feaullade 提出,在高分子中加入低揮發性高介電常數的溶劑形成複合高分子,目前較常使用的高分子材料以 PAN 與 PMMA(Polymethyl Methacrylate)為主。

聚合物鋰電池的特性

➤加工容易:聚合物鋰電池可以製作出厚度更薄的單位電池,也容易製作成任意的形狀,可以應用在各種不同形狀的產品上。

➤能量密度高:可以串聯或並聯來增加電壓或容量。

➤耐高溫:鋰離子電池的鋰離子化合物有機溶液會揮發,因此不耐高溫,而聚合物鋰電池的高分子電解液可以耐高溫達 100°C 以上。

➤低成本:聚合物鋰電池不需要昂貴的隔離膜,所以成本較低。

➤循環壽命長:聚合物鋰電池的充放電次數可以達到 1,200 次以上。

【請注意】上述內容經過適當簡化以適合大眾閱讀,與產業現狀可能會有差異,若您是這個領域的專家想要提供意見,請自行聯絡作者;若有產業與技術問題請參與社群討論。

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