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发信人: ahpen (3点51分), 信区: material
标  题: 高分子锂二次电池的现在和未来
发信站: 听涛站 (2001年09月22日00:06:46 星期六), 站内信件

                     高分子锂二次电池的现在和未来

科技日新月异，大哥大、笔记型计算机等各种信息电子产品已经成为我们生活中不可或
缺的一部份。在新一代信息电子产品的设计上目前均朝向「轻、薄、短、小」的趋势发
展，因此电源的供应是一个急待解决的问题。所以小型二次电池的功能与特性已经成为
决定新一代无线通信与笔记型计算机等可携带式电子产品市场竞争优势的关键因素了。

目前市面上所使用的二次电池主要有镍氢(Ni-MH)与锂离子(Li-ion)两种，而且随着可携
代式电子产品的应用越来越广、市场需求越来越多，这些电池的需求量也随之增加。以
锂离子二次电池为例，在1997年全球市场的销售总额已经达到500亿新台币，而且仍不断
的在快速成长中。
眼见于市场的广大，各大电池公司为了在这个市场领域中取得领先的地位，更是致力于
开发具有更高能量密度、可小型与薄型化、轻量化、高安全性与低成本的次世代新型二
次电池系统。在许许多多的新型电池中，高分子锂二次(Li-polymer)电池因为具有以上
所提的各项优点，更是各家厂商极力研发的目标。
日本关西电子和日本电池两公司将联合开发车用锂高分子充电池。两家公司将花费2年的
时间确保其安全性及提高输出功率。现有的锂离子充电池由于电解液较多，可燃性高，
在安全方面难以保证。而锂高分子充电池使用多孔性高分子材料作为电解质，减少了电
解液，不易泄露，因而能够确保其安全性。该电池的重量能量密度要达到130Wh/kg，体
积能量密度为300Wh/l，输出功率密度为400W/kg。现有的Ni氢充电池的重量密度为60Wh
/kg～65Wh/kg、锂离子充电池为90Wh/kg～100Wh/kg，本次开发的锂高分子电池的重量密
度比两者都高。据称，2000年批量生产时的目标成本暂定为100日元/Wh以下。
韩国KoKam公司看好高分子锂电池应用于便携产品的无限商机，想借助台湾在全球笔记本
电脑和移动电话制造业的地位及其拥有的对高分子锂电池的需求，利用台湾厂商的批量
生产能力打入高分子锂电池这一市场，打破日本长期以来对该市场的垄断。KoKam公司在
2000年3月正式投入生产，初期的生产能力为50万个/月。公司计划在今年10月争取实现
70万个/月的生产能力，并在年底最终实现200万个/月。目前，KoKam公司已经开始进行
必要的认证工作和产品的试销，成品样品也已经送给台湾的移动电话和笔记本电脑制造
厂商进行试用。
过去全球的电池市场一直由日本控制，台湾虽然有300 家电池包装厂，但没有能力自行
生产高分子锂电池的电池芯。目前高分子锂电池的关键技术，掌握在美国的Bellcore 研
究中心手中，Kokam则以Bellcore的理论为基础，开发新的分子结构，并取得设计和技术
的独家专利同时也完成了商品化的批量生产的准备。高分子锂电池基于安全性、轻薄等
特性，符合便携、移动产品的要求，因此，在未来2～3年内，高分子锂电池取代锂离子
电池市场的份额将达50％
一般的电池主要的构造包括有正极、负极与隔离纸等三项要素。所谓的高分子锂二次电
池是说在这三种主要构造中至有有一项或一项以上使用高分子材料做为主要的电池系统
。而在目前所开发的高分子锂二次电池系统中，高分子材料主要是被应用于正极及电解
值。正极的材料包括有导电性高分子、有机硫磺系化合物，或一般锂离子二次电池所采
用的无机化合物。电解质则可以使用固态或胶态高分子电解质，或是有机电解液；负极
则通常采用锂金属或锂碳层间化合物。
若拿高分子锂二次电池跟现在市面上的锂离子二次点池来做比较的话，可以发现高分子
锂二次电池不论在形状、充放电、信赖性与环境问题等都还有相当大的发展空间。在形
状方面，高分子锂二次电池具有可薄形化、可任意面积化与可任意形状化等多项优点，
因此可以配合产品需求，做成任何形状与容量的电池。在充放电特性方面，高分子锂二
次电池因为可以采用高分子正极材料与锂金属负极，其重量能量密度将会较目前的锂电
子二次电池提高50%以上。而在信赖特性方面，则因为高分子锂二次电池的电解质采用高
分子材料，不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的顾虑。
由于高分子锂二次电池具有许许多多的优点，目前许多厂商都已推出商品化的高分子锂
二次电池，包括有日本的日立Maxell、Yuasa、Toshiba、美国的Ultralife、Moltech与
加拿大的Electrofuel等多家公司，而所强调的重点都是在于其超薄的特性。一般而言，
高分子锂二次电池的厚度约为2~4mm，而目前的锂离子二次电池的最小厚度则是6mm，可
至少降低50%左右的厚度，因此可提供厂商在设计产品时相当大的弹性空间。
