新型綠色電池的發(fā)展及在信息通信產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景

1、新型綠色電池的發(fā)展及在信息通信產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景概述近年來，國內(nèi)外信息技術(shù)發(fā)展異常迅猛，由此而形成的信息通訊產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。由此也極大地推動了新型綠色電池技術(shù)的發(fā)展及其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。作為通信使用的電池，以下新型綠色電池技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展尤為迅速。1.貯氫材料及金屬氫化物鎳蓄電池2.鋰離子嵌入材料及液態(tài)電解質(zhì)鋰離子蓄電池3.聚合物電解質(zhì)鋰蓄電池或鋰離子蓄電池4.鋅空氣電池和PEM燃料電池除以上外，針對我國通信產(chǎn)業(yè)的高速增長，我國電池工業(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。新型綠色環(huán)保電池簡介新型綠色環(huán)保電

2、池是指近年來已投入使用或正在研制、開發(fā)的一類高性能、無污染電池。目前已經(jīng)大量使用的金屬氫化物鎳蓄電池、鋰離子蓄電池和正在推廣使用的無汞堿性鋅錳原電池和可充電電池以及正在研制、開發(fā)的鋰或鋰離子塑料蓄電池和燃料電池等都屬于這一范疇。此外，目前已廣泛應(yīng)用并利用太陽能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的太陽電池（又稱光伏發(fā)電），也可列入這一范疇。金屬氫化物鎳蓄電池（NiMH）與鎘鎳蓄電池（NiCd）有相同的工作電壓（1.2V），但由于采用稀土合金或TiNi合金貯氫材料作為負(fù)極活性物質(zhì)，取代了致癌物質(zhì)鎘，不僅使這種新型電池成為一種綠色環(huán)保電池，而且使電池的比能量提高了近40，達(dá)到60-80Wh/kg和210-240Wh/L。

3、這種電池是90年代初逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并且首先使用于手機(jī)電池。目前雖然它在手機(jī)上的主導(dǎo)地位逐步被鋰離子電池取代，但是在歐美手機(jī)應(yīng)用中，其市場占有率仍在50左右。鋰離子蓄電池（Li-ion）系由可使鋰離子嵌入及脫嵌的碳作負(fù)極，可逆嵌鋰的金屬氧化物作正極（LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4）和有機(jī)電解質(zhì)構(gòu)成，其工作電壓為3.6V，因此一個(gè)鋰離子電池相當(dāng)于三個(gè)鎘鎳或金屬氫化物鎳電池。由此這種電池的比能量是可以超過100Wh/kg和280Wh/L，又大大超過了金屬氫化物鎳蓄電池的比能量。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，自1993-2000年短短的幾年中，其生產(chǎn)量和使用量以極高的速度增長。堿性鋅錳干電池（alkal

4、ine）較同尺寸普通干電池具有更高的容量，并具有大電流放電的能力。近年來已應(yīng)用了無汞鋅粉，因此使這種電池成為一種綠色電池，并成為原電池中的主流產(chǎn)品，目前堿性鋅錳干電池仍然是BP機(jī)使用最多的電源。同時(shí)，世界各國也關(guān)注這種電池的可充性，美國一家公司已推出可充堿錳電池，產(chǎn)品應(yīng)用緩慢增長中。這種電池保持了原電池的放電特性，而且能再充電使用幾十次至幾百次（深充放電循環(huán)壽命約25次）。鋰塑料蓄電池（LIP）是金屬鋰為負(fù)極，導(dǎo)電聚合物作電解質(zhì)的新型電池，其比能量已達(dá)到170Wh/kg和350Wh/L。鋰離子塑料蓄電池則是將目前鋰離子蓄電池中的有機(jī)電解液貯存于一種聚合物膜中，或是使用導(dǎo)電聚合物為電解質(zhì)，使電池

5、中無游離電解液。這種電池可以用鋁塑料復(fù)合膜實(shí)現(xiàn)熱壓封裝，具有重量輕、形狀可任意改變，安全性更好的特點(diǎn)。燃料電池（FC）則是一種利用燃料（如氫氣或含燃料）和氧化劑（如純氧或空氣中的氧）直接連續(xù)發(fā)電的裝置，由于避開了卡諾循環(huán)的限制，這種發(fā)電裝置不僅效率高（電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)40以上），且無污染氣體排出，因此是未來的高效和清潔發(fā)電方式。國內(nèi)外許多公司都在致力于發(fā)展適合手機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)的PEM燃料電池，一旦投入應(yīng)用，其經(jīng)濟(jì)效益極大。密封鉛酸蓄電池是鉛酸蓄電池的一種。世界新型綠色電池發(fā)展及應(yīng)用市場和前景2001年日本野村株式會社公布了一份詳細(xì)的調(diào)查報(bào)告，表明由1999年4月至2000年3月，世界

