鋰聚合物電池(LiPo電池)，也被稱為鋰聚合物、聚合物鋰離子電池、PLiON等多種名稱，是一種可充電鋰離子電池，其電解質采用傳統鋰離子電池中使用的液態電解質中的聚合物電解質。有各種LiPo化學成分可供選擇。它們都使用高導電性凝膠聚合物作為電解質。相比其他鋰電池，LiPo電池提供更高的比能量，常用于重量是重要因素的系統中，例如移動設備、無人機和一些電動車輛。本常見問題解答開始時將對Li-ion電池和LiPo電池進行高層次的比較，然后詳細介紹適用于LiPo電池的六種基本鋰電池化學成分。最后，還展望了未來可能出現的鋁空氣聚合物電池和固態電池的發展。

　　所有鋰電池都包含一個隔離層，用于分離負極和正極，同時也允許離子在電極之間移動。在LiPo電池中，聚合物隔離層也包含電解質。此外，聚合物隔離層還可以提供額外的功能，作為“斷路隔離層”，在充電或放電過程中如果電池過熱時，可以使電池斷開電路。斷路隔離層是多層結構，至少有一層聚乙烯可以在溫度升高時阻止電流流動，至少有一層聚丙烯起到隔離層的機械支撐作用。

　　鋰離子從正極和負極之間的插層和脫層。除了聚合物隔離層外，LiPo電池的工作原理與鋰離子電池相同。然而，它們的封裝方式卻有很大不同。

　　Li-ion電池通常使用不銹鋼或鋁制外殼。外殼通常是圓柱形，但也可以是按鈕形或矩形(長方體)。外殼的生產成本相對較高，并且傾向于限制可用的尺寸和形狀。但外殼也很堅固，有助于保護電池免受損壞。外殼使用激光焊接工藝密封。

　　鋰離子電池的結構相對復雜，有大量的組件

　　LiPo電池采用鋁箔“袋式”封裝，被稱為軟性或袋式電池。袋式電池的外殼大多為長方體形狀，制造工藝更簡單，成本較鋰離子電池的不銹鋼或鋁制外殼更低。這種構造類型還可以生產具有各種自定義配置的電池。LiPo電池的其他組件包括薄薄的層(<100 μm)，可以以相對較低的成本進行大規模生產。用鋁箔袋代替金屬外殼可以實現高能量密度和輕量化的電池。可以實現大尺寸和小于1毫米的高度，但電池需要進行仔細的機械處理。

　　鋰聚合物電池袋結構

　　LiPo的使用面臨著許多與Li-ion相同的挑戰，包括過充、過放、超溫操作和內部短路。此外，對LiPo袋的碾壓或釘子穿刺可能導致從袋破裂到電解液泄漏和火災等災難性故障。

　　與Li-ions一樣，LiPo在過充時可能會膨脹，這是由于電解液的汽化引起的。電解液的汽化可能導致層間分離，導致電池內部層之間的接觸不良，降低可靠性和循環壽命。這種膨脹對LiPo電池來說尤為明顯，它們可以真的膨脹起來。它還可能對宿主系統造成結構性損壞。

　　下表比較了六種基本鋰電池化學成分的電壓和典型應用。這些電池的其他特點包括：

　　?LCO(鋰鈷氧化物)- 200Wh/kg，具有高功率輸出能力，但相對壽命較短，功率評級低，熱穩定性也較低。

　　?LFP(鋰鐵磷酸鹽)- 120Wh/kg，具有長循環壽命和高溫穩定性。

　　?LMO(鋰錳氧化物)- 140Wh/kg，負極基于錳氧化物組分，豐富、廉價、無毒，并且具有良好的熱穩定性。

　　?NCA(鎳鈷鋁氧化物)- 250Wh/kg，具有高比能量和長循環壽命。

　　?NMC(鎳錳鈷氧化物)- 200Wh/kg，通過調整化學成分的比例，可以開發出適用于功率或能量應用的優化電池。由于其靈活性，它是最成功的鋰電池化學系統之一。

　　?LTO(鋰鈦酸鋰)- 80Wh/kg，比能量最低，但可以快速充放電，最高可達額定容量的10倍，并且安全性較高。

　　鋰電池的電壓和應用的比較

　　請注意，NMC、LCO和NCA電池中含有的鈷元素有助于提供更高的功率能力。它們可以在小型包裝中提供大量的功率，但對熱事件更敏感，可能導致安全問題。

　　下圖包含了基于其在電動車(EV)中使用適宜性的蛛網圖，比較了基本類型的鋰電池。在這些蜘蛛圖中，更適用于EV的電池具有較大的著色區域。考慮的因素包括比能量、比功率、安全性、性能、壽命和成本。比能量(Wh/kg)與EV的續航里程相關。比功率(W/kg)與EV的加速性能相關。特別是對于EV來說，安全性是一個重要的考慮因素。性能參數反映了電池在極端溫度條件下的使用能力，這在汽車應用中也是一個重要考慮因素。壽命是循環壽命和使用壽命的綜合。成本試圖捕捉所有相關成本，包括用于熱管理、安全性、電池管理和監控的輔助系統以及EV中延長保修期的需求。