有关高分子锂二次电池的未来技术展望，日本的日立Maxell公司司的植谷庆雄先生曾于
1998年8月举行的第8回Fine Process Technology会议中提出以下几点建议：
1.电池的大型与厚型化
高分子锂二次电池可利用曲折,堆栈或者卷绕等方法将电池的容量提高。目前高分子锂二
次电池可以达到的最小厚度大约为0.5mm，以A5尺寸(150x200)为例，厚度若增加到4mm，
则电池容量可达到2.5~3Ah的实用水准。因为高分子锂二次电池的体积小，电池的长度和
宽度也可以随需要而变化，因此工程师可以随着产品实际可提供的空间大小来设计电池
，并得到所要求的电源特性。
2.Biploar电池
电池可以利用电极并排的方式来增加电池的工作电压，但对目前市面上的液态电解液电
池来说，因为会造成短路的问题所以是完全不可能的。但是对于高分子锂二次电池来说
，因为它是固态的电解质系统，所以可以使用这种方式来降低电池的体积和容器成本。
如果能利用这种技术和前面所提的大型化、厚型化互相配合，则将可以制造出各种不同
电压、容量与形状的电池。
3.保护线路的简略化
目前市面上所贩售的锂离子二次电池在过度充电的情形下，容易造成安全阀破裂因而起
火的情形，所以必需加装保护IC线路以确保电池不会发生过度充电的情形。而高分子锂
二次电池则因具有良好的耐充放电特性，因此可以不必外加保护IC线路， 如此一来可以
降低电池的制造成本。此外在充电方面，高分子锂二次电池可以利用IC定电流充电，整
个充电时间大约只需要1小时，与锂离子二次电池所采用的CCCV(Constant Currert-Con
stant Voltage)充电方式所需的三小时比较起来，可以缩短许多的等待时间。
4. 能量密度提高的可能性
以上三点所提到是目前各公司现有的高分子锂二次电池已开发完成的特性，而未来高分
子锂二次电池的研发重点则会摆在提高其能量密度。目前实验中的技术包括使用锂金属
作为负极和使用有机硫磺系列化合物做为正极。
(1).使用锂金属做为负极
锂金属的容量密度可以达到3830mah/g，较锂碳曾化合物高出许多。因此若能利用锂金属
当负极来制造电池，则电池的理论容量可以达到620Wh/kg，较锂离子二次电池系统高出
近50%左右。但在实际使用上，锂金属于液态电解液充放电过程中，会在锂金属表面上产
生树枝状结晶(Dendrite)，因而造成充放电效率降低，甚至会穿破隔离纸而造成电池短
路引起燃烧的严重问题。因此如何利用搭配固态或胶态高分子电解质，或者利用其它方
法来解决这项技术问题，将是高分子锂二次电池在研发过程中的一大挑战。
(2).使用有机硫磺系化合物作为正极
硫化系化合物具有高能量密度特性，但目前在使用上仍有工作电压低、作动电压倾斜、
低温作动不良、循环寿命低等多项技术上的问题极待克服。目前研发中的硫磺系化合物
正极材料包括有有机硫磺化合物、碳硫化合物与活性硫磺等。
高分子锂二次电池由于具有薄型化的特性，将可以突破目前市面上锂离子二次电池6mm的
厚度限制，预料将可广泛的应用于下一个世代的可携式电子产品上。此外，因为高分子
锂二次电池所使用的电解值系统具有不漏液，且耐过充放电等特性，将可大幅提高目前
电池在使用上的安全性。
但是高分子锂二次电池也有其缺点尚待改进，首先目前开发出来的高分子锂二次电池的
能量密度仍然偏低，且多具有低温特性不良的缺点。而在未来的技术展望方面，则必须
突破使用硫磺系化合物与锂金属等高能量密度正负极材料的技术问题，方可达到次世代
电子产品对高性能电池的高容量与低成本的要求。
目前的锂聚合高分子电池，与目前的锂电池最大的差异是其使用高分子电解质，其单组
工作电压与目前锂电池相同，应无兼容问题，不过，之前有些手机只认得镍氢电池，不
认得锂电池(如Sagem 818)得更新软件后才正常，不知GD90及T28如何
高分子电池被日本大公司SONY、三洋电机、松下电池工业等定位为下一代电池。电池的
主要构成包括有正极、负极与电解质等三要素，高分子电池一般系指这三要素中至少一
项使用高分子作为主要材料，而目前高分子主要被应用在正极与电解质，由于使用高分
子取代电池中的电解液，因此不必再有为了封闭液状电解液的外部壳子，因而有更为薄
化，及可弯曲的优点。
高分子电池有以下优点
1.无电池漏液问题：其电池内部不含液态电解液，使用胶态的固体
2.可制成薄型电池：以3.6V、400mAh的容量，其厚度可薄至0.5mm
3.电池可设计成多种形状
4.电池可弯曲变形：高分子电池最大可弯曲90度左右
5.可制成单颗高电压
6.液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压，高分子电池由于本身无液体，可
在单颗内作成多层组合达到高电压。
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"威伯"是只猪，他就要被杀了，他在寂寞的环境里觉得很孤单，
他很想有个好朋友，于是他在地窖里祈祷。
"夏洛"是一只蜘蛛。后来"夏洛"说：我和你做朋友吧！
※ 来源:·听涛站 tingtao.dhs.org·[FROM: 匿名天使的家]