《先进电池材料》课件--第一讲-绪论

1、先进电池材料,材料学院本科生课程,参考教材,先进电池材料李景虹 编著，化学工业出版社，2004年出版 动力电池材料胡信国、王殿龙、戴长松编著，化学工业出版社，2013年4月出版 绿色电源材料吴宇平,张汉平,吴锋等著，化学工业出版社，2008年7月出版 新能源材料及其应用技术：锂离子电池、太阳能电池及温差电池 李建保，李敬锋主编，清华大学出版社，2005年11月出版 太阳电池材料杨德仁主编，化学工业出版社，2011年2月出版,课程主要内容,第1章 概论 第2章 铅酸电池材料 第3章 金属氢化物-镍电池材料 第4章 锂离子电池材料 第5章 燃料电池材料 第6章 太阳能电池材料 第7章 其他电池材料

2、,第1章 概论,没有电池， 社会将无法发展！,1.1 前言,电池：亦称为化学电源，是一种将化学反应产生的能量直接转换为电能的装置。,什么是电池？,空气电池,锂电池,电池对社会发展的重要作用,历史 自1859年普兰特（R.G. Plante）试制成功铅酸电池、1868年法国勒克朗谢（G. Leclance）制成锌锰干电池以来，化学电源经历了100多年的发展历史，逐步形成了独立完整的科技与工业体系。 当今，化学电源已经成为人民生活中极为广泛的方便能源，在国民经济中占有十分重要的地位。,现状 随着现代高新技术的迅猛发展，促使电源技术进入了一个新的快速发展时期。 传统的化学电源，如锌锰电池和铅酸蓄电池

3、等不断的更新换代，性能得到长足的进步，使这些传统电池产业表现出了长盛不衰的发展势头； 新型化学电源，如：金属氢化物镍电池、锂离子电池、燃料电池等绿色、高能电池相继问世，并以前所未有的速度迅速发展起来。可以认为，一个新型化学电源的时代已经到来。,未来 21世纪，信息技术的不断发展，将推动电池技术铸造新的辉煌； 为了保护人类的生存环境，实现可持续发展，调整能源结构，开发可再生能源技术是21世纪人类无法回避的重大课题，储能技术将在可再生能源技术的发展中发挥举足轻重的作用。,1791年，意大利生物学家伽伐尼(Galvani)发现解剖青蛙时出现青蛙腿肌肉的收缩现象，即“生物电”。,1.2 电池的历史,意

4、大利生物学家伽伐尼肖像，请注意肖像下部的那半只青蛙。,生物电,伏特电堆,伏特,伏特电堆,1799年，意大利科学家伏特 (Volta)在伽伐尼(Galvani)实验基础上，用锌片和银片交替叠放，中间隔以吸有盐水的皮革，发现连接两块金属的导线中有电流通过，制成世界上第一个真正的电池，又称为伏特电堆。,丹尼尔（Daniel）电池,1836年，英国人丹尼尔(Daniel)对伏打电堆改进，设计出具有实用性的丹尼尔电池。,结构图,实物图,1859年，法国人普兰特(Plante)发明铅酸蓄电池。,铅酸蓄电池,Plante,1866年，法国人勒克朗谢(Leclanche)发明了锌二氧化锰电池。,锌-二氧化锰电

5、池,Leclanche,湿电池,1881年，德国人盖思乐(Carl Gassner)发明了锌锰干电池。,Gassner,碱性干电池,1949年，加拿大科学家Lew Urry发明了碱性干电池。,1899年，瑞典化学家雍格纳(Jungner)发明镉镍蓄电池。,镉镍蓄电池,Jungner,1901年，美国发明家爱迪生(Edison)发明铁镍蓄电池。,铁镍蓄电池,放电/充电 负极 : Fe + H2O - e- Fe(OH)3 正极 : NiOOH + H2O + e- Ni(OH)2,锌银电池,1941年，法国科学家亨利.安德烈(Henri Andre)将锌银电池技术实用化，开创了高比能量的先例。,

