锂离子电池与锂聚合物电池：技术对比与应用场景分析
锂离子电池与锂聚合物电池：技术对比与应用场景分析
锂离子电池和锂聚合物电池是当今最流行的便携式储能解决方案。它们在智能手机、笔记本电脑、电动汽车等领域都有广泛应用。本文将深入比较这两种电池的技术特点、优缺点以及应用场景，帮助读者更好地理解它们的差异。
锂离子电池与锂聚合物电池的发展历史
锂离子电池
尽管早在 20 世纪 60 年代就有人尝试使用锂离子，直到 1974 年 M. 斯坦利·惠廷汉姆才取得重大突破。他使用二硫化钛作为阴极，锂铝作为阳极，这使电池具有高能量密度并允许充电。遗憾的是，这些材料难以使用并引发很多安全问题。
在 1980 年，约翰·B. 古迪纳夫用钴酸锂代替二硫化钛作为正极，这出乎意料地使电池的能量密度增加了一倍。五年后，Akira Yoshino 开发了一种更安全、更稳定的方法来制造第一个锂离子原型电池。
通过这些努力，三人荣获 2019 年诺贝尔化学奖，以表彰他们对锂离子电池发明的贡献。今天，锂离子电池广泛应用于手电筒等产品、移动电源和电动工具。
锂聚合物电池
锂聚合物电池与锂离子和锂金属电池大约同时发明。在 1991 年，索尼生产出首款商用锂聚合物电池，这是锂聚合物电池的重大突破。在那之后，越来越多的人开始尝试各种形状的锂聚合物电池，这就是为什么它们现在被用于手表等各种产品中，如耳机等。
锂离子电池的工作原理与特点
锂离子电池是一种具有高科技特性的先进现代电池。它不仅可以充电，而且具有高能量密度。与其他电池不同，无记忆效应，自放电率低。
锂离子的独特之处在于它含有锂离子，充电和放电时在两个电极之间来回移动。充电时，锂离子从阴极移动到阳极，用锂离子填充阳极。放电时，该过程是相反的。正极由锂化合物组成，负极为碳层化合物，通常是石墨。
此类电池广泛应用于各种用电设备和电动汽车，并且在军事和航空航天领域也很受欢迎。
锂离子电池的优点与缺点
优势
高能量密度：锂离子的能量密度相当高，因此广泛应用于 3C 产品、电动汽车、储能系统等领域。在这些应用中，需要小电池尺寸和大容量。所以，高能量密度的锂离子电池最适合此类设备的高效运行。
自放电率低：锂离子电池的自放电率低于其他可充电电池，仅约 3.5% 每月。未使用状态下保存时，内部几乎不发生化学反应，非常稳定。这使得它们优于其他可充电电池。
免维护：锂离子不需要定期加酸，也不会有因充电不当而导致腹胀的风险，就像铅酸免维护电池一样。真正做到免维护，让日常使用更加轻松便捷。同时，消除电池维护管理成本，让锂电池更具成本效益。
各种规格：锂离子有多种规格，适合不同的应用场景，每种规格均可满足特定产品的需求，提供丰富的选择。
无记忆效应：锂离子电池没有记忆效应，可以充电使用，理想状态是 20%-80% 浅浅电荷，有利于延长电池寿命。
缺点
需要保护：锂离子在快速充电方面优于市场上其他电池，良好的性能和较长的电池寿命，但如果管理不当，容易过充和热失控，造成安全事故，但电池管理系统的存在（电池管理系统）可以解决热失控问题，可进行热管理和过热保护。
运输服务安全：许多航空公司对在飞机上携带锂离子电池有严格限制，所以很多运输通常是通过船进行的，这增加了难度。
成本高：锂离子是 40% 比其他类型的电池更贵，但随着电池技术的需求不断增长和更多的技术革命，毫无疑问，我们很快就会看到更实惠的锂离子电池。此外，虽然前期成本明显高于铅酸电池，由于免维护且循环寿命长，总体长期成本较低，从长远来看使它们具有成本效益。
锂聚合物电池的工作原理与特点
锂聚合物电池，也称为软包电池，是一种可充电电池。与锂离子电池类似，但它使用聚合物、干固体和凝胶电解质代替典型的液体电解质。锂聚合物电池比其他锂电池具有更高的能量密度，特别适合用于对重量要求严格的设备，例如无线电遥控飞机。
锂聚合物电池的优点与缺点
优势
高能量密度：锂聚合物电池的能量密度是其他电池的两倍。因此可以为需要大电流的设备提供持续供电。
