国内厂商宣传的「聚合物锂离子电池」是液态电解质的软包装而已吗?

有人说国内的聚合物电池其实是个假的概念,其实里面东西和 18650 是一样的,只是把钢壳换成软包而已,是真的吗?据说苹果公司产品(iPhone, iPad, MacBook) 用的电池才是真正的聚合物电池,里面没液体,是干的。 而现在国内的绝大多数所谓的聚合物锂电池其实里面是液态的,跟 18650 没本质差别,是个包装出来忽悠老百姓的,我对电池技术是外行,不懂,只是听了一个电池厂的技术总监这么说的,请问是真的吗? 聚合物电池和通常 18…
关注者
267
被浏览
38,210

13 个回答

收录于 编辑推荐 ·
14.05.04更新,青年节快乐!
来凑个热闹,其实大家答了很多,相信看几个也会有所了解。
我补充一下,国内所谓的锂聚合物电池,比较负责任地说,都是骗骗大家的。就我现在了解的情况,世界范围内,最早的相关专利是PVDF-HFP体系的爱立信发明的,现在好像是归到索尼了,国内企业可能除了BYD之外,研究柔性的公司,我还真不太知道有。在世界范围内,有相关专利和量产趋势的也就韩国代表的LG CHEM和三星SDI以及日本企业,代表为索尼和ATL(这真不是国企),LG已经在实验上作出LIPON驱动LED的全固态电池了,这个方法是用的射频磁控溅射(韩国人做柔性锂电池做的真的NB,无怪LG CHEM和三星 SDI那么厉害),如下图。

摘自"Bendable Inorganic Thin-Film Battery for Fully Flexible Electronic
Systems", Min Koo et. al.,Nano Lett.2012, 12, 4810−4816

日本方面,最早好像是PVDF-HFP的技术,源自美国(方法自行google)。后来,ATL是用的改进的Bellcore技术:这个技术采用PVDF-HFP技术为基础,此方法是美国Bellcore公司在1994年商业化,主要工艺如下:用丙酮等低沸点良溶剂将PVDF和高沸点增塑剂(例如伽玛丁内酯)溶解搅匀,在光滑模具表面流延成膜,自然挥发(或稍微加热)丙酮,得到半干膜,然后用PVDF的非溶剂(一般是小分子醇类物质),萃取掉伽玛丁内酯,干燥即得Bellcore隔膜,原来伽玛丁内酯部分占据的位置成为隔膜内微孔,干膜转绕成电芯后,用普通电解液浸泡活化即得凝胶电解液膜。缺点:工艺复杂,溶剂用量大,凝胶膜孔隙率低,吸液量少,电导率低,低于1.0×10-3 S/cm,仅适合小功率电池,而且Bellcore电池一般多采用叠片工艺,生产效率低下。09年就淘汰了,他们换成了倒相法。图示如下,这个粗略地介绍了下,生产中类似只是量和工艺控制可能稍有不同。(提一句,其实还有很多方法可以做锂聚的电解质,如静电纺丝,蒸镀等等,但造价都太高。)

