美国锂电池产业概况

1、美国锂电池发展介绍1美国是世界上锂电池工业最发达的国家。美国锂电池大约有50年的发展史，也就是说从50年代开始美国已经开始开发锂电池了。现在已经成为世界上锂电池产品品种最多的国家。60年代以前美国锂电池的主要应用市场是工业和民用领域。在70年代以后的冷战期间，因美、苏两个超级大国加强军备竞赛形势的需要，故美国锂电池的主要市场是军事应用。从90年代初开始，随着美、苏两国军备竞赛减弱，美国锂电池应用方向又开始逐渐转向工业和民用领域。美国锂电池生产主要体现在一次锂电池方面，其中大部分实现了商品化，如一次锂电池Li/SO2、Li/MnO2、Li/I2和Li/SOCl2等。美国一次锂电池今后的发展方向是

2、提高大电流放电性能，以及进一步谋求滥用条件下安全问题的解决。美国锂电池的研发工作主要集中在二次锂电池（即人们常说的再充电池，或可充电池，或可再充电池）。直到90年代末美国的包括锂离子电池在内的全部锂电池品种的安全问题才得到了基本解决，其应用也才由军用逐渐大批量地转向民用。电池市场专家声称，美国2000年以后美国军用锂电池的比重下降到了10%，远低于民用锂电池的比重。他预计在21世纪里美国锂电池将广泛用于民用电器，前景十分看好。2锂电池发展概况美国锂电池的发展目标是希望锂电池能取代目前所用传统电池的15%。为了实现这一目标，美国有计划地发展锂电池。从70年代初到80年代初的十年间美国锂电池发展并

3、不快，如1979年锂电池总销售额在整个电池市场中所占比重为1.6%，1982年为2%。然而在此以后生产迅速提高了。1987年全世界锂电池总产值达到10亿美元，而1987年美国仅是用于相机闪光灯的9伏矩形一次锂电池产值便达到了1亿美元，占全世界的10%。这表明，80年代末期美国一次锂电池生产发展很快。自1987年以来美国锂电池以40%/年的速率增长。按应用领域划分，美国一次锂电池可分为以下四个领域。美国生产一次锂电池所研制的阴极列于表1。表1一次锂电池的阴极系列阴极系列分子量化合价变化密度g/cm3理论电量Ah/g Ah/cm3 g/AhSO26411.370.419 - 2.39SOCl211

4、921.630.450 - 2.22SO2Cl213521.660.397 - 2.52Bi2O346668.50.35 2.97 2.86Bi2Pb2O5912109.00.29 2.64 3.41(CF)2(31)n12.70.86 2.32 1.16CuCl2134.523.10.40 1.22 2.50CuF2101.622.90.53 1.52 1.87CuO79.626.40.67 4.26 1.49CuS95.624.60.56 2.57 1.79FeS87.924.80.61 2.95 1.64FeS2119.944.90.89 4.35 1.12MnO286.915.00.3

5、1 1.54 3.22MoO314314.50.19 0.84 5.26Ni3S224040.47 2.12AgCl143.315.60.19 1.04 5.26Ag2CrO4331.825.60.16 0.90 6.25V2O5181.913.60.15 0.53 6.662.1军用锂电池2.1.1热电池该种电池为一次储备型电池，它是美国70年代研制的。美国生产热电池使用的阳极为金属Li、Li-Al、Li-B和Li-Si合金等。使用的阴极为FeS2和CuCl2等。该种电池的突出特点是使用的电解质为LiCl-KCl熔融盐。最理想的应用是军事工业，如作炮弹、火箭、炸弹、导弹、假目标、干扰机、海军

6、鱼雷及核武器的电源。其中LiAl/FeS2和LiSi/FeS2电池在导弹、核武器和火炮方面获得了成功应用。美国生产的典型热电池是LiSi/FeS2，其中一个型号的重量达到了2700g，体积为652cm3,工作电压为2436V,工作电流为3.1A,寿命为13min.。美国海上武器中心拟订的导弹用锂电池性能发展目标列于表2。从表中看出，海军导弹用热电池发展目标中全是锂电池。这说明美国十分重视锂电池的开发。表2 海军导弹锂电池性能目标电池生产比能量Wh/kg比功率W/kg工作寿命min.储存寿命 年应用现在：钙系列热电池22880017515导弹引信炮弹引信目标：锂阳极热电池892640033202

