锂聚合物电池(LiPo电池)，也被称为锂聚合物、聚合物锂离子电池、PLiON等多种名称，是一种可充电锂离子电池，其电解质采用传统锂离子电池中使用的液态电解质中的聚合物电解质。有各种LiPo化学成分可供选择。它们都使用高导电性凝胶聚合物作为电解质。相比其他锂电池，LiPo电池提供更高的比能量，常用于重量是重要因素的系统中，例如移动设备、无人机和一些电动车辆。本常见问题解答开始时将对Li-ion电池和LiPo电池进行高层次的比较，然后详细介绍适用于LiPo电池的六种基本锂电池化学成分。最后，还展望了未来可能出现的铝空气聚合物电池和固态电池的发展。
所有锂电池都包含一个隔离层，用于分离负极和正极，同时也允许离子在电极之间移动。在LiPo电池中，聚合物隔离层也包含电解质。此外，聚合物隔离层还可以提供额外的功能，作为“断路隔离层”，在充电或放电过程中如果电池过热时，可以使电池断开电路。断路隔离层是多层结构，至少有一层聚乙烯可以在温度升高时阻止电流流动，至少有一层聚丙烯起到隔离层的机械支撑作用。
锂离子从正极和负极之间的插层和脱层。除了聚合物隔离层外，LiPo电池的工作原理与锂离子电池相同。然而，它们的封装方式却有很大不同。
Li-ion电池通常使用不锈钢或铝制外壳。外壳通常是圆柱形，但也可以是按钮形或矩形(长方体)。外壳的生产成本相对较高，并且倾向于限制可用的尺寸和形状。但外壳也很坚固，有助于保护电池免受损坏。外壳使用激光焊接工艺密封。
锂离子电池的结构相对复杂，有大量的组件
LiPo电池采用铝箔“袋式”封装，被称为软性或袋式电池。袋式电池的外壳大多为长方体形状，制造工艺更简单，成本较锂离子电池的不锈钢或铝制外壳更低。这种构造类型还可以生产具有各种自定义配置的电池。LiPo电池的其他组件包括薄薄的层(<100 μm)，可以以相对较低的成本进行大规模生产。用铝箔袋代替金属外壳可以实现高能量密度和轻量化的电池。可以实现大尺寸和小于1毫米的高度，但电池需要进行仔细的机械处理。
锂聚合物电池袋结构
LiPo的使用面临着许多与Li-ion相同的挑战，包括过充、过放、超温操作和内部短路。此外，对LiPo袋的碾压或钉子穿刺可能导致从袋破裂到电解液泄漏和火灾等灾难性故障。
与Li-ions一样，LiPo在过充时可能会膨胀，这是由于电解液的汽化引起的。电解液的汽化可能导致层间分离，导致电池内部层之间的接触不良，降低可靠性和循环寿命。这种膨胀对LiPo电池来说尤为明显，它们可以真的膨胀起来。它还可能对宿主系统造成结构性损坏。
下表比较了六种基本锂电池化学成分的电压和典型应用。这些电池的其他特点包括：
✔LCO(锂钴氧化物)- 200Wh/kg，具有高功率输出能力，但相对寿命较短，功率评级低，热稳定性也较低。
✔LFP(锂铁磷酸盐)- 120Wh/kg，具有长循环寿命和高温稳定性。
✔LMO(锂锰氧化物)- 140Wh/kg，负极基于锰氧化物组分，丰富、廉价、无毒，并且具有良好的热稳定性。
✔NCA(镍钴铝氧化物)- 250Wh/kg，具有高比能量和长循环寿命。
✔NMC(镍锰钴氧化物)- 200Wh/kg，通过调整化学成分的比例，可以开发出适用于功率或能量应用的优化电池。由于其灵活性，它是最成功的锂电池化学系统之一。
✔LTO(锂钛酸锂)- 80Wh/kg，比能量最低，但可以快速充放电，最高可达额定容量的10倍，并且安全性较高。
锂电池的电压和应用的比较
请注意，NMC、LCO和NCA电池中含有的钴元素有助于提供更高的功率能力。它们可以在小型包装中提供大量的功率，但对热事件更敏感，可能导致安全问题。
