美國鋰電池產業(yè)概況

1、美國鋰電池發(fā)展介紹1美國是世界上鋰電池工業(yè)最發(fā)達的國家。美國鋰電池大約有 50 年的發(fā)展史，也就是說從 50 年代開始美國已經開始開發(fā)鋰電池了。 現(xiàn)在已經成為世界上鋰電池產品品種最多的國家。 60 年代以前美國 鋰電池的主要應用市場是工業(yè)和民用領域。在 70 年代以后的冷戰(zhàn)期 間，因美、蘇兩個超級大國加強軍備競賽形勢的需要，故美國鋰電池 的主要市場是軍事應用。從 90 年代初開始，隨著美、蘇兩國軍備競 賽減弱，美國鋰電池應用方向又開始逐漸轉向工業(yè)和民用領域。 美國 鋰電池生產主要體現(xiàn)在一次鋰電池方面，其中大部分實現(xiàn)了商品化， 如一次鋰電池 Li/SO2、Li/MnO 2、Li/I 2和 Li/

2、SOCl 2等。美國一次鋰電 池今后的發(fā)展方向是提高大電流放電性能， 以及進一步謀求濫用條件 下安全問題的解決。美國鋰電池的研發(fā)工作主要集中在二次鋰電池 （即人們常說的再充電池，或可充電池，或可再充電池） 。直到 90 年 代末美國的包括鋰離子電池在內的全部鋰電池品種的安全問題才得 到了基本解決， 其應用也才由軍用逐漸大批量地轉向民用。 電池市場 專家聲稱，美國 2000 年以后美國軍用鋰電池的比重下降到了 10%， 遠低于民用鋰電池的比重。他預計在 21 世紀里美國鋰電池將廣泛用 于民用電器，前景十分看好。2鋰電池發(fā)展概況美國鋰電池的發(fā)展目標是希望鋰電池能取代目前所用傳統(tǒng)電池的15%。為了實

3、現(xiàn)這一目標，美國有計劃地發(fā)展鋰電池。從70年代初到80年代初的十年間美國鋰電池發(fā)展并不快， 如1979年鋰電池總 銷售額在整個電池市場中所占比重為 1.6%, 1982年為2%。然而在 此以后生產迅速提高了。1987年全世界鋰電池總產值達到10億美元， 而1987年美國僅是用于相機閃光燈的9伏矩形一次鋰電池產值便達 到了 1億美元，占全世界的10%。這表明，80年代末期美國一次鋰 電池生產發(fā)展很快。自1987年以來美國鋰電池以40%/年的速率增長。 按應用領域劃分，美國一次鋰電池可分為以下四個領域。 美國生產一 次鋰電池所研制的陰極列于表1。表1一次鋰電池的陰極系列陰極 系列分子量化合價變化密

4、度g/cm3理論電量Ah/gAh/cm 3g/AhSO26411.370.4192.39SOCI211921.630.4502.22SO2CI213521.660.3972.52Bi2O346668.50.352.972.86Bi2Pb2O5912109.00.292.643.41(CF)2(31)n 12.70.862.321.16CuCl2134.523.10.401.222.50CuF2101.622.90.531.521.87CuO79.626.40.674.261.49CuS95.624.60.562.571.79FeS87.924.80.612.951.64FeS2119.944.

5、90.894.351.12MnO 286.915.00.311.543.22MoO 314314.50.190.845.26Ni3S224040.472.12AgCl143.315.60.191.045.26Ag 2CrO4331.825.60.160.906.25V2O5181.913.60.150.536.662.1軍用鋰電池熱電池該種電池為一次儲備型電池，它是美國70年代研制的。美國生產熱電池使用的陽極為金屬 Li、Li-AI、Li-B和Li-Si合金等。使用的 陰極為FeS和CuCl2等。該種電池的突出特點是使用的電解質為 LiCI-KCI熔融鹽。最理想的應用是軍事工業(yè)，如作炮彈、火箭

6、、炸彈、 導彈、假目標、干擾機、海軍魚雷及核武器的電源。其中LiAI/FeS 2和LiSi/FeS2電池在導彈、核武器和火炮方面獲得了成功應用。美國 生產的典型熱電池是LiSi/FeS2，其中一個型號的重量達到了2700g,體積為652cm3,工作電壓為2436V,工作電流為3.1A,壽命為13min.。 美國海上武器中心擬訂的導彈用鋰電池性能發(fā)展目標列于表2。從表中看出，海軍導彈用熱電池發(fā)展目標中全是鋰電池。這說明美國十分重視鋰電池的開發(fā)。表2海軍導彈鋰電池性能目標電池牛產比能量Wh/kg比功率W/kg工作壽 命 min.儲存壽命年應用現(xiàn)在：鈣系列熱電池228800. 17515導彈引信 炮

