新型二次电池

新型二次电池认识及发展摘要：科技的发展、人类生活质量的提高，石油资源面临危机、地球生态环境日益恶化，形成了新型二次电池及相关材料领域的科技和产业快速发展的双重社会背景。一方面，是信息科技和信息产业的日新月异，移动电话、笔记本电脑、形形色色的便携式电器层出不穷；另一方面，大气污染、地球石油储量不足百年的警示，使得人类针对不同用途寻找新型绿色能源的需求已迫在眉睫。电动助力车、电动汽车正悄然地改变着人类生存条件"衣、食、住、行"中"行"的内容。上述移动型高科技器件的开发和产业化，高度依赖着比能量高、可移动、资源节约型、能反复充放电使用、不污染环境的小型绿色能源，市场的迫切需求，使新型二次电池应运而生。其中，高能镍镉电池、镍金属氢化物电池、镍锌电池、免维护铅酸电池、铅布电池、锂离子电池、锂聚合物电池等新型二次电池备受青睐。在我国得到广泛应用，形成产业并迅猛发展。关键字：新型二次电池、新型二次电池简介电池中，有一类电池的充放电反应是可逆的，放电时通过化学反应可以产生电能，通以反向电流（充电）时则可使体系回复到原来状态，即将电能以化学能形式重新储存起来。这种电池称为二次电池或蓄电池。表1—1列出一些典型的二次电池体系。ftJ-J典型的二次电池体系电池系荆鱼极活性物质1性物.度电池卮应电拄能（理论值）电压（V）比比蜻Eg）比能就(Wh/kfi)电池'"舞PLQPh*PM*tEHwSO]-—ZPbSCh,i2H2()2.1120252.00电地CdNiOOH+ 十ZH2<)——1.3518; 244.J5电池知NiOOHZn+ZOOH+2T|2(J—2Ni({)H)?42n(QH)21.70IB9■金检辄化物源电池NiOOHMH卜EM顷2NKOH),4MJ5I6tf240.00中一池Li(如FeS浏.itAl)+FeS LijS+Ft-^2Al1.33345皿85电池NaS2Na+3S—=Ng2.137779k70□EH顷h——<■LiCflQt4.117069700表中列出的铅酸电池和镉镍电池是早巳广泛应用的二次次电池。但理论比能量都很低，其商品电池一般只能达到30Wh/kg一40Wh/kg，同时，铅和镉都是有毒金属，对环境污染的问题已引起世界环境保护界的关注。因此发展高比能量、无污染的新型二次次电池体系一直受到科技界和产业界的重视。表1—1中列出的几种新型二次电池体系，有采用储氢合金负极的金属氢化物镍电池（表示为Ni/MH电池）和锂离厂电池（表示为LIB电池）。它们是9（）年代初刚刚问世便取得异常迅猛发展的新型二次电池体系，由于它们不含有毒物质，所以又被称为绿色电池。表1-£Ni/Cd电池，Ni/MH电池和UH电池主要性能对比技术参数Ni/Cd电池\i/MH电池L而电池r作屯压（V）1,23.75t)-7O100-350体枳比能里（Wh/L）1502。0充放电寿的（次）500】000充电速率21C二、新型二次电池在国民经济中的地位、作用及发展前景中国已经成为世界新型二次电池的生产、贸易中心，产能达16.17亿只，产值逾15亿美元，是世界重要的电池市场。二次电池国产新材料在电池产业的发展中起到了重要的开拓和相互支撑的作用。世界一流的著名电池公司将新型二次电池的生产基地纷纷迁往中国，进一步刺激了我国电池材料产业的发展和电池高质量。日前，世界各国都投人极大的人力和物力采发展新型二次电池技术，并形成了以下研究热点：①储氢材料及金属氢化物镍电池；②锂离子嵌入材料及液态电解质锂离子电池；C聚合物电解质锂蓄电池或锂离子电池。此外，电池工业界正以极高的速度推动环保型无汞碱性锌锰原电池及可充电电池和密封铅酸蓄电池的技术发展及扩大应用市场。推动这些热点电池技术和产业化发展的真正推动力来自以下四个方面。信息技术的发展，特别是移动通信及笔记本计算机等的迅速发展，迫切要求电池小型化、轻型化，长服务时间、长工作寿命和免维护。到2000年，仅仅在移动通信和笔记本计算机市场，世界小型二次电池的新增销售额就将达到50亿美元左右。环境保护呼声愈来愈高，首先要求电池本身无毒和无污染，这就推动了无汞电池及取代镉镍电池的新型二次电池的发展。同时，为了真正解决汽车的尾气污染，发展零排放电动车辆的呼声愈来愈高，极大地推动着高比能量、长寿命二次电池技术的发展。全世界天然能源(如石油和煤)正在不断消耗，终将耗竭，寻求新能源的呼声愈来愈高。航天领域和现化化武器装备对高性能二次电池的需求非常迫切，诸如卫星需求高功率、轻质量储能电池；野战通信需求高比能量、长寿命小型二次电池等。最近，日本一家知名的咨询公司(富士经济株式会社)对电池市场进行的预测表明，2000年的电池市场总计为69.04220亿只(9320亿日元)。其中二次电池市场见表1—3。小型二次电池的应用情况如表l

