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聚合物鋰離子電池和鋰離子電池哪個(gè)壽命長

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1084次  |  2022年02月21日  

目前市面上所使用的二次電池主要有鎳氫(Ni-MH)與鋰離子(Li-ion)兩種類型。鋰離子電池中已經(jīng)量產(chǎn)的有液體鋰離子電池(LiB)和聚合物鋰離子電池(LiP)兩種。所以在許多情況下,電池上標(biāo)注了Li-ion的,一定是鋰離子電池。但不一定就是液體鋰離子電池,也有可能是聚合物鋰離子電池。


鋰離子電池是鋰電池的改進(jìn)型產(chǎn)品。鋰電池很早以前就有了,但鋰是一種高度活躍(還記得它在元素周期表中的位置嗎?)的金屬,它使用時(shí)不太安全,經(jīng)常會在充電時(shí)出現(xiàn)燃燒、爆裂的情況,后來就有了改進(jìn)型的鋰離子電池,加入了能抑制鋰元素活躍的成份(比如鈷、錳等等)從而使鋰電真正達(dá)到了安全、高效、方便,而老的鋰電池也隨之基本上淘汰了。至于如何區(qū)分它們,從電池的標(biāo)識上就能識別,鋰電池為Li、鋰離子電池為Li-ion。現(xiàn)在,筆記本和手機(jī)使用的所謂“鋰電池”,其實(shí)都是鋰離子電池。


現(xiàn)代電池的基本構(gòu)造包括正極、負(fù)極與電解質(zhì)三項(xiàng)要素。作為電池的一種,鋰離子電池同樣具有這三個(gè)要素。一般鋰離子技術(shù)使用液體或無機(jī)膠體電解液,因此需要堅(jiān)固的外殼來容納可燃的活性成分,這就增加了電池的重量和成本,也限制了尺寸大小和造型的靈活性。一般而言,液體鋰離子二次電池的最小厚度是6mm,再減少就比較困難。


而所謂聚合物鋰離子電池是在這三種主要構(gòu)造中至少有一項(xiàng)或一項(xiàng)以上使用高分子材料作為其主要的電池系統(tǒng)。


新一代的聚合物鋰離子電池在聚合物化的程度上已經(jīng)很高,所以形狀上可做到薄形化(最薄0.5毫米)、任意面積化和任意形狀化,大大提高了電池造型設(shè)計(jì)的靈活性,從而可以配合產(chǎn)品需求,做成任何形狀與容量的電池。同時(shí),聚合物鋰離子電池的單位能量比目前的一般鋰離子電池提高了50%,其容量、充放電特性、安全性、工作溫度范圍、循環(huán)壽命與環(huán)保性能等方面都較鋰離子電池有大幅度的提高。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

目前市面上所銷售的液體鋰離子(LiB)電池在過度充電的情形下,容易造成安全閥破裂因而起火的情形,這是非常危險(xiǎn)的,所以必需加裝保護(hù)IC線路以確保電池不會發(fā)生過度充電的情形。而高分子聚合物鋰離子電池方面,這種類型的電池相對液體鋰離子電池而言具有較好的耐充放電特性,因此對外加保護(hù)IC線路方面的要求可以適當(dāng)放寬。此外在充電方面,聚合物鋰離子電池可以利用IC定電流充電,與鋰離子二次電池所采用的CCCV(ConstantCurrert-ConstantVoltage)充電方式所需的時(shí)間比較起來,可以縮短許多的等待時(shí)間。


二、手機(jī)制造商對鋰電池的應(yīng)用情況


雖然近幾年來幾乎所有廠家都已經(jīng)傾向于采用鋰離子電池,但世界各大手機(jī)制造商對電池的選擇還是有自己的特點(diǎn)和習(xí)慣,例如曾經(jīng)在相同的一段歷史時(shí)期里:


