新型二次電池

新型二次電池認(rèn)識及發(fā)展摘要：科技的發(fā)展、人類生活質(zhì)量的提高，石油資源面臨危機(jī)、地球生態(tài)環(huán)境日益惡化，形成了新型二次電池及相關(guān)材料領(lǐng)域的科技和產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的雙重社會背景。一方面，是信息科技和信息產(chǎn)業(yè)的日新月異，移動電話、筆記本電腦、形形色色的便攜式電器層出不窮；另一方面，大氣污染、地球石油儲量不足百年的警示，使得人類針對不同用途尋找新型綠色能源的需求已迫在眉睫。電動助力車、電動汽車正悄然地改變著人類生存條件"衣、食、住、行"中"行"的內(nèi)容。上述移動型高科技器件的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，高度依賴著比能量高、可移動、資源節(jié)約型、能反復(fù)充放電使用、不污染環(huán)境的小型綠色能源，市場的迫切需求，使新型二次電池應(yīng)運(yùn)而生。其中，高能鎳鎘電池、鎳金屬氫化物電池、鎳鋅電池、免維護(hù)鉛酸電池、鉛布電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池等新型二次電池備受青睞。在我國得到廣泛應(yīng)用，形成產(chǎn)業(yè)并迅猛發(fā)展。關(guān)鍵字：新型二次電池、新型二次電池簡介電池中，有一類電池的充放電反應(yīng)是可逆的，放電時通過化學(xué)反應(yīng)可以產(chǎn)生電能，通以反向電流（充電）時則可使體系回復(fù)到原來狀態(tài)，即將電能以化學(xué)能形式重新儲存起來。這種電池稱為二次電池或蓄電池。表1—1列出一些典型的二次電池體系。ftJ-J典型的二次電池體系電池系荊魚極活性物質(zhì)1性物.度電池卮應(yīng)電拄能（理論值）電壓（V）比比蜻Eg）比能就(Wh/kfi)電池'"舞PLQPh*PM*tEHwSO]-—ZPbSCh,i2H2()2.1120252.00電地CdNiOOH+ 十ZH2<)——1.3518; 244.J5電池知NiOOHZn+ZOOH+2T|2(J—2Ni({)H)?42n(QH)21.70IB9■金檢輒化物源電池NiOOHMH卜EM頃2NKOH),4MJ5I6tf240.00中一池Li(如FeS瀏.itAl)+FeS LijS+Ft-^2Al1.33345皿85電池NaS2Na+3S—=Ng2.137779k70□EH頃h——<■LiCflQt4.117069700表中列出的鉛酸電池和鎘鎳電池是早巳廣泛應(yīng)用的二次次電池。但理論比能量都很低，其商品電池一般只能達(dá)到30Wh/kg一40Wh/kg，同時，鉛和鎘都是有毒金屬，對環(huán)境污染的問題已引起世界環(huán)境保護(hù)界的關(guān)注。因此發(fā)展高比能量、無污染的新型二次次電池體系一直受到科技界和產(chǎn)業(yè)界的重視。表1—1中列出的幾種新型二次電池體系，有采用儲氫合金負(fù)極的金屬氫化物鎳電池（表示為Ni/MH電池）和鋰離廠電池（表示為LIB電池）。它們是9（）年代初剛剛問世便取得異常迅猛發(fā)展的新型二次電池體系，由于它們不含有毒物質(zhì)，所以又被稱為綠色電池。表1-￡Ni/Cd電池，Ni/MH電池和UH電池主要性能對比技術(shù)參數(shù)Ni/Cd電池\i/MH電池L而電池r作屯壓（V）1,23.75t)-7O100-350體枳比能里（Wh/L）1502。0充放電壽的（次）500】000充電速率21C二、新型二次電池在國民經(jīng)濟(jì)中的地位、作用及發(fā)展前景中國已經(jīng)成為世界新型二次電池的生產(chǎn)、貿(mào)易中心，產(chǎn)能達(dá)16.17億只，產(chǎn)值逾15億美元，是世界重要的電池市場。二次電池國產(chǎn)新材料在電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中起到了重要的開拓和相互支撐的作用。世界一流的著名電池公司將新型二次電池的生產(chǎn)基地紛紛遷往中國，進(jìn)一步刺激了我國電池材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和電池高質(zhì)量。日前，世界各國都投人極大的人力和物力采發(fā)展新型二次電池技術(shù)，并形成了以下研究熱點(diǎn)：①儲氫材料及金屬氫化物鎳電池；②鋰離子嵌入材料及液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池；C聚合物電解質(zhì)鋰蓄電池或鋰離子電池。