4所示。表1-4表1-4世界莅围小型二次电池应用情】兄（殷位：百万只）表1=3 二次电池市墙电池类别数 最”！）销曾粮｛亿H元）建商予电池5化4顾金阻敏化特爵屯他4亿S50押彳扣式）电祯12忆100铅峻电池35G0万1伽密封铅酸电池1迎出万140锚锻扣式电他1212镣锐开L」电池1。万25锚镣密封电池5亿 600 年价便式it算通扒械有像机械H他总if-WCd甘如的ID010顾2()0679N97WMHm15H我:30h一枷LJH13545191i!U——220M/Cda7074如101K51K0609Xi/MH852ID况12202320400LIR575砧%1310—1i300l:LB5—――— 1=-—5w*州5070151&517(]溯〕1999WMH7023G网152035204101..IB228853。151(]1Ki3040(1FLB10—————―———1USiA：d1——胡轴7(115!65170测初帅Ni/MH70230201520S52£]4E项B53015E02虫14U0PLB■—-10—,,■-■——10NiA'd——.50to1。011。300711(1tWMH30湖152G罚35EKJUL320M0部T0lW50孙PLB|——50—r————由以上可看出，到2000年前后，二次电池的市场需求巨大，其中锂离子电池和金属氢化物镍电池将占有举足轻重的地位，锂离子电池的需求有上升到第一位的趋势。我国发展新型-二次电池产业的现实意义至少体现在以下方面：改变我国电池工业的现有严：品格局，使具有高科技特征和高性能水平的新型绿色环保型；一二次电池逐步在二次电池市场中占据主导地位+这不仅可以成力新的重大经济增长点(预计新增产值40亿一50亿元)，而且可以子了入国际市场，使我国电池工业早日进入国际先进行列。加速我国电池工业的无汞化和无镉化进程，势必大大改善日前电池生产和使用过程中造成的严重环境污染.逐步满足我国正迅猛崛起的电子信息产业(移动通信、笔记本计算机、一体化摄像机等)对新型绿色环保电池的迫切需求，同时避免国外新型二次电池充斥我国市场局面的出现。表1—5列出我国1997—2000年手机所需金属氢化物镍电池和锂离子电池的情况，可以看出需求量是极大的。随着新型二次电池的发展，无疑对所需电池材料产业的发展起到重大推动作用，按照2亿只一3亿只AA型Ni/MH电池的生产量计算，将需要1500t左右的球形高密度Ni(OH)，和2100r左右的高性能储氢合金。按照1亿只18650型锂离子电池计算，将需要约12001LiC002等原材料。三、中国新型二次电池的发展优势1、 政府支持和政策优势我国政府通过各种政府研究基金、研究计划、宏观产业政策和贸易政策，对二次电池产业给予了大力扶持：国家科技部在“九五”计划中将“先进电池及其材料产业”列入重大科技专项；在“十五”计划中又将“电动汽车研究”列入重大科技专项（电池作为该项研究的核心），并拨巨资予以支撑。2、 自然资源优势锂、镍、铅、锰及稀土矿是四种新型二次电池（铅酸、镍镉、镍氢和锂离子电池）关键原材料，我国均有大量的储藏。中国锂矿产资源非常丰富，其储量在世界居于前列。中国铅矿产资源探明储量（金属量）为4199.2万吨，其中A+B+C级1161万吨，现铅保有储量为3572.81万吨，其中工业储量（A+B+C级）占33.17%，按中国储量级别A+B+C级储量与国外同期的储量基础相比排居第4位。我国保有锰矿石储量5.66亿吨，其中A+B+C级占40%，为2.27亿吨，大约居世界第6位。3、 配套器件产业的发展近年来，中国便携移动通信设备及计算机、电动工具、汽车等领域的迅速发展，产生了对镍氢、镍镉、铅酸和锂离子等二次电池广阔的需求市场，促进了中国主要二次电池产业的快速增长。四、总结从以上分析不难看出，新型电池已经或将在发展电子信息、新能源及环境保护等面向21世纪的技术领域中具有举足轻重的作用和地位，同时新型二次电池已广泛应用十现代化军事装备及武器、交通运输等领域中.基于新型二次电池的重要作用和地位及其广泛的市场前景.新型二次电池技术已被看作为面向21世纪具有战略意义的军民两用技术-美国非常有影响的巴特尔技术管理集团在发布到2005年要发展的10项尖端技术中，把小型长寿命电池和燃料电池列为仅次于基因组计划和超级材料之后的第3项尖端技术，这意味着二次电池在21世纪将会有更大的发展前景。显然，新型二次电池已经在国际上被公认为应优先发展的技术。结合中国的国情，加速发展新型二次电池及相关原材料等产业已是刻不容缓的任务。参考文献【1】钟发平，中国新型二次电池的发展优势和薄弱环节，中国技成果，2005年第5期【2】 石春梅、曾小勤、常建卫等，镁二次电池的研究现状，上海交通大学【3】 我国新型二次电池产业发展步入快车道，电源世界》2005年第4期【4】钟发平，中国新型二次电池发展的历史、现状及未来【5】 TarasconJM,ArmandM.Issuesandchallengesfacingrechargeablelithiumbatteries,Nature,2000,414:359-367【6】 WagemakerM,KearleyGJ,VanWellAA,etal.MultipleLipositionsinsideoxygenoctahedrainlithiatedTi