諾基亞:采用Ni-MH(鎳氫)電池、LiB(液體鋰離子)電池,未采用LiP(聚合物鋰離子)電池。


愛立信:采用Ni-MH電池、LiB電池、LiP電池。

無人船智能鋰電池
IP67防水,充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備

摩托羅拉:采用Ni-MH電池、LiB電池,未采用LiP電池。


不難發(fā)現(xiàn),從為手機(jī)最早選用LiP聚合物鋰離子電池這件事情上,愛立信體現(xiàn)出自己手機(jī)技術(shù)先驅(qū)的本色。根據(jù)我查找到的資料表明,目前聚合物鋰離子電池主要制造廠為日本SONY、松下、GS等幾家公司,2000年的生產(chǎn)量達(dá)到2100萬只,其中50%為愛立信手機(jī)配套。進(jìn)入2002年的今天,鋰離子電池在其它手機(jī)廠商的手機(jī)上也已廣泛的應(yīng)用與普及。但在聚合物鋰離子電池的使用上,還遠(yuǎn)沒有達(dá)到在所有手機(jī)廠家的產(chǎn)品中得到普及的程度,廣泛應(yīng)用還有待時(shí)日。


另一方面,雖然鋰離子電池優(yōu)點(diǎn)多多,但也有缺陷,如價(jià)格高和充放電次數(shù)少等等。鋰電池的充放電次數(shù)只有400-600次,經(jīng)過特殊改進(jìn)的產(chǎn)品也不過800多次。而鎳氫電池的充電次數(shù)能夠達(dá)到700次以上,某些質(zhì)量好的產(chǎn)品充放電可達(dá)1200次,這樣一比較,鎳氫電池要比鋰電池長壽。此外鎳氫電池的價(jià)格也要比鋰電池低很多。而且嚴(yán)格說來,鋰電池同樣會有記憶效應(yīng),只是它的記憶效應(yīng)非常低,基本上可以忽略不計(jì)。


在使用鋰電池中應(yīng)注意的是,電池放置一段時(shí)間后則進(jìn)入休眠狀態(tài),此時(shí)容量低于正常值,使用時(shí)間亦隨之縮短。但鋰電池很容易激活,只要經(jīng)過3—5次正常的充放電循環(huán)就可激活電池,恢復(fù)正常容量。由于鋰電池本身的特性,決定了它幾乎沒有記憶效應(yīng)。因此用戶手機(jī)中的新鋰電池在激活過程中,是不需要特別的方法和設(shè)備的。不僅理論上是如此,從我自己的實(shí)踐來看,從一開始就采用標(biāo)準(zhǔn)方法充電這種“自然激活”方式是最好的。


對于鋰電池的“激活”問題,眾多的說法是:充電時(shí)間一定要超過12小時(shí),反復(fù)做三次,以便激活電池。這種“前三次充電要充12小時(shí)以上”的說法,明顯是從鎳電池(如鎳鎘和鎳氫)延續(xù)下來的說法。所以這種說法,可以說一開始就是誤傳。鋰電池和鎳電池的充放電特性有非常大的區(qū)別,而且可以非常明確的告訴大家,我所查閱過的所有嚴(yán)肅的正式技術(shù)資料都強(qiáng)調(diào)過充和過放電會對鋰電池、特別是液體鋰離子電池造成巨大的傷害。因而充電最好按照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)方法充電,特別是不要進(jìn)行超過12個(gè)小時(shí)的超長充電。通常,手機(jī)說明書上介紹的充電方法,就是適合該手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)充電方法。


此外,鋰電池的手機(jī)或充電器在電池充滿后都會自動停充,并不存在鎳電充電器所謂的持續(xù)10幾小時(shí)的“涓流”充電。也就是說,如果你的鋰電池在充滿后,放在充電器上也是白充。而我們誰都無法保證電池的充放電保護(hù)電路的特性永不變化和質(zhì)量的萬無一失,所以你的電池將長期處在危險(xiǎn)的邊緣徘徊。這也是我們反對長充電的另一個(gè)理由。