6、金属氢化物镍蓄电池,1969年，飞利浦实验室发现了储氢性能很好的新型合金，并于1985年研制成功金属氢化物镍蓄电池，1990年日本和欧洲实现了这种电池的产业化。,1970年，出现金属锂电池。,金属锂电池,1991年，索尼公司率先研制成功锂离子电池。,锂离子电池,1839年，格罗夫(Grove)通过将水的电解程逆转发现了燃料电池的工作原理。,燃料电池,20世纪60年代，美国NASA成功研制出第一个实用性的1.5kW碱性燃料电池，用于航天飞行器； 20世纪90年代，新型质子交换膜燃料电池技术取得了一系列突破性发展。,太阳能电池,1954年，美国贝尔实验室的Calvin Fuller, Gerald

7、 Pearson和Daryl Chaplin发明了硅基半导体太阳能电池，效率为6%，这是人类历史上首次利用太阳能转化为电能，从此开创了太阳能电池的新篇章。,1.3 电池的分类,按电解液的类型,酸性电池：电解液为酸性水溶液的电池,碱性电池：电解液为碱性水溶液的电池,中性电池：电解液为中性水溶液的电池,有机电解质溶液电池：电解液为有机电解质溶液的电池,固体电解质电池：采用固体电解质的电池,熔融盐电解质电池：采用熔融盐电解质的电池,电池,按工作性质及储存方式,一次电池（原电池）,（放电后不能用充电方法使它 恢复到放电前状态的一类电池）,锌锰电池,锌银电池,锂二氧化锰电池,二次电池（蓄电池）,（放电后

8、能用充电方法使活 性物质恢复到放电前状态， 从而能再次放电的一类电池）,镉镍电池,铅酸电池,金属氢化物镍电池,锂离子电池,储备电池（激活电池）,（储存期间，电解质和电极活性 物质分离或电解质处于惰性状态， 使用前诸如电解质或通过其他方 式使电池激活，电池即开始工作）,热电池,镁氯化铜电池,燃料电池（连续电池）,（放电后不能用充电方法使它 恢复到放电前状态的一类电池）,质子交换膜燃料电池,碱性燃料电池,电池,1.4 电池的工作原理,两个必要条件： （1）化学反应中失去电子的过程（即氧化过程）和得到电子的过程（即还原过程）必须分隔在两个区域（负极和正极）中进行； （2）物质在进行转变的过程中电子必

9、须通过外电路。 充放电反应的不同： 放电时，电池负极发生氧化反应，此时是阳极，正极发生还原反应，此时是阴极；而充电时进行的反应正好与此相反，负极进行还原反应，正极发生氧化反应。,电池在实现能量转换过程中，两个电极上进行的氧化还原反应必须分别在两个分开的区域进行，这一点区别于一般的氧化还原反应； 两电极的活性物质进行氧化还原反应所需的电子必需由外线路传递，这一点区别于金属电化学腐蚀过程的微电池反应； 电池内部两电极间不是通过自由电子而是通过电解质中离子的迁移导电的。,电池具有以下三个显著特征：,在电化学中，通常把发生氧化反应（失电子）的电极叫阳极（anode），把发生还原反应（得电子）的电极叫阴

10、极(cathode)。 电解池中的正极为阳极，负极为阴极。 原电池的阳极上，因氧化反应而有电子的积累，故电位较负，是负极；阴极上，因还原反应而缺乏电子，故电位较正，是正极。,区别电池概念中的正负极和阴阳极：,四个组成部分：电极、电解质、隔离物和外壳,1.5 电池的组成,电极：包括活性物质和导电骨架,活性物质,导电骨架,正极活性物质：金属氧化物(PbO2, MnO2, NiO),负极活性物质：较活泼金属(Zn, Pb, Li, Fe等),导电剂 粘结剂 缓蚀剂,（具有导电和支撑活性物质作用）,电极种类及组成： 常用的电极有片状、粉末多孔状和气体扩散电极等种类。 电极通常由活性物质和导电骨架（也称

