| 摘要：聚合物锂电池是新近发展起来的先进蓄电池，除具有一般液态锂电池的优良特性外，还有尺寸小、重量轻、设计灵活等特点，因此世界各大电池公司均把这一生产技术看作是未来发展的重点，以期在电子、通讯及电动车辆等高科技领域中发挥优势。本文收集报道了国内外研究机构、电池厂商在此领域的研究动态和发展成果。
关键词：聚合物 锂电池 电动车
1990年日本Sony公司向世界宣布：一种工作电压高（3.6V）、比能量高（80—100Wh·Kg-1）、循环寿命长（1000次）、自放电率低（12%月-1）、无记忆效应和无污染的新型锂离子蓄电池研制成功。这条消息在当时令国际电池界，特别是锂电池界感到震惊，并立即在世界范围内掀起了继MH-Ni蓄电池之后的锂离子蓄电池研究和产业化热潮。
短短几年内，这种电池从提出设想到如今已达到年产几百万只的生产水平，它主要应用于移动电话、小型报录像机和笔记本电脑等领域。然而到1998年以后锂离子电池出现供过于求的趋势，价格下降幅度较大，业内人士认为其产量与价格已达到新的理性发展阶段。
与此同时，一种新型的锂电池脱颖而出，它采用固态的或胶体态的聚合物电解质代替“传统”的液态电解质，这就是人们所称的聚合物锂电池也叫塑料锂离子（PLI）电池，PLI电池除具有“传统”锂离子电池高比能量和长寿命的性能外，还有特殊的稳定性和易加工性，能做成薄片状或其它任意形状，可以说是新一代的二次电池。
大容量锂蓄电池约于1995年开始发展，其中研究实力强大的组织机构有美国的USABC（美国先进电池联合会），日本的“新阳光计划”，欧洲的“Joule计划”，其宗旨是发展用于电动车，航天和储能方面的实用电池。1996年索尼公司首次向世界展示了用锂离子蓄电池驱动的电动车，法国SAFT公司则在1998年宣布，电动车用锂离子蓄电池（50Ah）已达到试生产阶段。其它不少单位也均研制成功性能各异的样品电池。开发电动车用锂蓄电池是扩大其应用领域的方向之一，但从目前的发展状况来看，离实用化还有差距。
1、聚合物锂电池的进展
1999年电池界引人注目的就是聚合物锂电池。它是液态锂离子蓄电池的基础上发展起来的。与其它蓄电池相比，它具有比能量高、电压高、循环寿命长、安全性好和无记忆效应等特点，表1列出了聚合物锂电池与其他蓄电池在性能上的差别。从目前市场使用效果表明，聚合物锂电池的安全性和电性能是令人满意的。作聚合物锂电池，其优点有两个，其一是电池可以做得很轻，其二在形状上自由度很大。电解质是胶状的或完全是固体的，没有漏液的担心。也没必要一定在金属壳内，可以放在塑料外壳内，这样可以使电池减轻重量。形状可以是片状，也可以做成大面积的电池。目前的 PLI电池技术结合了液体和聚合物两者的优点，即它的惰性聚合物基质可以吸收大量的液体溶液，又可通过迭层结合的方法实现连续生产。我们目前的研究结果表明这种电池已达到了在室温下1C速率循环1500圈后仍保持初始容量的80%的水平，且能量密度达到约130Wh·Kg-1和300Wh·L-1。
虽然早在1997年日本Maxcell公司已将这种电池的样品提供给一些有关厂家，日本汤浅公司随后也宣布计划大批量生产这种电池，但在1998年并没有出现在容量方面与液态锂电池相比的聚合物锂电池。而到了1999年，聚合物锂电池已开始投放市场，因此1999年可以称为聚合物锂电池元年，表2为日本各电池厂家聚合物电池产业化生产化计划［2］
在产品特征上，松下的聚合物电池尺寸为65mmX35mmX1.75mm，重为3g，电池电压为3.7V，容量为100mAh，比手机用锂离子电池轻。汤浅的电池尺寸为51mmX75mmX1.5mm,电压3.6V，容量175mAh，用作便携式唱可供电3小时，体积比能量109Wh-L-1，重量比能量70Wh-Kg-1。日本麦克塞尔也是最早生产聚合物锂电池的厂家，电池厚度仅是液态锂离子电池的一半。产品用于笔记本电脑等便携终端。索尼、东芝、三洋也均把这种电池看作是下一代的电池。
据美国著名的商业咨询公司Kline报道［3］，最近索尼、松下电子工业（MBI）和Thmas＆Betts(T＆B)三家公司对锂离子聚合物电池进行联合商业化生产。这是该项技术发展中的一个重要里程碑。该公司预计固态或胶状电解质的锂离子电池将在五年内占所有销售的锂离子电池的20%-25%，并在10年中会接近30亿-40亿只。它还指出，这项技术不会只是小范围的应用，它能够满足用户的需求而成为便携式电器的主选电池。