此外在對某些手機(jī)上,充電超過一定的時(shí)間后,如果不去取下充電器,這時(shí)系統(tǒng)不僅不停止充電,還將開始放電-充電循環(huán)。也許這種做法的廠商自有其目的,但顯然對電池和手機(jī)/充電器的壽命而言是不利的。同時(shí),長充電需要很長的時(shí)間,往往需要在夜間進(jìn)行,而以我國電網(wǎng)的情況看,許多地方夜間的電壓都比較高,而且波動較大。前面已經(jīng)說過,鋰電池是很嬌貴的,它比鎳電在充放電方面耐波動的能力差得多,于是這又帶來附加的危險(xiǎn)。


此外,不可忽視的另外一個(gè)方面就是鋰電池同樣也不適合過放電,過放電對鋰電池同樣也很不利。這就引出下面的問題。


2、正常使用中應(yīng)該何時(shí)開始充電


在我們的論壇上,經(jīng)??梢砸姷竭@種說法,因?yàn)槌浞烹姷拇螖?shù)是有限的,所以應(yīng)該將手機(jī)電池的電盡可能用光再充電。但是我找到一個(gè)關(guān)于鋰離子電池充放電循環(huán)的實(shí)驗(yàn)表,關(guān)于循環(huán)壽命的數(shù)據(jù)列出如下:


循環(huán)壽命(10%DOD):>1000次


循環(huán)壽命(100%DOD):>200次


其中DOD是放電深度的英文縮寫。從表中可見,可充電次數(shù)和放電深度有關(guān),10%DOD時(shí)的循環(huán)壽命要比100%DOD的要長很多。當(dāng)然如果折合到實(shí)際充電的相對總?cè)萘浚?0%*1000=100,100%*200=200,后者的完全充放電還是要比較好一些,但前面網(wǎng)友的那個(gè)說法要做一些修正:在正常情況下,你應(yīng)該有保留地按照電池剩余電量用完再充的原則充電,但假如你的電池在你預(yù)計(jì)第2天不可能堅(jiān)持整個(gè)白天的時(shí)候,就應(yīng)該及時(shí)開始充電,當(dāng)然你如果愿意背著充電器到辦公室又當(dāng)別論。


而你需要充電以應(yīng)付預(yù)計(jì)即將到來的會導(dǎo)致通訊繁忙的重要事件的時(shí)候,即使在電池尚有很多余電時(shí),那么你也只管提前充電,因?yàn)槟悴]有真正損失“1”次充電循環(huán)壽命,也就是“0.x”次而已,而且往往這個(gè)x會很小。


電池剩余電量用完再充的原則并不是要你走向極端。和長充電一樣流傳甚廣的一個(gè)說法,就是“盡量把手機(jī)電池的電量用完,最好用到自動關(guān)機(jī)”。這種做法其實(shí)只是鎳電池上的做法,目的是避免記憶效應(yīng)發(fā)生,不幸的是它也在鋰電池上流傳之今。曾經(jīng)有人因?yàn)槭謾C(jī)電池電量過低的警告出現(xiàn)后,仍然不充電繼續(xù)使用一直用到自動關(guān)機(jī)的例子。結(jié)果這個(gè)例子中的手機(jī)在后來的充電及開機(jī)中均無反應(yīng),不得不送客服檢修。這其實(shí)就是由于電池因過度放電而導(dǎo)致電壓過低,以至于不具備正常的充電和開機(jī)條件造成的。


3、對鋰電池手機(jī)的正確做法


歸結(jié)起來,我對鋰電池手機(jī)在使用中的充放電問題最重要的提示是:


1、按照標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間和程序充電,即使是前三次也要如此進(jìn)行;


2、當(dāng)出現(xiàn)手機(jī)電量過低提示時(shí),應(yīng)該盡量及時(shí)開始充電;


3、鋰電池的激活并不需要特別的方法,在手機(jī)正常使用中鋰電池會自然激活。如果你執(zhí)意要用流傳的“前三次12小時(shí)長充電激活”方法,實(shí)際上也不會有效果。