　　衡量是否適合用于電動汽車的各種鋰離子化學材料的性能比較

　　LiPo電池化學成分

　　聚合物電解質使得LiPo電池具有多項性能優化，包括高能量密度和輕量化。根據聚合物層的結構，它還可以增強電池的安全性。與傳統的鋰離子電池相比，LiPo電池可以制造出具有更廣范圍比能量密度(Wh/kg)和比功率密度(W/kg)的電池，使得LiPo電池在更廣泛的潛在應用領域具有更高的靈活性。因此，LiPo技術被應用于主要的鋰電池化學體系中：

　　★鋰鈷酸鋰電池(LCO)

　　★鋰離子三元電池(NCA，NMC)

　　★鋰錳酸鋰電池(LMO)

　　★鋰鐵磷酸鹽電池(LFP)

　　能量密度和功率密度對比圖，比較了鋰離子電池、LiPo(PLiON)和其他可充電電池

　　鋁空氣和固態聚合物電池

　　鋁空氣聚合物電池正在積極開發中。這些高能量密度設計中，聚合物隔離層直接與鋰負極接觸，將其與正極隔離開來。與其他聚合物電池一樣，隔離層可以防止電池短路，并吸收液態電解液以支持離子傳輸并完成電路。

　　然而，鋰負極在電池循環過程中可能會形成樹枝狀結構。這些樹枝狀結構可能穿透聚合物隔離層并縮短電池壽命。目前正在開發修改后的隔離層，其中包括氧化石墨烯層。氧化石墨烯可以保護負極免受污染物的影響，并防止鋰負極表面的化學波動。氧化石墨烯與聚合物層共同作用，可以在不顯著降低離子傳導性的情況下阻止電解液與鋰負極的直接接觸。這種組合結構可以減緩負極上的電解液腐蝕。希望未來使用兩種類型的層來穩定鋰負極，從而實現能量密度非常高且循環壽命合理的電池。

　　還正在開發使用真正固態聚合物電解質(SPE)替代現有膠凝膜的電池。現在的LiPo電池被認為是傳統鋰離子電池和完全固態鋰離子電池之間的“混合”系統。膠凝膜是混合系統，其中液態相位被包含在聚合物基質中。雖然它們在觸摸時可能感覺干燥，但它們可以含有高達50%的液態溶劑。現在的系統也被稱為混合聚合物電解質(HPE)系統，它們結合了聚合物材料、液態溶劑和鹽。正在開發中的SPE完全不含溶劑，而是使用聚合物介質。

　　新的固態結構還可以使用與基于液態電池化學成分(如鋰離子電池)不兼容的低成本和高比能量轉換型正極。一個例子是專有的硫化物固態電解質，它支持高含量硅和鋰金屬作為負極，與行業標準和商業成熟的正極(包括鋰鎳錳鈷氧化物，即NMC)配對。新的正極可以與鋰金屬結合，去除鈷和鎳，并可能將正極活性材料成本降低90%。

　　固態電池開發路線圖移除了陰極(最右側)中的鈷和鎳

　　已經成功制造了固態電池，使用行業標準的鋰離子設備和工藝，容量為2Ah。預計到2021年底將開始商業化生產容量為20Ah的高含量硅負極電池，并計劃在2022年推出容量為100Ah的電池。

　　總之鋰聚合物電池與鋰離子電池相比，LiPo電池提供了多項性能優勢，包括更高的能量密度和更輕的重量。此外，LiPo電池可以生產出更多形狀和尺寸的電池。然而，目前的LiPo電池使用的是膠凝膜而不是完全固態聚合物電解質(SPE)。正在開發的SPE技術有望在特定應用中延伸LiPo電池的性能優勢。鋁空氣聚合物電池具有非常高的能量密度(從而實現電動車更長的續航里程)和良好的循環壽命。預計在2021年后期將推出完全固態的大尺寸鋰電池。