7、彈引信目標：鋰陽極熱電池8926400. 332020導彈引信炮彈引信現(xiàn)在：鋅銀電池，鈣系列熱電池2244660215515導彈制導 與控制目標：常溫鋰電池鋰陽極熱電池8844033002301020導彈制導與 控制2O5 電池該種電池為常溫一次儲備型電池。陰極由90wt%V2O5和10wt%石墨組成，電解液為 2mol./LLiAsF 6或0.4mol./LLiBF 4的甲酸甲酯溶 液，隔膜為非編織狀的聚丙烯膜，外殼為不銹鋼。結構形式為扣式、 碳包式圓筒型和方型。這個系列大多用作小型炮彈引信電源和某些特 殊用途。主要生產公司是美國Honeywell公司。美國 Li/V 2O5與Li/SOCl

8、2電池的比較列于表 3。2、Li/SOCl 2和 U/SO2CI2 電池三種電池均屬于一次儲備型電池。Li/SO2電池被美國稱為先進電 池，是美國主要鋰電池產品之一。Li/SOCl2電池產量高，增長速度最 快，是美國實際應用的電池系列中比能量最高的一種，軍用大型大容量電池可達 500Wh/kg(900Wh/L)。U/SO2CI2 電池具有勝過 Li/SOCl2 電池的潛在優(yōu)勢。與后者相比，前者的唯一不同之處是陰極的鎳網或 不銹鋼網上帶有碳和黏合劑的 SO2CI2。三種電池所使用的材料和性能 列于表4。表3美國Li/V 2O5與Li/SOCl 2電池性能比較電池溫度C電壓V容量mAh體積cm3重

9、量g比能量Wh/kgWh/LLi/V 2O5-37573.151605.11050.498.8G2659 型-37573.301805.11059.4116.5Li/SOCl 2-37573.053005.110.587.1179.4G26591B1 型-37573.604505.110.5154.3317.6表4三種電池所使用的材料和性能比較電池Li/SO 2Li/SOCl 2Li/SO 2Cl2陰極在鋁網上帶有碳:在鎳網上或不銹鋼網上帶SO2CI2和黏合劑的SO2有碳和黏合劑的SOCl2電解液乙腈(AN ) /LiBrSOCD+LiAICI 4SOCl2+LiAICI 4隔膜聚丙烯玻璃氈或

10、纖維紙玻璃氈或纖維紙外殼鍍鎳鋼鍍鎳鋼或不銹鋼鍍鎳鋼或不銹鋼工作電壓，V2.72.9(20 C)卷式圓筒型電池在 3V以上比能量，Wh/kg280大型大容量電池為 500工作溫度，c-5570-4070-4070適用型號圓筒型:方型、扁圓型和圓筒型螺旋卷繞式主要應用軍用便攜監(jiān)視器 無線電收發(fā)機大型10000Ah的電池用于導彈 發(fā)射井作動力電源軍用領域主要廠家Duracell co.,et.al聯(lián)合碳化物、GTE、Altus和Ho- neywell四個公司Willson-Greatbatch、GTE公司1.工業(yè)電子儀器用鋰電池 2 電池該領域用的是小型小電流放電的圓筒型結構的 Li/SOCl2電池

11、，用 作存儲器、儀器儀表和小型電子設備電源。 美國生產該種電池用的材 料、工藝及生產廠家與大型大容量 Li/SOCl2電池的相同（見表4）。2. 2. 2Li/MnO 2 電池美國生產該種電池所用的材料及其性能列于表 5。該種電池使用 安全，對環(huán)境沒有污染，成本低，價格可與傳統(tǒng)電池競爭。因此，在 美國它是首先商品化的一種固體陰極鋰電池。目前它主要用于存儲 器、計算器和用于馬達驅動等較大功率電子設備。表5 Li/MnO 2電池的材料和性能結構部件及性能項目部件材料及性能數據陰極在骨架上涂有黏合劑的 MnO 2電解液溶劑 PC+DME,溶質 LiClO 4外殼電池公司使用鍍鎳鋼或不銹鋼隔膜聚丙烯適