6、原電池和蓄電池市場總額已達(dá)285億美元，其中原電池市場總額為101億美元，鉛酸蓄電池市場總額為118億美元，而小型蓄電池市場總額也達(dá)65億美元。同時(shí)明確指出，在小型電池市場中，新型金屬氫化物鎳電池、鋰離子電池和聚合物鋰離子電池自90年代以來的10年中，增長額達(dá)到了3倍，而且小型電池中鋰離子電池和聚合物鋰離子電池市場需求將成繼續(xù)上升熱頭，這也正是與它們在手機(jī)中的應(yīng)用比例繼續(xù)增加相關(guān)聯(lián)的。新型金屬氫化物鎳蓄電池是1988年剛進(jìn)入實(shí)用階段的，1990年在日本即投入了大規(guī)模生產(chǎn)。1998-1999年，三洋、松下和東芝形成了三足鼎立的局面，它們分別占有市場份額40，30和20，而生產(chǎn)能力都已達(dá)到1500

7、萬只/月。最近報(bào)道，三洋購置了東芝的生產(chǎn)工廠，從而使其生產(chǎn)能力大大增加，成為世界第一位。此外，日本日立，湯淺和新神戶等也已逐步形成規(guī)模生產(chǎn)能力。當(dāng)前，大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品已包括圓柱形AAA系列（AAA和LAAA）；AA系列（AA和4/5AA），A系列（4/3A和4/5A）和方形電池系列（F5和F6等），其中AAA系列、AA系列和方形電池系列產(chǎn)品主要用于手機(jī)等，而A系列產(chǎn)品主要用于筆記本計(jì)算機(jī)等。實(shí)際上，目前日本各廠生產(chǎn)的金屬氫化物鎳蓄電池的性能仍在不斷提高，AA電池容量已達(dá)1500mAh，其中三洋公司的AA電池的標(biāo)稱容量已達(dá)1500-1600mAh；最適用于大哥大的AAA電池，容量已從500mAh

8、提高至700-750mAh。而4/3A電池的容量為4000mAh-5000mAh，這種電池的體積比能量達(dá)300Wh/L以上，一度曾超過鋰離子蓄電池的水平。當(dāng)今日本是鋰離子蓄電不也的最大生產(chǎn)國，自1990年鋰離子電池由日本SONY公司研制成功后，日本幾家大電池公司都相繼走向產(chǎn)業(yè)化。1999年，Sony公司的月產(chǎn)能力已達(dá)1000萬只，三洋和東芝的合資公司（AT）緊追其后，為500萬只/月，松下為400萬只/月，其它還有日立、富士、日本Moli等也已有相當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模。但到2000年，三洋的生產(chǎn)能力已超過其他公司，成為世界最大的鋰離子電池生產(chǎn)公司，其市場份額已達(dá)30左右。除去加速擴(kuò)大小型電池生產(chǎn)規(guī)模之外

9、，各國對這一新體系的研究工作方興未艾，在小型電池領(lǐng)域主要集中于兩個(gè)方面：（1）繼續(xù)尋找新材料，進(jìn)一步提高電池性能和降低電池成本?，F(xiàn)在在多數(shù)電池產(chǎn)品中作用LiCoO2o也已有小部分產(chǎn)品（日本Moli方形電池）開始使用LiNio.8Coo.2O2及LiMn2O4替代，前者可以提高電池的比能量，而后者可以降低電池的成本。負(fù)極材料碳是多種多樣的，最近發(fā)現(xiàn)天然石墨不僅價(jià)格適宜，而且可以達(dá)到很高的比容量和低的容量損失（由原6降至4以下）。另外，對電解質(zhì)材料和隔膜材料的研究也在繼續(xù)進(jìn)行中。（2）產(chǎn)品性能不斷提高，產(chǎn)品規(guī)格品種不斷增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。由于手機(jī)越來越小，小型方形電池受到青睞，為了降低重量，日