因此,所有追求12小時(shí)超長充電和把鋰電池手機(jī)用到自動關(guān)機(jī)的做法,都是錯(cuò)誤的。如果你以前是按照錯(cuò)誤的說法做的,請你及時(shí)改正,也許為時(shí)還不晚。


當(dāng)然,在手機(jī)及充電器自身保護(hù)和控制電路質(zhì)量良好的情況下,對鋰電池的保護(hù)還是有相當(dāng)保證的。所以對充電規(guī)則的理解才是重點(diǎn),在某些情況下也是可以做出某種讓步的。比如你發(fā)現(xiàn)手機(jī)在你夜晚睡覺前必須充電的話,你也可以在睡前開始充電。問題的關(guān)鍵在于,你應(yīng)該知道正確的做法是什么,并且不要刻意按照錯(cuò)誤的說法去做。


現(xiàn)在講一下鋰聚合物電池


現(xiàn)在就講講聚合物鋰離子電池。


在講之前,先糾正大家容易產(chǎn)生的一個(gè)大大的誤區(qū)?。?!


許多人叫得比較順口,“鋰聚合物電池”“固態(tài)鋰離子電池”:donno其實(shí)真正規(guī)范的法定學(xué)名,應(yīng)該叫成“聚合物鋰離子電池”。:o


更大更大的誤區(qū),是大家以為鎳鎘、鎳氫、鋰離子、聚合物鋰離子電池是四種不同的種類的電池,其實(shí)非常非常的不然,鋰離子電池和聚合物鋰離子電池之間的關(guān)系在這里應(yīng)該得到澄清一下。


所謂“聚合物鋰離子電池”,其實(shí)是鋰離子電池各種子系列產(chǎn)品中的一種,實(shí)際上它的主要部件:正極、負(fù)極和電解質(zhì)以及工作原理都和使用液體電解質(zhì)的鋰離子電池一樣,只是隔膜和包裝材料不同,因此,歸根到底它實(shí)質(zhì)上,就是一種鋰離子電池!:


聚合物鋰離子(Lithiumionpolymer)電池,具有更高能量密度、小型化、薄型化、輕量化、高安全性、長循環(huán)壽命與低成本的新型電池。因此,在未來2~3年內(nèi),聚合物鋰電池取代鋰離子電池市場的份額將達(dá)50%。


第一原理篇


鋰離子電池目前有液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLIB)兩類。其中,液態(tài)鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。正極采用鋰化合物L(fēng)iCoO2,LiNiO2或LiMn2O4,負(fù)極采用鋰—碳層間化合物L(fēng)ixC6,


聚合物鋰離子電池的原理與液態(tài)鋰相同,主要區(qū)別是電解液與液態(tài)鋰不同。電池主要的構(gòu)造包括有正極、負(fù)極與電解質(zhì)三項(xiàng)要素。所謂的聚合物鋰離子電池是說在這三種主要構(gòu)造中至少有一項(xiàng)或一項(xiàng)以上使用高分子材料做為主要的電池系統(tǒng)。而在目前所開發(fā)的聚合物鋰離子電池系統(tǒng)中,高分子材料主要是被應(yīng)用于正極及電解質(zhì)。正極材料包括導(dǎo)電高分子聚合物或一般鋰離子電池所采用的無機(jī)化合物,電解質(zhì)則可以使用固態(tài)或膠態(tài)高分子電解質(zhì),或是有機(jī)電解液,一般鋰離子技術(shù)使用液體或膠體電解液,因此需要堅(jiān)固的二次包裝來容納可燃的活性成分,這就增加了重量,另外也限制了尺寸的靈活性。而聚合物鋰離子工藝中沒有多余的電解液,因此它更穩(wěn)定,也不易因電池的過量充電、碰撞或其他損害、以及過量使用而造成危險(xiǎn)情況。


