聚合物锂离子电池

电池的发展史

电池的发展史由1836年丹尼尔电池的诞生到1859年铅酸电池的发明，至1883年发明了氧化银电池，1888年实现了电池的商品化，1899年发明了镍-镉电池，1901年发明了镍-铁电池，进入20世纪后，电池理论和技术处于一度停滞时期。但在第二次世界大战之后，电池技术又进入快速发展时期。首先是为了适应重负荷用途的需要，发展了碱性锌锰电池，1951年实现了镍-镉电池的密封化。1958年Harris提出了采用有机电解液作为锂一次电池的电解质，20世纪70年代初期便实现了军用和民用。随后基于环保考虑，研究重点转向蓄电池。镍-镉电池在20世纪初实现商品化以后，在20世纪80年代得到迅速发展。

    随着人们环保意识的日益增加，铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制，因此需要寻找新的可代替传统铅酸电池和镍-镉电池的可充电电池。锂离子电池自然成为有力的候选者之一。

    1990年前后发明了锂离子电池。1991年锂离子电池实现商品化。1995年发明了聚合物锂离子电池，（采用凝胶聚合物电解质为隔膜和电解质）1999年开始商 品化 。现代社会电池的使用范围已经由40年代的手电筒、收音机、汽车、和摩托车的启动电源发展到现在的40-50种用途。小到从电子表手表、CD唱机、移动电话、MP3、MP4、照相机、摄影机、各种遥控器、剔须刀、手枪钻、儿童玩具等。大到从医院、宾馆、超市、电话交换机等场合的应急电源，电动工具、拖船、拖车、铲车、轮椅车、高尔夫球运动车、电动自行车、电动汽车、风力发电站用电池、导弹、潜艇和鱼雷等军用电池。还有可以满足各种特殊要求的专用电池等。电池已经成为人类社会必不可少的便捷能源。

我国电池发展的历程

    我国第一家电池厂于1911年诞生于上海。1921年第一家专业铅蓄电池厂-上海蓄电池厂也建于上海。1941年在延安中央军委三局所属电信材料厂开始生产锌锰干电池和修理铅酸蓄电池。1957年组建机电部电材局化学电源研究室，1958年成为我国第一个专业研究所，既原一机部化学电源研究所（原电子工业部天津电源研究所）。1960年我国第一家碱性蓄电池厂“风云器材厂”在河南新乡正式验收投产。20世纪90年代初，国家开始了“863”重点攻关，使Ni-MH电池的生产化得到了迅速发展。以后国家又开始了锂离子电池“863”重点攻关，希望能借此推动锂离子电池及其材料的国产化。

我国发展锂离子电池生产的必要性

     对于我国目前的电池工业而言，存在的主要问题是环境污染和资源浪费严重。对于环境污染而言，由于我国电池工业的自动化、机械化程度不高，很多企业多为手工操作，导致生产过程中污染很大，对工人身体危害大。干电池行业曾被人戏称为“污染企业”，“黑工业”。这些污染物主要有MnO2粉、HgO、沥青烟、烟雾、石蜡烟气等。其中汞是最受关注的、有剧毒的重金属，极微量的汞对人体有很大毒性。目前发达国家已宣布自1994年起禁止有汞电池的生产和进口。目前我国多数厂家仍然生产有汞电池。铅酸电池行业的主要污染物有Pb、Pbo粉尘、酸雾及废酸等。铅也是毒性较大的重金属，慢性铅中毒主要表现在神经系统受损、肾功能障碍和贫血等。Cd-Ni电池所用原料多为粉状，也存在粉尘污染问题；而且Cd的毒性较大，可以积累在肾脏和骨骼中，引起肾功能失调。另外，骨骼中钙被镉取代，使骨骼软化，疼痛难忍。此外，碱雾、废酸也是重要的污染物。锌锰干电池经常会出现铜绿、冒浆现象，总有一些MH-Ni电池在使用中会出现喷碱或爆裂现象。铅酸蓄电池仍有较大比例为老式开口电池，使用中仍有冒气冒酸现象。

    废旧电池的大量弃用浪费了大量的有用材料。例如对于干电池的银电池而言，我国基本上未加以回收利用，至于价值低的锌锰干电池利用效果更差。

    为了减少污染，保护环境，维护生态平衡以及保护地球上的有限资源，应当尽可能扩大资源种类，选用储量丰富的资源以及利用有利于环保的资源。因此，锂离子电池成为我国必须发展的电池品种。

锂离子电池的特点及应用

一，锂离子电池的特点：

      目前锂离子电池具有以下优点：

      1，能量密度大，体积容量和质量容量分别可达300Wh/cm³和125Wh/kg,最j近可达350Wh/cm³。

     2，平均输出电压高（约3.6V），为Ni-Cd、Ni-MH电池的3倍。

     3，输出功率大。

     4，自放电小，每月在10%以下，不到Ni-Cd\Ni-NH自放电的一半。

     5，没有Ni-Cd\Ni-NH电池一样的记忆效应。

     6，循环性能优越。

     7，可快速充放电。

     8，充电效率高。可达100%。

     9，工作温度范围宽为-25~45Cº，期望值-40~70Cº。

          10，残留余量的测试比较方便。

     11，不需要维修。

     12，没有环境污染，称为绿色电池。

     13，使用寿命长，可达1200次左右。

二， 锂离子电池的主要应用：

     1，移动电话的应用；

    随着手机向轻、薄、短、小化的发展，对体积小而容量大的电池需要也就相应增强，这样就可以省下大量的空间。要使手机可以最小型化，只有锂离子电池是最好的电源。截止2003年10月我国已经有手机2.45亿部，每年新手机的用户还以15%-25%左右的速度在增加。而且每年新手机的更换率大约在25%左右，所以锂离子电池的需求就越来越大。