10、本三洋公司的方形電池已采用了鋁外殼，并解決了由此帶來一系列密封及焊接等關(guān)鍵技術(shù)問題。同時(shí)，隨著新材料的應(yīng)用及電池優(yōu)化設(shè)計(jì)，鋰離子電池的比能量已從最初的100Wh/kg升至150Wh/kg以上。其中，日本各公司生產(chǎn)的18650型電池容量皆已達(dá)到1800mAh，而研制的產(chǎn)品則已達(dá)2000mAh，同時(shí)方形電池厚度3.8mm的鋰離子電池已成為大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品，其重量和體積比能量分別達(dá)160Wh/kg和360Wh/L，這種電池顯然是針對聚合物鋰離子電池而研制的競爭產(chǎn)品。我國新型綠色電池發(fā)展及應(yīng)用市場現(xiàn)狀和前景自90年代以來，我國正日趨成為世界上最大的電池生產(chǎn)國和最大的電池消耗國，據(jù)2000年1月20日，

11、我國中央電視臺發(fā)布的消息：1999年底，我國電池年產(chǎn)量達(dá)140億只，其中國內(nèi)消耗量60億只，人均達(dá)5只。到2000年底，我國全年電池產(chǎn)量又增至170億只，國內(nèi)消耗量增至70億只，人均消耗量達(dá)6.6只。我國在個(gè)人或家庭消費(fèi)中，用于BP機(jī)、手機(jī)、無繩電話的電池量正處于迅速增長之中。以下就與通訊用電池的相關(guān)產(chǎn)業(yè)和市場發(fā)展作一簡要說明和分析。（一）中國原電池產(chǎn)業(yè)近幾十年，中國原電池產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)見下表：在以上統(tǒng)計(jì)數(shù)字中，堿性鋅錳電池的產(chǎn)量增長最為迅速，這與尋呼機(jī)用戶及家用電器的不斷增長相關(guān)聯(lián)。具體年度生產(chǎn)量列如下表中：我國在1998年以前堿性鋅錳電池自動化裝配線基本都是進(jìn)口的、絕大多數(shù)堿性鋅錳電池生產(chǎn)線為國

12、外進(jìn)口。1998年1月8日，第一條國產(chǎn)LR6型堿性鋅錳電池生產(chǎn)線在寧波的信達(dá)公司建成。這一生產(chǎn)線在外觀、材料選擇、工藝及電子控制上都進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新。它已達(dá)到90年代進(jìn)口設(shè)備的同期國際先進(jìn)水平。最近，我們最大的堿性鋅錳電池生產(chǎn)廠南孚公司又自行設(shè)計(jì)并制造了一條LR6系列的自動組裝生產(chǎn)線，最高速度可達(dá)400只/分，并通過初評獲2001年度國家高科技進(jìn)步獎(jiǎng)。該公司2000年產(chǎn)量為4.5億只，與1999年相比增加了50。這一生產(chǎn)力已列入世界堿性電池最大制造商的前10位，其產(chǎn)品類型齊全，正投入生產(chǎn)的有LR20，LR14，LR6，LR03，6LR61系列產(chǎn)品。近來，還有一些新的堿性鋅錳電池生產(chǎn)廠家在國內(nèi)相

13、繼成立。其中1999年，四川綿陽成立長虹電池公司，該廠從日本東芝（TOSHIBA）公司引進(jìn)了四條LR6堿性鋅錳電池生產(chǎn)線。每條線生產(chǎn)速度為300只/分，并且其產(chǎn)品具有不含汞，高容量的特點(diǎn)。勁量中國公司經(jīng)過兩年的建設(shè)，近期在天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建成了堿性鋅錳電池生產(chǎn)線。金霸王在廣東省東莞市建廠生產(chǎn)堿性鋅錳電池。其生產(chǎn)速度為450只/分。為了適應(yīng)環(huán)保的需要，我國也提出了消除原電池中的汞含量的目標(biāo)，為此制定了相應(yīng)的法規(guī)，并從今年初開始執(zhí)行：1.自2001年1月1日起，禁止生產(chǎn)汞含量超過重量百分比0.025的原電池產(chǎn)品。2.2005年1月1日起，禁止生產(chǎn)汞含量超過重量百分比0.0001的Zn/MnO2堿