无记忆效应：锂聚合物电池无记忆效应，可随充使用，不影响电池容量。
安全性能好：聚合物锂电池采用铝塑软包装，与液态电池的金属外壳不同，并且由于使用了高分子材料，电池不会着火和爆炸，并且电池本身有足够的安全性。即使有问题，最多只会膨胀，并且不像液体电池那样容易爆炸。
免维护：锂聚合物电池不像其他电池那样需要太多维护，而且这款电池非常无痛且易于使用。
内阻低：由于使用了特殊的电池，锂聚合物电池的内阻比一般液体电池小，降低自放电率，并支持大电流放电，非常适合遥控车型，是替代镍氢电池的理想选择。
更好的放电特性：锂聚合物电池使用凝胶电解质，与液体电解质相比，具有更平滑的放电特性和更高的放电平台。
更灵活：锂聚合物电池可以根据不同的需要制成不同的形状和尺寸，以满足不同设备的要求。
缺点
过热：锂聚合物电池很容易过热和损坏，特别是在高电压下，这会影响他们的表现和寿命。
脆弱的：此类电池很脆弱，需要电路保护才能安全运行。过度充电或过度放电会破坏电池内部化学物质的可逆性，严重影响其性能。
需要安全机制：锂聚合物电池还需要某种安全机制来降低内部压力和电压。缺点是增加了电池的重量。
通用性差：因为聚合物锂电池可以根据实际需要增加或减少电芯的厚度，其通用性较差，这也是敏感设计的缺点。
锂聚合物电池的使用寿命
锂聚合物电池使用寿命长。它持续约 900 到 1,500 从充满电到耗尽再到再次充满电的充电周期。
锂离子电池与锂聚合物电池的续航能力对比
在比较两者的性能时，这不可避免地涉及到锂离子 vs 锂聚合物电池的续航问题，这是比较的一个重要部分。至于锂离子，如果平均每天充电和放电一次，它们可以用于 4,000 次（4000/365 约 10.96）。明显地，锂离子电池比锂聚合物电池寿命更长。它没有任何记忆效应，这样您就可以在需要时充电。这样做最终也将延长其整体使用寿命。
锂离子电池与锂聚合物电池的综合对比
当您比较锂离子电池与锂聚合物电池时，您可能想知道哪个更好。两种现代电池技术都有优点和缺点。锂离子具有更高的能量密度，无记忆效应，和较低的成本。然而，它们在高温或高压下可能不稳定甚至爆炸。
锂聚合物电池，另一方面，更轻、更灵活。因为它们的结构坚固且干燥，泄漏风险低。然而，它们比锂离子电池更贵，能量密度较低，并且寿命较短。最近几年，随着科技的进步，锂离子使用凝胶电解质解决了一些安全问题，使它们更安全、更可靠。
电解质材料
锂离子使用液体或凝胶状电解质，在电池的阳极和阴极之间流动，而锂聚合物电池则使用固体或胶体聚合物电解质，这使得它可以设计得更薄，更灵活，以及各种形状。
电力输送
锂离子通常能够产生更高的功率，这使得它们更适合需要高能量输出的应用。
成本方面
锂离子电池比锂聚合物电池更具成本效益。锂离子电池的成本通常介于 $30 和 $650 每个，而锂聚合物电池的成本介于 $100 和 $3,300 每个，取决于电池的质量和电压要求。
体积方面
锂聚合物电池相对于标准锂离子电池可能会减少。这意味着对于相同的体积，锂离子可以储存更多能量。
应用领域
锂离子电池广泛应用于 UPS 系统、电动汽车、太阳能储能等领域，也适用于手机等便携式设备、数码相机等。锂聚合物电池更常见于一些需要轻量化设计和小功率输出的产品，例如汽车防盗系统、蓝牙耳机等。
一般来说，选择哪种电池取决于具体应用需求，以及成本的重要性、功率和设计灵活性。
不同应用场景下的选择建议
锂离子电池与锂聚合物电池的比较，您要选择的电池类型取决于不同类型的应用场景和用户喜好。如果您想要一块电量充足的电池，那么锂聚合物电池将是您的理想选择。然而，如果您想要更长的电量，锂离子电池更好的电池循环将是您的完美选择。
结论
锂离子电池与锂聚合物电池具有相同的化学基础，可提供可靠的便携式电源解决方案。它们具有独特的特性，适合不同的应用。选择哪种电池取决于具体应用需求，以及成本的重要性、功率和设计灵活性。