11、集流体或基板）组成。对于粉末多孔电极来说，还要加入一定比例的导电材料和黏合剂等。 对于活性物质的要求： 容量因素：电化当量的大小； 强度因素：电动势高低或给出的能量的大小； 活性：与其组成及结构密切相关； 稳定性：化学稳定性及结构稳定性。,元素周期表的左面，第I、II主族各个元素的标准电极电位最负，而元素周期表的右上边第VI、VII元素的标准电极电位最正，用它们组成的电池在理论上能给出高的能量。,Li、Na、Ca、Mg、Al等作为负极活性材料可制成高能电池，但不能用于水溶液电解质的电池，非水电解质的引入，才使Li、Na等作为负极活性材料成为可能。 水系电解质电池中只限于用氢过电位较高的Zn、P

12、b、Cd等作为负极活性材料。 元素周期表右上方的元素单质F2、Cl2、O2、S、I2等为正极活性材料，可构成高能电池。但F2、Cl2有毒，腐蚀性强，S常温活性低，高温易挥发。可采用化合物，如：聚氟化碳、氯化银，FeS、FeS2等。空气和氧气需采用气体扩散电极。,过渡金属具有多种氧化态，它们的氧化物常被选作正极活性材料，如：MnO2、PbO2、NiOOH、LiCoO2等。,保证正负极间的离子导电作用 要求：高导电率、化学稳定性好、不易挥发、易于长期贮存。,隔离物或隔膜,置于电池两极之间，主要作用是防止电池正负极接触而短路 要求：较高离子传输能力，较低电子导电能力，好的化学稳定性和一定的机械强度。

13、,电解质,电解质 作用：保证正负极间的离子导电作用 分类：可分为水溶液电解质、非水液体电解质、固体电解质、熔融盐电解质。 基本要求：化学稳定性好、离子导电性高、易贮存。 （1）水溶液电解质 水的介电常数大，溶解和离解电解质的能力强，黏度小，对离子移动的阻力小；离子电导率高，一般为0.110-1cm-1。 熔点0C，沸点100C，所以不能在极地和宇宙空间等低温条件下使用，高温储存性能亦差。 水的分解电压为1.23 V左右： 水溶液电解质电池主要有：锌锰、锌镍、锌银、锌汞、锌空气、铁镍、氢镍、镉镍、铅酸电池等。,（2）非水有机液体电解质 在比水更宽的温度范围和电位范围内是稳定的。但溶解电解质的能力

14、小，电导率一般比水溶液低12个数量级，通常为10-110-2 -1cm-1。 常用的非水有机溶剂有：碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、四氢呋喃（THF）等； 要求：电极材料在其中稳定性好，介电常数较大，粘度较小 电解质有：LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF6等。 非水有机液体电解质电池主要有：锂电池（Li/MnO2、 Li/SO2 、Li/(CFx)n等，镁电池，锂离子电池。,（3）非水无机液体电解质 主要应用于锂电池，非水无机溶剂有：POCl3(磷酰氯）POFCl2（磷酰氟二氯）、SOCl2（亚硫酰氯）、SO2Cl2（硫酰氯），兼作正极活性物质。电解

15、质是LiAlCl4、AlCl3(用于激活式Li/SOCl2电池）。 （4）固体电解质 包括无机固体电解质和聚合物固体电解质； 固体电解质主要问题是离子电导率较低，无机固体电解质电导率为10-110-3 -1cm-1，通常要在高温下工作；聚合物固体电解质的电导率目前只能达到10-410-5 -1cm-1。 聚合物固体电解质电池主要是：聚合物锂离子电池。,可分为微孔膜和半透膜两种，隔膜材料包括有机材料和无机材料。 作用：置于电池两极之间，主要作用是防止电池正负极接触而短路 基本要求： 在电解液中有良好的化学稳定性，有一定的机械强度； 对电解质离子迁移的阻力小； 是电子的良好绝缘体； 材料来源丰富，