14、性電池。為了配合原電池?zé)o汞化的進(jìn)程，1999年11月，比利時(shí)五礦公司和上海有色金屬集團(tuán)公司在上海合資成立無汞鋅粉制造廠。該公司可提供無汞堿性電池用的鋅粉。同時(shí)，還有數(shù)家中國材料生產(chǎn)廠也已開始生產(chǎn)和供應(yīng)無汞鋅粉。此外，湘潭電化集團(tuán)公司新近建成年產(chǎn)量為6000T電解二氧化錳的無汞堿性鋅錳電池正極材料，該廠產(chǎn)品質(zhì)量性能可達(dá)國際同類產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)。從原電池產(chǎn)業(yè)看，我們進(jìn)入WTO后，產(chǎn)品的競爭力是比較強(qiáng)的，這可以從目前國內(nèi)市場上的價(jià)格比較看出，如下表中所示：（二）我國金屬氫化物鎳電池和鋰離子電池產(chǎn)業(yè)我國新型金屬氫化物鎳產(chǎn)業(yè)是在“863”計(jì)劃推動下發(fā)展起來的，目前國內(nèi)已形成一定規(guī)模生產(chǎn)能力的企業(yè)有：天津和平

15、海灣公司、天津藍(lán)天三洋公司、天津津川公司、廣東省太乙和佳力公司、遼寧省三浦公司、江蘇啟東公司和浙江中大公司等，其中和平海灣金屬氫化物鎳電池年產(chǎn)能力為4000萬只，主要生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)是由日本原東芝公司引進(jìn)的，現(xiàn)生產(chǎn)的AAA型電池標(biāo)稱容量為600mAh。近期AAA型電池標(biāo)稱容量將增至700mAh。此外，還生產(chǎn)方形F6電池等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品主要都用于手機(jī)。我國的新型鋰離子電池研制首先是由信息產(chǎn)業(yè)部電子十八所于1992年開始的，并于1998年建成了年產(chǎn)30萬只圓柱電池生產(chǎn)線。1999年在天津市的支持下建成了力神公司。力神公司擁有我國第一條鋰離子電池自動化生產(chǎn)線。自2000年開始經(jīng)過Motorola公司9

16、個(gè)月的認(rèn)證，于今年6月18號由Motorola公司向力神公司正式頒發(fā)了產(chǎn)品合格證書和合格供應(yīng)商證書。這標(biāo)志著我國鋰離子電池產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。與此同時(shí)力神公司已啟動第二期工程，將于今年年底由現(xiàn)有年產(chǎn)150由于手機(jī)越來越小，小型方形電池受到青睞，為了降低重量，日本三洋公司的方形電池已采用了鋁外殼，并解決了由此帶來一系列密封及焊接等關(guān)鍵技術(shù)問題。同時(shí)，隨著新材料的應(yīng)用及電池優(yōu)化設(shè)計(jì)，鋰離子電池的比能量已從最初的100Wh/kg升至150Wh/kg以上。其中，日本各公司生產(chǎn)的18650型電池容量皆已達(dá)到1800mAh，而研制的產(chǎn)品則已達(dá)2000mAh，同時(shí)方形電池厚度3.8mm的鋰離子電池已

17、成為大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品，其重量和體積比能量分別達(dá)160Wh/kg和360Wh/L，這種電池顯然是針對聚合物鋰離子電池而研制的競爭產(chǎn)品。我國新型綠色電池發(fā)展及應(yīng)用市場現(xiàn)狀和前景自90年代以來，我國正日趨成為世界上最大的電池生產(chǎn)國和最大的電池消耗國，據(jù)2000年1月20日，我國中央電視臺發(fā)布的消息：1999年底，我國電池年產(chǎn)量達(dá)140億只，其中國內(nèi)消耗量60億只，人均達(dá)5只。到2000年底，我國全年電池產(chǎn)量又增至170億只，國內(nèi)消耗量增至70億只，人均消耗量達(dá)6.6只。我國在個(gè)人或家庭消費(fèi)中，用于BP機(jī)、手機(jī)、無繩電話的電池量正處于迅速增長之中。以下就與通訊用電池的相關(guān)產(chǎn)業(yè)和市場發(fā)展作一簡要說明和分