在全世界约有30家公司正在将锂聚合物电池的一些类型或相关技术进行商业化，较大的锂离子电池生产商如Sanyo,Toshiba及其他小一些的公司也将在今年进入锂电池市场。Powerdex公司的产品已取得Motorola公司认证，上市也是指日可待。加拿大一家公司“Electrofuel”展览了他们的薄形聚合物锂离子蓄电池块，“1301006”型10.5Ah，460Wh·L-1，176Wh·Kg-1，“1301005”型，7.5Ah, 473Wh·L-1，160Wh·Kg-1。
国内也有近十家公司正在进行或准备进行产业化生产。厦门宝龙工业有限公司于1998年建立中试生产线，经过两年的生产工艺的探索，将科研成果很好地转化为生产力，实现产业化生产，目前产品已颇具规模。该公司主要生产如诺基亚、厦华、摩托罗拉等多种品牌的手机电池，电池厚度均在8mm以下，其主要产品的性能指标如表3所示。此外，它还开发出用于专业摄象机、矿井灯用电池以及联想、紫光笔记本电脑等电池，而掌上电脑和军用产品等新品电池正在开发中。
我国电动的研究开发近年来势头也越来越强大，已经进入有组织、有领导的全面发展阶段。1996年由国家科委组织了“电动汽车实施方案”综合评审会，将电动汽车项目列入国家重大科技产业工程。现在各国所研制的电动汽车大多采用铅酸电池，我国所出现的大多汽车样车也是用它做电源。这是由于它的价格低于其它电池， 而且比功率也较大。目前风帆公司及镇江蓄电池厂已在我国的改装车上试用这种电池，其中在面包车上采用了20只12V·150Ah的电池，而小轿车上则使用10只装电池组。但是用它们做电源的车辆，一次充电的续驶里程只能在100公里左右，最高车速约80km-h-1。存在的最大问题是均匀性差，个别电池累计不足100km就需更换。另外电池过多过重必然影响它的运载能力。因而人们都在研究新型蓄电池。
电动车同时也是氢电池和锂离子电池竞争的市场，目前产品多以MH-Ni电池为主。与汽油发动机并用的复合式电动汽车。由松下电池公司提供氢电池，丰田汽车公司制造的复合式电动汽车，在1998年冬奥会上使用，受到广泛好评。目前该公司每月生产这样的复合电动汽车3000辆，每台售价250万日元，比一般的燃油汽车贵70万日元。汤浅也做了这方面的努力工作。三洋公司看到电动汽车很有发展前途，也强化了电动汽车用电池的研究。1999年各汽车公司相继发表了许多复合式电动汽车方面的新闻，但从使用的情况来看，电池的重量以及高温时充电效率仍存在问题。
锂离子电池在电动汽车以及复合式电动汽车上的应用已展开。作为电动汽车应用，电池成本是个决定性因素。另外，在容量大型化的时候，电池还存在有安全性问题。尽管如此，这种电池在电动汽车中的应用仍具竞争力的。因为在安全方面，安全回路可以做得非常简单，而且锂电池技术的发展很快，在成本和安全问题上取得了突破性进展。
美国汽车巨头与电力研究所（EPRI）在能源部的赞助下，共同组建了一个联合体USABC（美国先进电池联合会）。由它向电池制造厂商、研究院所订立合同，规定了中期、长期电池性能指标（见表5）。第14届国际电动汽车讨论会（EVS-14）上美国能源部代表宣布了1996年美国四种电池的性能指标（见表6）。由此看来达到USABC的目标还有一定距离。
此外，美国电池协会（USABC）还提出，聚合物锂电池的发展目标是在五年内实现EV电池产业化。而在EV-15大会上，Letuomeau作了题为“电动车用聚合物锂电池进展”的专题报告，指出这一目标的实现不会太遥远，聚合物锂电池具有EV电池产业化生产所需的能量指标、循环寿命和安全性。
有关专家认为，谁掌握了体积小、重量轻、持续行程远、安全性能好、生产成本低的电动汽车用蓄电池是极具发展潜力的，谁就能获得电动汽车市场的主导权。从这一点来看，聚合物锂电池将逐渐占领充电电池市场。但产品是因市场需要而诞生的，电池也不例外，不可能期望一种电池包打天下。从长远的观点来看，电动车蓄电池仍是必然的发展需求，因此研究开发的竞争将更趋激烈。
3.结论
1.固态锂电池，作为充电电池的前沿技术，具有设计灵活、性能优良、价格合理和安全性等综合特性，国内外厂家对该产品的产业化生产作了大量的投入。
2.电动车用电池种类多，竞争激烈，至今仍没有哪一种电池取得市场的主导权。锂离子电池的研究日渐成熟，而作为锂离子电池的换代产品，聚合物锂电池更是人们关注的热点，有望在电动车方面发挥作用，进而实现产业化。
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