12、用型號只適合于做成硬幣式或圓筒型工作電壓（20C）, V2. 72.8比能量，Wh/kg200工作溫度，c-2055儲存壽命（25 C ）,年5廠家結構型式硬幣式，卷繞式圓筒型生產廠家duracell223 Li/ (CF) n 電池該種電池由Eagle-picher公司所生產，也是美國作為商品的固體陰極一次鋰電池。它的吸引力在于其儲存壽命長。小功率電池可用于印刷電路板安裝的電源，扣式電池可用作計算器和存儲器等的直流電 源。小容量小型針桿式電池可用作發(fā)光二極管及微型電子設備的電 源，大型圓筒和方型電池也可用作電臺接收機、 遙測裝置和攝影設備 的電源。柯達公司圓盤形相機使用 BR2/3型電池（表

13、6）表6 Li/（CF） n電池材料和性能結構部件及性能項目部件材料及性能數據陰極在鎳骨架上帶有碳和黏合劑的 CF電解液溶劑:BL+THF, PC+DME ;溶質：LiAsF 6, LiBF 4外殼鍍鎳鋼或不銹鋼隔膜聚丙烯適用型號宜于制成扣式和圓筒型（至 5Ah ）工作電壓，V2.62.7比能量，Wh/kg200工作溫度，c-2060主要應用工業(yè)電子儀器廠家結構型式多為扣式，也有圓筒型生產廠家Eagle-picher4CrO 2 電池該種電池的陰極為加有碳的 Ag4CrO2片，電解液的溶劑為碳酸丙烯酯,溶質為LQIO4,隔膜為聚丙烯，外殼為鍍鎳鋼或不銹鋼，工作電壓 為2.53.2V,比能量為2

14、75Wh/kg,工作溫度為-1055C。特點是體積比 能量高，成本高，儲存壽命長?？芍瞥杀庑突蚩凼?、方型及D型電池。在要求高可靠性、長擱置壽命和工作時間超過10年的低倍率放電的存儲裝置應用方面，其高價格是可以接受的。它曾用于醫(yī)療方面， 現(xiàn)在主要用于工業(yè)電器。x 電池該種電池適合于制成1/2AA型電池，也可制成圓筒碳包式結構。其特點是電壓高，比能量大，具有低倍率放電能力。故它被指定用于 電子儀器的要求低倍率放電的條件下。3醫(yī)療用鋰電池該領域用的鋰電池主要是 Li/I 2固體電解質鋰電池。此種電池是意大利最早開發(fā)的。60年代末美國催化劑研發(fā)公司(CRC)開始研 制此種常溫電池，70年代初設計并生產

15、出第一代產品，發(fā)現(xiàn)用于心 臟起搏器效果很好?？梢哉f該種電池的應用給當時的心臟起搏器帶來 了一場革命。現(xiàn)在全世界年產35萬臺起搏器中的85%是采用Li/I 2電 池。其工作溫度為25C，電解質為Lil(AI 2O3),陰極為Pb S、PbS、Pbb、TiS2。以前使用的 Li/Ag4CrO2、Li/SOCl2、Li/Pb、Li/CuS 和 Li/MnO 2 電池大部分已經被淘汰。美國 Li/I 2電池廠家和規(guī)格列于表7。表7美國Li/I 2電池廠家和規(guī)格廠家型號容量(Ah)重量(g)體積(cm3)長x寬x高(mm)應用CRC802/353.85418.745x13.5x35起搏器CRC901/2

16、32.5267.445x9.3x23同上WGL761/151.3174.645x8.6x15同上WGL761/232.5277.645x8.6x23同上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民用鋰電池美國生產的用于該領域的鋰電池有Li/(CF)n、Li/MnO 2、Li/FeS和Li/FeS2電池。生產前兩種電池所用材料、工藝和生產廠家與上述 工業(yè)電子儀器用鋰電池的完全相同，這四種電池系列主要用作手表、 計算器、照相機、照相閃光燈、玩具和民用小型電子設備的電源。Li/FeS和Li/FeS2電池系列額定電壓均為1.5V，結構為扁型或扣式， 阻抗較高，功率較低，低溫性能和儲存性能較好，成本也較低。美國 聯(lián)合碳化物公司和Eveready公司生產此兩種電池主要用來代替曾經 在手表、計算器和相機中應用的鋅/氧化銀電池和鋅/氧化汞電池。5鋰電池發(fā)展趨勢美國鋰電池發(fā)展趨勢體現(xiàn)在應用市場的發(fā)展變化方面。本報告第三節(jié)中表8已經表明軍用鋰電池比重下降到15%,遠遠低