18、析。（一）中國原電池產(chǎn)業(yè)近幾十年，中國原電池產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)見下表：在以上統(tǒng)計(jì)數(shù)字中，堿性鋅錳電池的產(chǎn)量增長最為迅速，這與尋呼機(jī)用戶及家用電器的不斷增長相關(guān)聯(lián)。具體年度生產(chǎn)量列如下表中：我國在1998年以前堿性鋅錳電池自動化裝配線基本都是進(jìn)口的、絕大多數(shù)堿性鋅錳電池生產(chǎn)線為國外進(jìn)口。1998年1月8日，第一條國產(chǎn)LR6型堿性鋅錳電池生產(chǎn)線在寧波的信達(dá)公司建成。這一生產(chǎn)線在外觀、材料選擇、工藝及電子控制上都進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新。它已達(dá)到90年代進(jìn)口設(shè)備的同期國際先進(jìn)水平。最近，我們最大的堿性鋅錳電池生產(chǎn)廠南孚公司又自行設(shè)計(jì)并制造了一條LR6系列的自動組裝生產(chǎn)線，最高速度可達(dá)400只/分，并通過初評獲2001

19、年度國家高科技進(jìn)步獎(jiǎng)。該公司2000年產(chǎn)量為4.5億只，與1999年相比增加了50。這一生產(chǎn)力已列入世界堿性電池最大制造商的前10位，其產(chǎn)品類型齊全，正投入生產(chǎn)的有LR20，LR14，LR6，LR03，6LR61系列產(chǎn)品。近來，還有一些新的堿性鋅錳電池生產(chǎn)廠家在國內(nèi)相繼成立。其中1999年，四川綿陽成立長虹電池公司，該廠從日本東芝（TOSHIBA）公司引進(jìn)了四條LR6堿性鋅錳電池生產(chǎn)線。每條線生產(chǎn)速度為300只/分，并且其產(chǎn)品具有不含汞，高容量的特點(diǎn)。勁量中國公司經(jīng)過兩年的建設(shè)，近期在天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建成了堿性鋅錳電池生產(chǎn)線。金霸王在廣東省東莞市建廠生產(chǎn)堿性鋅錳電池。其生產(chǎn)速度為450只/分

20、。為了適應(yīng)環(huán)保的需要，我國也提出了消除原電池中的汞含量的目標(biāo)，為此制定了相應(yīng)的法規(guī)，并從今年初開始執(zhí)行：1.自2001年1月1日起，禁止生產(chǎn)汞含量超過重量百分比0.025的原電池產(chǎn)品。2.2005年1月1日起，禁止生產(chǎn)汞含量超過重量百分比0.0001的Zn/MnO2堿性電池。為了配合原電池?zé)o汞化的進(jìn)程，1999年11月，比利時(shí)五礦公司和上海有色金屬集團(tuán)公司在上海合資成立無汞鋅粉制造廠。該公司可提供無汞堿性電池用的鋅粉。同時(shí)，還有數(shù)家中國材料生產(chǎn)廠也已開始生產(chǎn)和供應(yīng)無汞鋅粉。此外，湘潭電化集團(tuán)公司新近建成年產(chǎn)量為6000T電解二氧化錳的無汞堿性鋅錳電池正極材料，該廠產(chǎn)品質(zhì)量性能可達(dá)國際同類產(chǎn)品技

21、術(shù)指標(biāo)。從原電池產(chǎn)業(yè)看，我們進(jìn)入WTO后，產(chǎn)品的競爭力是比較強(qiáng)的，這可以從目前國內(nèi)市場上的價(jià)格比較看出，如下表中所示：（二）我國金屬氫化物鎳電池和鋰離子電池產(chǎn)業(yè)我國新型金屬氫化物鎳產(chǎn)業(yè)是在“863”計(jì)劃推動下發(fā)展起來的，目前國內(nèi)已形成一定規(guī)模生產(chǎn)能力的企業(yè)有：天津和平海灣公司、天津藍(lán)天三洋公司、天津津川公司、廣東省太乙和佳力公司、遼寧省三浦公司、江蘇啟東公司和浙江中大公司等，其中和平海灣金屬氫化物鎳電池年產(chǎn)能力為4000萬只，主要生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)是由日本原東芝公司引進(jìn)的，現(xiàn)生產(chǎn)的AAA型電池標(biāo)稱容量為600mAh。近期AAA型電池標(biāo)稱容量將增至700mAh。此外，還生產(chǎn)方形F6電池等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品主