7、0导弹引信炮弹引信现在：锌银电池，钙系列热电池2244660215515导弹制导与控制目标：常温锂电池锂阳极热电池8844033002301020导弹制导与控制2.1.2Li/V2O5电池该种电池为常温一次储备型电池。阴极由90wt%V2O5和10wt%石墨组成，电解液为2mol./LLiAsF6或0.4mol./LLiBF4的甲酸甲酯溶液，隔膜为非编织状的聚丙烯膜，外壳为不锈钢。结构形式为扣式、碳包式圆筒型和方型。这个系列大多用作小型炮弹引信电源和某些特殊用途。主要生产公司是美国Honeywell公司。美国Li/V2O5与Li/SOCl2电池的比较列于表3。2.1.3Li/SO2、Li/SO

8、Cl2和Li/SO2Cl2电池三种电池均属于一次储备型电池。Li/SO2电池被美国称为先进电池，是美国主要锂电池产品之一。Li/SOCl2电池产量高，增长速度最快，是美国实际应用的电池系列中比能量最高的一种，军用大型大容量电池可达500Wh/kg(900Wh/L)。Li/SO2Cl2电池具有胜过Li/SOCl2电池的潜在优势。与后者相比，前者的唯一不同之处是阴极的镍网或不锈钢网上带有碳和黏合剂的SO2Cl2。三种电池所使用的材料和性能列于表4。表3美国Li/V2O5与Li/SOCl2电池性能比较电池温度电压V容量mAh体积cm3重量g比能量Wh/kg Wh/LLi/V2O5G2659型-375

9、7-37573.153.301601805.15.1101050.4 98.859.4 116.5Li/SOCl2G26591B1型-3757-37573.053.603004505.15.110.510.587.1 179.4154.3 317.6表4三种电池所使用的材料和性能比较电池Li/SO2Li/SOCl2Li/SO2Cl2阴极在铝网上带有碳和黏合剂的SO2在镍网上或不锈钢网上带有碳和黏合剂的SOCl2SO2Cl2电解液乙腈（AN）/LiBrSOCl2+LiAlCl4SOCl2+LiAlCl4隔膜聚丙烯玻璃毡或纤维纸玻璃毡或纤维纸外壳镀镍钢镀镍钢或不锈钢镀镍钢或不锈钢工作电压，V2.7

10、2.9(20)卷式圆筒型电池在3V以上比能量,Wh/kg280大型大容量电池为500工作温度,-5570-4070-4070适用型号圆筒型方型、扁圆型和圆筒型螺旋卷绕式主要应用军用便携监视器无线电收发机大型10000Ah的电池用于导弹发射井作动力电源军用领域主要厂家Duracell co.,et.al联合碳化物、GTE、Altus和Ho-neywell四个公司Willson-Greatbatch、GTE公司1.工业电子仪器用锂电池2.2.1Li/SOCl2电池该领域用的是小型小电流放电的圆筒型结构的Li/SOCl2电池，用作存储器、仪器仪表和小型电子设备电源。美国生产该种电池用的材料、工艺及生

11、产厂家与大型大容量Li/SOCl2电池的相同（见表4）。222Li/MnO2电池美国生产该种电池所用的材料及其性能列于表5。该种电池使用安全，对环境没有污染，成本低，价格可与传统电池竞争。因此，在美国它是首先商品化的一种固体阴极锂电池。目前它主要用于存储器、计算器和用于马达驱动等较大功率电子设备。表5 Li/MnO2电池的材料和性能结构部件及性能项目部件材料及性能数据阴极在骨架上涂有黏合剂的MnO2电解液溶剂PC+DME, 溶质LiClO4外壳电池公司使用镀镍钢或不锈钢隔膜聚丙烯适用型号只适合于做成硬币式或圆筒型工作电压（20），V272.8比能量，Wh/kg200工作温度,-2055储存寿命