新一代的聚合物鋰離子電池在形狀上可做到薄形化(ATL電池最薄可達(dá)0.5毫米,相于一張卡片的厚度)、任意面積化和任意形狀化,大大提高了電池造型設(shè)計(jì)的靈活性,從而可以配合產(chǎn)品需求,做成任何形狀與容量的電池,為應(yīng)用設(shè)備開發(fā)商在電源解決方案上提供了高度的設(shè)計(jì)靈活性和適應(yīng)性,以最大化地優(yōu)化其產(chǎn)品性能。同時(shí),聚合物鋰離子電池的單位能量比目前的一般鋰離子電池提高了50%,其容量、充放電特性、安全性、工作溫度范圍、循環(huán)壽命(超過500次)與環(huán)保性能等方面都較鋰離子電池有大幅度的提高。


第二特點(diǎn)與比較


一、聚合物鋰離子電池的特點(diǎn)概述


根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同,鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池(lithiumionbattery,簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(polymerlithiumionbattery,簡稱為LIP)兩大類。聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的,電池的工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同,鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì),而聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質(zhì)來代替,這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。


聚合物鋰離子電池可分為三類:(1)固體聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。電解質(zhì)為聚合物與鹽的混合物,這種電池在常溫下的離子電導(dǎo)率低,適于高溫使用。(2)凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。即在固體聚合物電解質(zhì)中加入增塑劑等添加劑,從而提高離子電導(dǎo)率,使電池可在常溫下使用。(3)聚合物正極材料的鋰離子電池。采用導(dǎo)電聚合物作為正極材料,其比能量是現(xiàn)有鋰離子電池的3倍,是最新一代的鋰離子電池。


由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì),與液態(tài)鋰離子電池相比,聚合物鋰離子電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點(diǎn),也不會產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題,因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼,從而可以提高整個(gè)電池的比容量;聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料,其質(zhì)量比能量將會比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50%以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比鋰離子電池有所提高?;谝陨蟽?yōu)點(diǎn),聚合物鋰離子電池被譽(yù)為下一代鋰離子電池。


二、聚合物電池與液態(tài)鋰電的比較


由于各個(gè)廠商生產(chǎn)工藝的不同,目前市場上的聚合物鋰電分為卷繞式(索尼、東芝為代表)、疊片式(TCL、ATL為代表)兩種不同結(jié)構(gòu),但適應(yīng)于手機(jī)需求的規(guī)格大都在4mm厚度以下。與液態(tài)比較,由于聚合物外包裝采用了更薄的鋁膜,比鋼殼、鋁殼更薄,而且生產(chǎn)方式與液態(tài)鋰電不同,聚合物越薄越好生產(chǎn),理論上可以生產(chǎn)出0.5mm以下厚度的電池。


液態(tài)鋰電正好相反,越厚越好生產(chǎn),低于4mm厚度的電池很難生產(chǎn),即使生產(chǎn)出來了,容量明顯不如聚合物鋰電,成本也沒優(yōu)勢。因而,電池越薄,聚合物生產(chǎn)成本越低、液態(tài)生產(chǎn)成本越高。


但較厚的規(guī)格上,液態(tài)鋰電供應(yīng)鏈成熟,工藝成熟,生產(chǎn)效率高,成品率高,有很強(qiáng)的制造成本優(yōu)勢。從目前市場來看,5mm、6mm厚度系列的液態(tài)鋰電池雖然比3mm、4mm厚度系列電池容量高很多,但售價(jià)要低很多。聚合物從理論上來講,在5mm、6mm厚度規(guī)格上的材料成本與液態(tài)接近,但目前5mm、6mm系列電池的工藝成本要比液態(tài)高出很多,因而,要在此規(guī)格上與液態(tài)真正形成競爭,還有不少距離。