     2，笔记本电脑的应用；

     就日本国内的笔记本电脑的生产情况以及今后的预测，每年笔记本电脑的生产增长率10%-30%，2005年可达12068万台，按照每年的产量增长情况，只就笔记本电脑一项，世界各国的笔记本产量和锂电池用量就可想而知。

     3，电动自行车的应用；

     根据有关方面预测，我国人口总量将控制在16-17亿之间。是美国人口的6倍，德国的20倍。在美国平均1.5人1辆汽车，德国平均1.33人1辆汽车，随着中国经济的发展，汽车的拥有量不断增加。如果达到美国的经济发展水平，那么中国的气油消耗量将相当于目前中东地区产油量的2倍。显然是不现实的，应当依靠其它方法来解决。因此，电动自行车开始是目前较为理想的选择之一。因为电动自行车在行使时不会产生环境污染。我国的自行车拥有量相当大，号称自行车王国。从电动车的发展和产业化从电动自行车开始起步更符合中国国情，从居民平均收入水平和大众需求来看，电动自行车更容易普及和推广，电动自行车是助力自行车最好的替代品。从交通方面而言，我国有关部门在2003年已有定论，电动自行车可不作为机动车使用。但目前我国的电动自行车大部分还是采用的铅酸电池作为动力。则电池的本身质量就有十几公斤。如果采用锂离子电池，电池的质量只有约3公斤。所以，锂离子电池代替电动自行车的铅酸电池是必然趋势，这样电动自行车的轻快、便捷、安全、廉价将会受到越来越多人士的欢迎。以北京市为例，随着交通部门对电动自行车限制的放松，市场需求将达到100万辆。全国的需求量就可想而知了，

     4，电动汽车的应用；

     对我国而言，汽车污染日益严重，尾气、噪音等对环境的破坏到了必须加以控制和治理的程度，特别是在一些人口稠密、交通拥挤的大中城市情况变得更加严重。以我国上海市为例；1995年市中心城区内机动车的CO、CxHy、NOx、排污负荷分别占该城区内相应排放总量的76%、93%、和44%。如不采用措施，预计到2010年机动车排污负荷将进一步分别升到94%、98%、75%。同时，就目前中国的石油资源供应而言，2004年我国将取代日本成为世界第二石油消费大国。因此，发展新一代电动汽车和混合电动汽车作为无污染、少污染、能源多样化配置的新型交通工具将成为必然趋势。

         电动汽车发展的预测；

      1997年10月广东已经引进了20辆电动汽车，把佛山作为电动汽车的推广示范城市。

      2008年，北京举办2008年绿色奥运会将采用电动汽车并提供交通运输。

      2010年，瑞士预计达到20万辆电动汽车的生产目标。

      5，在航空航天方面的应用；

      由于锂离子电池具有很强的优势，因此目前已经用于火星着陆器和火星漫游器。在今后的系列探测任务（2005年到2007年）也将采用锂离子电池。除了美国航空航天局的星际探索外，其它航天组织也在考虑将锂离子电池应用于航天任务中。目前锂离子电池在航空领域的主要作用是为发射和飞行中的校正、地面操作提供支持；同时有利于提高一次电池的功效并支持夜间作业。

      6，在军事方面的应用；

      对于军队而言，目前锂离子电池除了用于军事通信外，还用于尖端武器，如鱼雷、潜艇、导弹等；由于

锂离子电池具有非常好的性能，能量密度高，质量轻，可促进武器的灵活性。

      7，其它方面的应用；

       小到从电子表手表、CD唱机、移动电话、MP3、MP4、照相机、摄影机、各种遥控器、剔须刀、手枪钻、儿童玩具等。大到从医院、宾馆、超市、电话交换机等场合的应急电源，电动工具。

聚合物锂离子电池的生产设备

        锂离子电池在目前已经是国民经济各个领域必不可少新的能源途径，聚合物锂离子电池是锂电池中的一种性能更为优良的锂离子电池。它的成套设备和锂离子电池的成套设备有不同的生产工艺和方式。以前，大部分设备靠进口。2000年后，西安泰格尔机电设备制造有限公司吸取进口设备的先进工艺，结合国内的实际生产要求，研制出了成套的聚合物离子锂电池的生产设备。其中包括由聚合物膜片的涂布机、双工位三层连续复合机、预热型热压复合机、恒压力冷压机、极片膜切机、全自动连续极片膜切机、网状极片涂胶机、电池芯切边机、电池芯折边机、叠片机、封边封口机、干燥箱，手套箱、不锈钢搅拌反应釜等成套设备。已经基本代替了进口设备。而且部分设备的主要技术性能和指标已经超过了进口设备。设备已经行销到广东东莞新能源科技有限公司、珠海尼尔生电能材料有限公司、现代能源科技（武汉）有限公司、咸阳威力克能源有限公司、黑龙江中强能源科技有限公司、黑龙江环跃矿用电器设备有限公司、吉林省巨力电池有限公司等十几家大型电池生产企业。其中东莞新能源科技有限公司的三层连续复合车间，和极片涂布车间的大部分设备都是西安泰格尔公司的设备。由该设备生产的产品已经有大部分出口到国外。

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