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      Li-ion鋰離子電池與Li-Polymer 鋰聚合物電池比較

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   文章編號:S1943   發文時間: 2010年1月9日

   

Li-Polymer跟Li-ion

Li-ion 鋰離子電池以高能量密度取勝,於1990年由日本SONY將其商品化,到1996年筆記型電腦隨著Windows 95開始風行,鋰電池開始受到矚目,加上行動電話市場也於此時開始大幅成長,到1998年已有三成左右的行動電話採用鋰電池。

採用液態電解質的鋰離子電池,在生產時必須使用「鐵罐」等金屬容器來放置原料,所以薄型化有其物理性質的限制,且因薄型化,其強度也受到限制,而無法以大面積的方式製造。依其外形可區分為「圓柱型」(Cylindrical,或稱圓形),以及「方形」(Prismatic)兩種。圓形鋰電池生產技術較方形鋰電池成熟,採機械式生產,速度較快;方形鋰電池必須以雷射焊接容器主體,單位時間產量只有圓形鋰電池的一半。不過,雖然圓形鋰電池的電容量(Capacity)較高,但方形鋰電池的輕與薄,可容許可攜式產品廠商設計更小巧的機種,目前市場上販售的行動電話用鋰電池,皆為方形鋰電池。

鋰電池在高低溫使用問題,對於如Notebook PC處理器所造成之封閉高溫使用環境,對須長期處於45℃左右高溫使用之電池壽命是項嚴格的考驗。

鋰聚合物電池因為其電解質為膠狀,所以較無電解液外漏的問題,相對的鋰離子電池的鋼、鋁罐等包覆體破漏後,電解液就會立即外漏。

還有,適形性佳的結果也讓電池設計業者將常將鋰聚合物電池設計成薄形,薄形化的優點不單單是在於視覺美觀,同時也在於爭取電池的散熱面積,使電池擁有較佳的散熱性。

聚合物鋰離子電池跟普通的鋰離子電池最大的差別在與電芯的外包裝材料。絕大部分的聚合物鋰離子電池採用軟塑料紙作為外包裝,而普通的鋰離子電池則採用如鋼殼或者鋁殼這樣的金屬外殼。聚合物鋰離子電池與液態鋰離子電池有著相同的化學性能,甚至內部結構都是一樣的,所以是在液態鋰離子電池的基礎上發展出來的一種新型電池,與液態鋰離子電池比較,聚合物鋰離子電池具有以下優點

1. 良好的安全性能,不會爆炸
2. 產品尺寸可隨客戶要求定制
3. 產品輕 - 聚合物鋰電比同等規格的鋼殼鋰電輕 40%﹐比鋁殼鋰電輕20%
4. 相同體積容量比高 - 聚合物鋰電的容量一般比同等規格的鋼殼高10-15%,比鋁殼高5-10%
5. 內阻小﹐使電池容量能夠更大發揮
6. 高溫性能好﹐在85℃上4小時不會鼓脹
7. 循環性能、電池容量、內阻一致性好。

高容量且重量不到200克(高容量12v 4800 PowerBank電力銀行/行動鋰聚合物電池組(充電器))

Li-Polymer 鋰高分子蓄勢待發

鋰聚合物電池 1999 年日本 SONY 進行量產以後,多年來卻沒有得到全面的推廣。由於目前市場上聚合物鋰離子電池的價格要略高於液態鋰離子電池,而且在常規型號電池的容量並沒有比液態鋰電顯示出更大的優勢,這便成為影響個手機廠商接受聚合物鋰離子電池的最大障礙,同時也大大影響了聚合物鋰離子電池的普及速度。不過,去年在市場上開始普及的藍芽耳機,它們幾乎都是採用了聚合物鋰離子電池,因其體積細與及可塑性頗為高,能配合不同形狀的電子產品。在市場上普遍知道聚合物鋰離子電池的特性後,除了手機及筆記本電腦以外的電子產品,設計者可不必拘泥於電池尺寸,均可依原設計者的想法,再來找尋適當的聚合物鋰電,這也讓聚合物鋰電的市場瞬間打開。而最近在日本一連串的液態鋰離子電池回收事件,讓鋰電的安全問題又被再次提出,這又讓聚合物鋰離子電池的高安全性再次受注目。市場需要更安全、環保,貼近消費者的產品,而聚合物電池正是這樣一種符合市場需求的產品。聚合物鋰離子電池的市場前景預期總體是樂觀的。

隨著鋰離子電池需求量日益增多,新型的聚合物鋰離子電池被公認為是未來最具有發展潛力和應用市場的電池產品。目前世界上聚合物鋰離子電池的主要生產廠家有日本SONY、日本三洋、韓國三星﹐台灣的威力(深圳威力能),中國大陸的廠商有東莞新能源-ATL,惠州 TCL 金能、天津力神、深圳比亞迪、順德精進能源、深圳比克和泉州優科等大廠紛紛投入生產行列,其他小廠更不勝枚舉。

高容量且重量不到700克(高容量14.8v 6A PowerBank電力銀行/行動鋰聚合物電池組(充電器))

近來Li-Polymer 鋰聚合物電池,或稱鋰高分子電池的發展,受到業界高度關切。如前所述,採用液態電解質的鎳氫或鋰離子電池,其體積縮小有一定的物理限制,無法滿足更輕更薄之微型化裝置的要求,採固態電解質的鋰高分子電池便適時現身。

鋰聚合物電池的正極、負極材料與鋰離子電池完全相同,但因採用固態電解質,因此不怕有漏液的顧慮,可不必以金屬封裝,而是以厚度僅1~2mm的金屬箔作封裝。鋰高分子電池可自由塑形,完全打破了體積的限制,使得行動通訊相關產品與筆記型電腦的外觀設計更不受拘束,符合廠商需求。舉例而言,採膠態電解質的鋰高分子電池,可容易將手機電池的厚度,縮小到2~4mm,大約比名片的厚度稍厚一些而已。然而雖然體積縮小,電容量也因而相對減少。此外,能量密度僅為 220Wh/l,比鋰離子電池的容量密度低,這是因為固態電解質的離子移動速度較鋰離子電池慢之故。

鋰聚合電池與鋰離子電池的各項特性幾乎完全相同;僅憑外型輕薄的優勢,但價格便卻較鋰離子電池高出10∼20%,很難吸引消費者購買。即使連日本這麼重視短小輕薄趨勢的國家,其國內鋰聚合電池的應用實例尚不多,日立Maxell的鋰聚合電池產品內建於夏普(SHARP)的筆記型電腦中,作為輔助用電源。松下電池工業的產品使用於部分行動電話中。

過去最知名的鋰聚合物電池應用是瑞典易利信(Ericsson)公司於1999年推出的T28行動電話(在台灣由藝人「金城武」廣告代言),該手機強調相當輕薄的電池,而達到高度輕薄的實現技術正是使用鋰聚合物電池

 

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