此外，電池工業(yè)界正以極高的速度推動環(huán)保型無汞堿性鋅錳原電池及可充電電池和密封鉛酸蓄電池的技術(shù)發(fā)展及擴(kuò)大應(yīng)用市場。推動這些熱點(diǎn)電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的真正推動力來自以下四個方面。信息技術(shù)的發(fā)展，特別是移動通信及筆記本計(jì)算機(jī)等的迅速發(fā)展，迫切要求電池小型化、輕型化，長服務(wù)時間、長工作壽命和免維護(hù)。到2000年，僅僅在移動通信和筆記本計(jì)算機(jī)市場，世界小型二次電池的新增銷售額就將達(dá)到50億美元左右。環(huán)境保護(hù)呼聲愈來愈高，首先要求電池本身無毒和無污染，這就推動了無汞電池及取代鎘鎳電池的新型二次電池的發(fā)展。同時，為了真正解決汽車的尾氣污染，發(fā)展零排放電動車輛的呼聲愈來愈高，極大地推動著高比能量、長壽命二次電池技術(shù)的發(fā)展。全世界天然能源(如石油和煤)正在不斷消耗，終將耗竭，尋求新能源的呼聲愈來愈高。航天領(lǐng)域和現(xiàn)化化武器裝備對高性能二次電池的需求非常迫切，諸如衛(wèi)星需求高功率、輕質(zhì)量儲能電池；野戰(zhàn)通信需求高比能量、長壽命小型二次電池等。最近，日本一家知名的咨詢公司(富士經(jīng)濟(jì)株式會社)對電池市場進(jìn)行的預(yù)測表明，2000年的電池市場總計(jì)為69.04220億只(9320億日元)。其中二次電池市場見表1—3。小型二次電池的應(yīng)用情況如表l

4所示。表1-4表1-4世界蒞圍小型二次電池應(yīng)用情】兄（殷位：百萬只）表1=3 二次電池市墻電池類別數(shù) 最”?。╀N曾糧｛億H元）建商予電池5化4顧金阻敏化特爵屯他4億S50押彳扣式）電禎12憶100鉛峻電池35G0萬1伽密封鉛酸電池1迎出萬140錨鍛扣式電他1212鐐銳開L」電池1。萬25錨鐐密封電池5億 600 年價便式it算通扒械有像機(jī)械H他總if-WCd甘如的ID010顧2()0679N97WMHm15H我:30h一枷LJH13545191i!U——220M/Cda7074如101K51K0609Xi/MH852ID況12202320400LIR575砧%1310—1i300l:LB5—――— 1=-—5w*州5070151&517(]溯〕1999WMH7023G網(wǎng)152035204101..IB228853。151(]1Ki3040(1FLB10—————―———1USiA：d1——胡軸7(115!65170測初帥Ni/MH70230201520S52￡]4E項(xiàng)B53015E02蟲14U0PLB■—-10—,,■-■——10NiA'd——.50to1。011。300711(1tWMH30湖152G罰35EKJUL320M0部T0lW50孫PLB|——50—r————由以上可看出，到2000年前后，二次電池的市場需求巨大，其中鋰離子電池和金屬氫化物鎳電池將占有舉足輕重的地位，鋰離子電池的需求有上升到第一位的趨勢。我國發(fā)展新型-二次電池產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實(shí)意義至少體現(xiàn)在以下方面：改變我國電池工業(yè)的現(xiàn)有嚴(yán)：品格局，使具有高科技特征和高性能水平的新型綠色環(huán)保型；一二次電池逐步在二次電池市場中占據(jù)主導(dǎo)地位+這不僅可以成力新的重大經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)(預(yù)計(jì)新增產(chǎn)值40億一50億元)，而且可以子了入國際市場，使我國電池工業(yè)早日進(jìn)入國際先進(jìn)行列。加速我國電池工業(yè)的無汞化和無鎘化進(jìn)程，勢必大大改善日前電池生產(chǎn)和使用過程中造成的嚴(yán)重環(huán)境污染.逐步滿足我國正迅猛崛起的電子信息產(chǎn)業(yè)(移動通信、筆記本計(jì)算機(jī)、一體化攝像機(jī)等)對新型綠色環(huán)保電池的迫切需求，同時避免國外新型二次電池充斥我國市場局面的出現(xiàn)。表1—5列出我國1997—2000年手機(jī)所需金屬氫化物鎳電池和鋰離子電池的情況，可以看出需求量是極大的。