详析手机电池

手机中使用的电池都是可充电的二次电池,一般有三种,镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池,其中锂离子电池中又包括溶液型锂离子电池和聚合物型锂离子电池,镍镉电池是比较早期的电池类型了,因其能量密度低,所以体积及重量都较大,另外还因其有记忆效应,使用起来极不方便,尤其对于类似于手机等对电池充放电性能要求较高的小电器,记忆效应严重限制了这类小电器的性能释放,因此随着市场的需求人们开发出来了镍氢电池,镍氢电池用氢来代替了镉,因此在电池性能上基本消除了镍镉电池的记忆效应,但其能量密度依旧很低,体积及重量仍旧很大,随着电器体型的小型化发展,对电池提出了更高的要求,市场更需要一些体积小,能量高的电池 。
目前,市场上流行的手机已经几乎都使用了锂离子电池,锂离子电池是九十年代初日本索尼公司研制出并开始实现商品化的,它的出现称得上是在二次电池历史上的一个里程碑,在随后10余年的发展中,其商业化进程取得了突飞猛进的发展 。与其他二次电池相比,它的工作原理也比较简单,之所以被称为锂离子电池,是因为这种电池中无论在正负极还是在电池隔膜中,锂都是以离子形式存在的,锂离子电池负极是碳素材料,如石墨等,正极则是含锂的过渡金属氧化物,如锂氧化钴、锂氧化锰等,电解质是含锂盐的有机溶液,锂离子电池在工作(充电或放电)过程中,锂离子在正负极及电解质隔膜中定向运动,充电时,在电场的驱动下锂离子从正极材料中脱出,经过电解质,插入到负极中,放电时,过程正好相反,即锂离子返回正极中,电子则通过了用电的电子产品中并为之供电 。锂离子电池的优点在于开路电压高(市场上的电池多为3.6V-3.7V,镍氢和镍镉二次电池的开路电压为1.2V)、比容量(能量密度)大(是镍镉二次电池的2.5倍,是镍氢二次电池的1.5倍)、自放电率低(<5%/月,远低于镍镉电池和镍氢电池的50%以上/月)、寿命长(通常都可以达到千次以上),另外没有记忆效应也是锂离子电池深受市场欢迎的突出优点,是其它二次电池所不完全具备的,人们在锂离子电池充电前不必顾及其中的电量是否已被用完 。
在锂离子电池中又分为溶液型锂离子电池和聚合物型锂离子电池,那么它们之间有什么区别呢?我们可以从两个方面比较出两者间的区别:
第一、聚合物锂离子电池与溶液型锂离子电池最根本的区别在于二者所采用的电解质不同 。聚合物锂电池的电解质从外观上看为固态,称为聚合物固体电解质,而普通的锂离子电池的电解质是溶液型的 。目前的溶液型锂离子电池采用锂氧化钴作为阳极主要材料,然而由于钴元素相当昂贵,从而导致相应的锂电池产品价格很高,因此市场更需要一些性能更好的廉价材料,这些替代材料有锂氧化镍和尖晶石锂氧化锰,与此相关的也在寻找用于阴极的新材料,目前使用的主要是碳材料,而研究人员还在开发具有更大储能容量和相当于碳的放电特性的替代材料,这种材料能使电池厂商开发更大容量的锂离子电池 。由于以上原因,在国际电池行业处于领先位置的三洋公司开发了采用聚合物做电解质的可充电锂离子电池,目前上市的聚合物电池采用了一种充满有机物电解质溶液的胶体聚合物材料,与现有的聚合物锂离子电池使用的是同一种聚合物材料,这种新型电池装有充满聚合物基质的电解液,因而电解质不会像液体那样任意泄漏,因此能被封装在一种极薄的薄膜容器中,此外,由于胶体中的电解液易于使离子导电,胶体聚合物电解液具有优异的离子导电性能,其最新的电池技术为,目前正在研发的全胶体聚合物锂电池,这种物质具有极好的离子导电性并可容纳10倍重量以上的电解液,不仅如此,这种固体状有弹性的材料确保了不泄漏,因而具有像全胶体聚合物电解质那样优异的特性 。目前三洋已在手机电池中使用了全胶体聚合物材料,这种聚合物电池具有较好的负载放电特性和低温放电特性,而这些过去一直是聚合物电池的主要弱点,三洋的这种电池在安全性和充放电周期特性方面已与棱柱形锂离子电池相媲美 。聚合物锂离子电池因为使用的是成胶状的电解液,所以在电池最后的成品上,可塑性非常高,可以根据手机的外形设计出非常轻薄或是有特殊形状的电池,所以可以看到很多体积小的手机都是用了锂聚合物电池,除此之外的一般性能,两种聚合物锂离子电池几乎相当 。

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