一般的電池主要的構(gòu)造包括有正極、負(fù)極與電解質(zhì)三項(xiàng)要素。所謂的聚合物鋰離子電池是說在這三種主要構(gòu)造中至少有一項(xiàng)或一項(xiàng)以上使用高分子材料做為主要的電池系統(tǒng)。而在目前所開發(fā)的聚合物鋰離子電池系統(tǒng)中,高分子材料主要是被應(yīng)用于正極及電解質(zhì)。正極材料包括導(dǎo)電高分子聚合物或一般鋰離子電池所采用的無機(jī)化合物,電解質(zhì)則可以使用固態(tài)或膠態(tài)高分子電解質(zhì),或是有機(jī)電解液,負(fù)極則通常采用鋰金屬或鋰碳層間化合物。一般鋰離子技術(shù)使用液體或膠體電解液,因此需要堅(jiān)固的二次包裝來容納可燃的活性成分,這就增加了重量和成本,另外也限制了尺寸的靈活性。而聚合物鋰離子工藝中沒有多余的電解液,因此它更穩(wěn)定,也不易因電池的過量充電、針刺、碰撞或其他損害、以及過量使用而造成危險(xiǎn)情況。


新一代的聚合物鋰離子電池在形狀上可做到薄形化(最薄0.8毫米)、任意面積化和任意形狀化,大大提高了電池造型設(shè)計(jì)的靈活性,從而可以配合產(chǎn)品需求,做成任何形狀與容量的電池,為應(yīng)用設(shè)備開發(fā)商在電源解決方案上提供了高度的設(shè)計(jì)靈活性和適應(yīng)性,以最大化地優(yōu)化其產(chǎn)品性能。同時(shí),聚合物鋰離子電池的單位能量比目前的一般鋰離子電池提高了50%,其容量、充放電特性、安全性、工作溫度范圍、循環(huán)壽命(超過500次)與環(huán)保性能等方面都較鋰離子電池有大幅度的提高。


聚合物鋰離子電池


聚合物鋰離子電池和平常電池的差別在電解質(zhì)上。在20世紀(jì)70年代最初的設(shè)計(jì)中,采用了固態(tài)聚合物電解質(zhì)。這類電解質(zhì)類似于塑料薄膜,不能導(dǎo)通電子但是可以讓離子交換(能夠充電的原子或者原子團(tuán))。聚合物電解質(zhì)取代了傳統(tǒng)的浸透電解液的多孔隔膜。干態(tài)聚合物電解質(zhì)的設(shè)計(jì)允許組裝簡化,提高電池機(jī)械強(qiáng)度,安全,并且能夠制造成為超薄的幾何外形。單個(gè)電池的厚度可以薄到1mm。設(shè)備設(shè)計(jì)師能夠根據(jù)他們的想象力來自由設(shè)計(jì)電池的形狀和大小。不幸的是,固態(tài)聚合物鋰離子電池受制于其較差的導(dǎo)電性。內(nèi)阻太高而無法提供當(dāng)前通信設(shè)備所需要的高脈沖電流,無法驅(qū)動筆記本電腦的硬盤。加熱電池到60攝氏度,電導(dǎo)率迅速提高,但是這樣的要求不適合在便攜設(shè)備上應(yīng)用。


作為一種折中方式,引入了一些凝膠電解質(zhì)。目前市場上銷售的大部分手機(jī)聚合物鋰離子電池都是包含了凝膠電解質(zhì)的混和型電池。用鋰離子聚合物來修正這一系統(tǒng),使之成為目前唯一用于便攜設(shè)備的聚合物電源。加入凝膠電解質(zhì)以后,鋰離子聚合物電池和一般鋰離子電池


又有什么不同呢?雖然這兩種電池在性能表現(xiàn)上非常相似,但是鋰離子聚合物作為唯一固態(tài)電解質(zhì)替代了多孔隔膜。凝膠電解質(zhì)只是增加了離子電導(dǎo)。聚合物鋰離子電池并沒有像一些分析家預(yù)測的那樣流行。它的優(yōu)越性和低制造成本還沒有被認(rèn)識到。因?yàn)槠淙萘坎]有得到提高,實(shí)際上,容量比標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池還有輕微減少。聚合物鋰離子電池的市場在超薄幾何形狀電源的應(yīng)用上,例如信用卡電源等類似的應(yīng)用。


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