隨著新型二次電池的發(fā)展，無疑對所需電池材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到重大推動作用，按照2億只一3億只AA型Ni/MH電池的生產(chǎn)量計(jì)算，將需要1500t左右的球形高密度Ni(OH)，和2100r左右的高性能儲氫合金。按照1億只18650型鋰離子電池計(jì)算，將需要約12001LiC002等原材料。三、中國新型二次電池的發(fā)展優(yōu)勢1、 政府支持和政策優(yōu)勢我國政府通過各種政府研究基金、研究計(jì)劃、宏觀產(chǎn)業(yè)政策和貿(mào)易政策，對二次電池產(chǎn)業(yè)給予了大力扶持：國家科技部在“九五”計(jì)劃中將“先進(jìn)電池及其材料產(chǎn)業(yè)”列入重大科技專項(xiàng)；在“十五”計(jì)劃中又將“電動汽車研究”列入重大科技專項(xiàng)（電池作為該項(xiàng)研究的核心），并撥巨資予以支撐。2、 自然資源優(yōu)勢鋰、鎳、鉛、錳及稀土礦是四種新型二次電池（鉛酸、鎳鎘、鎳氫和鋰離子電池）關(guān)鍵原材料，我國均有大量的儲藏。中國鋰礦產(chǎn)資源非常豐富，其儲量在世界居于前列。中國鉛礦產(chǎn)資源探明儲量（金屬量）為4199.2萬噸，其中A+B+C級1161萬噸，現(xiàn)鉛保有儲量為3572.81萬噸，其中工業(yè)儲量（A+B+C級）占33.17%，按中國儲量級別A+B+C級儲量與國外同期的儲量基礎(chǔ)相比排居第4位。我國保有錳礦石儲量5.66億噸，其中A+B+C級占40%，為2.27億噸，大約居世界第6位。3、 配套器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展近年來，中國便攜移動通信設(shè)備及計(jì)算機(jī)、電動工具、汽車等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，產(chǎn)生了對鎳氫、鎳鎘、鉛酸和鋰離子等二次電池廣闊的需求市場，促進(jìn)了中國主要二次電池產(chǎn)業(yè)的快速增長。四、總結(jié)從以上分析不難看出，新型電池已經(jīng)或?qū)⒃诎l(fā)展電子信息、新能源及環(huán)境保護(hù)等面向21世紀(jì)的技術(shù)領(lǐng)域中具有舉足輕重的作用和地位，同時新型二次電池已廣泛應(yīng)用十現(xiàn)代化軍事裝備及武器、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域中.基于新型二次電池的重要作用和地位及其廣泛的市場前景.新型二次電池技術(shù)已被看作為面向21世紀(jì)具有戰(zhàn)略意義的軍民兩用技術(shù)-美國非常有影響的巴特爾技術(shù)管理集團(tuán)在發(fā)布到2005年要發(fā)展的10項(xiàng)尖端技術(shù)中，把小型長壽命電池和燃料電池列為僅次于基因組計(jì)劃和超級材料之后的第3項(xiàng)尖端技術(shù)，這意味著二次電池在21世紀(jì)將會有更大的發(fā)展前景。顯然，新型二次電池已經(jīng)在國際上被公認(rèn)為應(yīng)優(yōu)先發(fā)展的技術(shù)。結(jié)合中國的國情，加速發(fā)展新型二次電池及相關(guān)原材料等產(chǎn)業(yè)已是刻不容緩的任務(wù)。參考文獻(xiàn)【1】鐘發(fā)平，中國新型二次電池的發(fā)展優(yōu)勢和薄弱環(huán)節(jié)，中國技成果，2005年第5期【2】 石春梅、曾小勤、常建衛(wèi)等，鎂二次電池的研究現(xiàn)狀，上海交通大學(xué)【3】 我國新型二次電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展步入快車道，電源世界》2005年第4期【4】鐘發(fā)平，中國新型二次電池發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及未來【5】 TarasconJM,ArmandM.Issuesandchallengesfacingrechargeablelithiumbatteries,Nature,2000,414:359-367【6】 WagemakerM,KearleyGJ,VanWellAA,etal.MultipleLipositionsinsideoxygenoctahedrainlithiatedTi