下图包含了基于其在电动车(EV)中使用适宜性的蛛网图，比较了基本类型的锂电池。在这些蜘蛛图中，更适用于EV的电池具有较大的着色区域。考虑的因素包括比能量、比功率、安全性、性能、寿命和成本。比能量(Wh/kg)与EV的续航里程相关。比功率(W/kg)与EV的加速性能相关。特别是对于EV来说，安全性是一个重要的考虑因素。性能参数反映了电池在极端温度条件下的使用能力，这在汽车应用中也是一个重要考虑因素。寿命是循环寿命和使用寿命的综合。成本试图捕捉所有相关成本，包括用于热管理、安全性、电池管理和监控的辅助系统以及EV中延长保修期的需求。
衡量是否适合用于电动汽车的各种锂离子化学材料的性能比较
LiPo电池化学成分
聚合物电解质使得LiPo电池具有多项性能优化，包括高能量密度和轻量化。根据聚合物层的结构，它还可以增强电池的安全性。与传统的锂离子电池相比，LiPo电池可以制造出具有更广范围比能量密度(Wh/kg)和比功率密度(W/kg)的电池，使得LiPo电池在更广泛的潜在应用领域具有更高的灵活性。因此，LiPo技术被应用于主要的锂电池化学体系中：
★锂钴酸锂电池(LCO)
★锂离子三元电池(NCA，NMC)
★锂锰酸锂电池(LMO)
★锂铁磷酸盐电池(LFP)
能量密度和功率密度对比图，比较了锂离子电池、LiPo(PLiON)和其他可充电电池
铝空气和固态聚合物电池
铝空气聚合物电池正在积极开发中。这些高能量密度设计中，聚合物隔离层直接与锂负极接触，将其与正极隔离开来。与其他聚合物电池一样，隔离层可以防止电池短路，并吸收液态电解液以支持离子传输并完成电路。
然而，锂负极在电池循环过程中可能会形成树枝状结构。这些树枝状结构可能穿透聚合物隔离层并缩短电池寿命。目前正在开发修改后的隔离层，其中包括氧化石墨烯层。氧化石墨烯可以保护负极免受污染物的影响，并防止锂负极表面的化学波动。氧化石墨烯与聚合物层共同作用，可以在不显著降低离子传导性的情况下阻止电解液与锂负极的直接接触。这种组合结构可以减缓负极上的电解液腐蚀。希望未来使用两种类型的层来稳定锂负极，从而实现能量密度非常高且循环寿命合理的电池。
还正在开发使用真正固态聚合物电解质(SPE)替代现有胶凝膜的电池。现在的LiPo电池被认为是传统锂离子电池和完全固态锂离子电池之间的“混合”系统。胶凝膜是混合系统，其中液态相位被包含在聚合物基质中。虽然它们在触摸时可能感觉干燥，但它们可以含有高达50%的液态溶剂。现在的系统也被称为混合聚合物电解质(HPE)系统，它们结合了聚合物材料、液态溶剂和盐。正在开发中的SPE完全不含溶剂，而是使用聚合物介质。
新的固态结构还可以使用与基于液态电池化学成分(如锂离子电池)不兼容的低成本和高比能量转换型正极。一个例子是专有的硫化物固态电解质，它支持高含量硅和锂金属作为负极，与行业标准和商业成熟的正极(包括锂镍锰钴氧化物，即NMC)配对。新的正极可以与锂金属结合，去除钴和镍，并可能将正极活性材料成本降低90%。
固态电池开发路线图移除了阴极(最右侧)中的钴和镍
已经成功制造了固态电池，使用行业标准的锂离子设备和工艺，容量为2Ah。预计到2021年底将开始商业化生产容量为20Ah的高含量硅负极电池，并计划在2022年推出容量为100Ah的电池。
总之锂聚合物电池与锂离子电池相比，LiPo电池提供了多项性能优势，包括更高的能量密度和更轻的重量。此外，LiPo电池可以生产出更多形状和尺寸的电池。然而，目前的LiPo电池使用的是胶凝膜而不是完全固态聚合物电解质(SPE)。正在开发的SPE技术有望在特定应用中延伸LiPo电池的性能优势。铝空气聚合物电池具有非常高的能量密度(从而实现电动车更长的续航里程)和良好的循环寿命。预计在2021年后期将推出完全固态的大尺寸锂电池。