还有日企采用好像采用的是原位凝胶法,它使用通用PP/PE隔膜,在电解液加入了聚合物单体和引发剂,注液后,电池需要在一定的温度下引发聚合物单体聚合形成凝胶。国内连合格的隔膜貌似都没啥量产的,还研究不到那一步,可能走在最前面的是比亚迪,研究已经有了一定突破,不知道实际是什么情况,貌似还没推出产品。
目前市面所称的聚合物锂电池大概可以分为两大类:一类是纯液态锂离子电池软包装(这种电池的生产商包括了国内的大部分甚至全部聚合物电池公司),另一类是凝胶型锂离子电池。凝胶型锂离子电池相当于是加入了大量的增塑剂的胶状的电解质,没有可流动的液体存在。还有一种全固态的,主要以研究为主,主要以有机固态电解质以PEO为主体衍生,聚氧化丙烯,硫化亚烃等,有机的主要是离子迁移率太低,另一种无机固态的主要以NASICON,钙钛矿结构,LIPON等为主,这类材料比较难以加工,对生产也是问题。
然后,正如前面的人所说,18650只是一种尺寸型号,18指电池直径18.0mm 650指电池高度65.0mm,电池种类很多,这不是和锂聚一个比较级别的,当然18650是最常见的锂离子电池型号 之一。锂离子电池和锂聚合物电池比较更为恰当。
锂聚为了突出体积和性能优势,一般不会做成圆柱型,可以移步看看前面。由于锂离子聚合物电池的本身特性,在实际制作时几乎全部使用叠层结构,叠层结构有利于降低电池内阻,提高电池大电流放电能力,但由于制造工艺和应用条件限制,本身不可能制成很大而薄的电池,在作为锂离子动力实际使用时,由于单层容量小,往往使叠层层数达到50层以上,如果不能实现全自动化生产,由于单层重量轻,在制作过程中对单层分档相当困难,过多的叠层数量使得单体电池内单层电芯并联的一致性较差,也使得成品电池的充放电效率不一致,降低了成品电池配对的综合性能。而目前液态锂离子电池在内部结构上主要采用少数几个卷绕式电芯并联,并联数量少,单个卷芯重量大,配对较为容易,只要能实现真正量产,电池内部卷芯的一致性可以达到99.99%以上,只要采用适当的分选工艺,制成的成品电芯配对时可以保证较高的综合可靠性能。所以,锂离子电池和锂聚还是在结构上有一定区别
指出几个问题,所谓凝胶状的电解液不是没有液体,使用没有可流动的液体比较准确,就像海绵吸水类似,所以苹果系列电子产品也不会是干的。就目前市场上移动电源,我看过的测评貌似就索尼家的锂聚电芯是凝胶的,其他都是液态的。这也说到隔膜,同意 @蔡林芝 的说法,主要是对离子迁移率和电阻的考虑。
综上,国内锂聚电池基本都是挂羊头卖狗肉,不是真正意义上的聚合物电池,只是采用了铝塑膜封装,叫做软包锂离子电池比较合适。而日本和韩国已有比较成熟的技术,但基本以胶态为主,全固态的应该是没有,至少我没见过也没听过商业化的。顺便给 @阿牛newsan提醒一下,常规锂电池的离子迁移率高于锂聚,至少还未在商业上一个数量级,并不是锂聚全部优于锂电,但锂聚的容量和倍率还是主要的优势。
这主要是自己逛锂电论坛和看文献得到的答案,希望大家多指点,指正,交流。
看到楼主提到苹果所用的电池,有感。。。来自天津某电池厂,给苹果做过电池。内部代号k93,x147两型号,分别用于ipod,ipad。都是软包液态电解质的。苹果对电池要求最严的地方实际上是电池的尺寸。我厂在引入价值2000万的先进的光学检测设备之前,光是为苹果做尺寸检测与分选的车间就有2000多人。业界最先进的技术苹果未必最热衷。x147当时的客户spec是3.8V,而实际上当时我厂的3.85V已开始给三星供货。而且据我所知给苹果供货的几家供应商没有楼主所说的凝胶电解质型号。所以别太迷信苹果什么的。软包也分为隔膜涂胶与不涂胶的,私以为隔膜涂胶的软包更接近与楼主所说的聚合物电池。我们曾经做过数十批上万只电池研究过,凝胶电解质最大的好处就是因为无可到处流动的电解液,电池的外观尺寸可以更容易控制。坏处当然是成本更高,工艺更复杂。目前还没有更改软包工艺的必要。
1865作为世界上第一种量产的锂电型号,实际上这一规格直接来自于镍氢的电池。理由很简单,下游客户的pack模具不需要变动就可以使用更先进的电芯。1865因为发展时间最长,又是直接脱胎于镍氢,因此设备最成熟,成型化的产能大于200ppm的自动设备比比皆是。。对于工业界来讲,这一优势足以使这一结构可以存活到锂电消失那一天。就电池本身而言,最大的优点来自于它的圆形卷绕结构,这一结构决定了1865电池不怕产气(相对而言)。对于小型高功率电池来讲,目前只能做成圆形的。我的感受是,圆形电池最难做,因为大小受限,客户一看容量立刻知道公司的技术实力。两年前松下的4000mah笔记本电池量产,三洋的2500mah电动工具电池量产,我司的2800,2000刚量产。以2500mah电动工具电池为例,当时根本想不到功率电池容量可以做这么大,因为国内当时销量最大的型号才1200mah。我们曾经给苹果做过一款1015电池,苹果要求做到2a放电,我们的意见是做成圆形铝壳无cid结构,后来和atl的香蕉形软包方案竞争,因为atl实际上做功率电池的经验很少,在送样阶段就把他pass了。楼上有人说圆形电池可靠性较软包高这只是理论上,atl给宝马做的叠片电池就是软包。一个产品的可靠性实际上更取决于一个公司的经验,设备和人员。