12、(25),年5厂家结构型式硬币式，卷绕式圆筒型生产厂家duracell2.2.3 Li/（CF）n电池该种电池由Eagle-picher公司所生产，也是美国作为商品的固体阴极一次锂电池。它的吸引力在于其储存寿命长。小功率电池可用于印刷电路板安装的电源，扣式电池可用作计算器和存储器等的直流电源。小容量小型针杆式电池可用作发光二极管及微型电子设备的电源，大型圆筒和方型电池也可用作电台接收机、遥测装置和摄影设备的电源。柯达公司圆盘形相机使用BR2/3型电池（表6）。表6 Li/(CF)n电池材料和性能结构部件及性能项目部件材料及性能数据阴极在镍骨架上带有碳和黏合剂的CF电解液溶剂：BL+THF, P

13、C+DME；溶质：LiAsF6, LiBF4外壳镀镍钢或不锈钢隔膜聚丙烯适用型号宜于制成扣式和圆筒型（至5Ah）工作电压，V2.62.7比能量,Wh/kg200工作温度,-2060主要应用工业电子仪器厂家结构型式多为扣式，也有圆筒型生产厂家Eagle-picher2.2.4 Li/Ag4CrO2电池该种电池的阴极为加有碳的Ag4CrO2片,电解液的溶剂为碳酸丙烯酯,溶质为LiClO4, 隔膜为聚丙烯,外壳为镀镍钢或不锈钢,工作电压为2.53.2V,比能量为275Wh/kg,工作温度为-1055。特点是体积比能量高，成本高，储存寿命长。可制成扁型或扣式、方型及D型电池。在要求高可靠性、长搁置寿命

14、和工作时间超过10年的低倍率放电的存储装置应用方面，其高价格是可以接受的。它曾用于医疗方面，现在主要用于工业电器。2.2.5 Li/CrOx电池该种电池适合于制成1/2AA型电池，也可制成圆筒碳包式结构。其特点是电压高，比能量大，具有低倍率放电能力。故它被指定用于电子仪器的要求低倍率放电的条件下。3 医疗用锂电池该领域用的锂电池主要是Li/I2固体电解质锂电池。此种电池是意大利最早开发的。60年代末美国催化剂研发公司（CRC）开始研制此种常温电池，70年代初设计并生产出第一代产品，发现用于心脏起搏器效果很好。可以说该种电池的应用给当时的心脏起搏器带来了一场革命。现在全世界年产35万台起搏器中的

15、85%是采用Li/I2电池。其工作温度为25，电解质为LiI(Al2O3), 阴极为Pb、S、PbS、PbI2、TiS2。以前使用的Li/Ag4CrO2、Li/SOCl2、Li/Pb、Li/CuS和Li/MnO2电池大部分已经被淘汰。美国Li/I2电池厂家和规格列于表7。表7美国Li/I2电池厂家和规格厂家型号容量(Ah)重量(g)体积（cm3）长x宽x高(mm)应用CRC802/353.85418.745x13.5x35起搏器CRC901/232.5267.445x9.3x23同上WGL761/151.3174.645x8.6x15同上WGL761/232.5277.645x8.6x23同上

16、WGL762M2.5298.245x8x28同上CRCS23p-150.123.80.8323dx1.8起搏器（扣式）CRCS19p-200.122.80.5719dx2.0同上4 民用锂电池美国生产的用于该领域的锂电池有Li/(CF)n、Li/MnO2、Li/FeS和Li/FeS2电池。生产前两种电池所用材料、工艺和生产厂家与上述工业电子仪器用锂电池的完全相同，这四种电池系列主要用作手表、计算器、照相机、照相闪光灯、玩具和民用小型电子设备的电源。Li/FeS和Li/FeS2电池系列额定电压均为1.5V，结构为扁型或扣式，阻抗较高，功率较低，低温性能和储存性能较好，成本也较低。美国联合碳化物公司和Eveready公司生产此两种电池主要用来代替曾经在手表、计算器和相机中应用的锌/氧化银电池和锌/氧化汞电池。5锂电池发展趋势美国锂电池发展趋势体现在应用市场的发展变化方面。本报告第三节中表8已经表明军用锂电池比重下降