16、价格低廉。,隔离物或隔膜,外壳,也就是电池容器 要求：良好的机械强度、耐震动和冲击、耐高低温环境变化和电解液的腐蚀等。,电池的电动势,1.6 电池的性能指标,概念：在外电路开路时，即没有电流流过电池时，正负电极之间的平衡电极电势之差称为电池的电动势。 反映：电动势的大小是标志电池体系可输出电能多少的指标之一。 影响因素：电池的电动势只和参与化学反应的物质本性、电池的反应条件（即温度）及反应物与产物的活度有关，而与电池的几何结构、尺寸大小无关。,电池的开路电压,概念：电池的开路电压是指电池两级间所连接的外线路处于断路时电极间的电势差。正、负极在电解液中不一定处于热力学平衡状态，因此电池的开路电压

17、总是小于电动势。 测量方式：电池的电动势是从热力学函数计算得出，而开路电压是用高阻电压表实际测量出来的，两者数值接近。 标称电压：表示或识别一种电池的适当的电压近似值，也称为额定电压，通常略小于开路电压。如：铅酸蓄电池开路电压接近2.1 V，标称电压定为2.0 V。,电池的内阻,概念：电池的内阻R内是指电流流过电池时所受到的阻力，它包括欧姆内阻和电化学反应中电极极化所相当的极化内阻。 电池的欧姆电阻R的大小不仅与电解液、电极材料、隔膜的性质有关，还与电池的尺寸、装配、结构等因素有关。 极化电阻Rf是指化学电源的正极与负极在进行电化学反应时因极化所引起的内阻，包括电化学极化和浓差极化所引起的电阻

18、之和。极化电阻与活性物质的本性、电极的结构、电池的制造工艺有关，特别是与电池的工作条件密切相关，随放电制度和放电时间的改变而变化。,电池的工作电压,概念：电池的工作电压又称负载电压、放电电压，是指有电流流过外电路时电池两级之间的电势差。 工作电压总是小于开路电压，当E = U开时，有： U = E I R内 = E I ( R + Rf ) 可见，R内 ，则U。 电池放电三种方式：恒电流放电、恒电阻放电和恒功率放电。,恒电阻放电时，电压和电流随时间逐渐降低。 恒电流放电时，电压随时间逐渐降低。 恒功率放电时，由P = IV可知，电压随时间逐渐降低，而电流则逐渐增加。,放电电流与放电时间的关系,

19、电压与放电时间的关系,功率与放电时间的关系,放电电流，就是电池工作时的输出电流，通常也称为放电率，经常用时率（又称小时率）和倍率表示。 时率：以放电时间表示的放电速率，即以一定的放电电流放完全部容量所需的时间(h)。如：额定容量为10Ah的电池，以2A的电流放电时，时率为10Ah/2A = 5 h，即电池是以5小时率放电。 倍率：电池在规定时间内放完全部容量时，用电池容量数值的倍数表示的电流值。如：一只10Ah的电池，2C放电（C表示电池的容量）是指放电电流为210=20(A)，对应时率为10Ah/20A=0.5h，即电池以0.5小时率放电。 一般规定，放电率在0.5C以下称为低倍率；0.53

20、.5C称为中倍率；3.57C则为高倍率；大于7C为超高倍率。,初始工作电压和终止电压 初始工作电压：电池放电刚开始的电压。 终止电压：电池电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压。终止电压跟电池放电条件、电池容量和寿命要求相关。,温度与放电曲线的关系 放电温度较高时，放电曲线变化比较平缓，温度越低，曲线变化越大。这是因为温度越低，离子运动速度减慢，欧姆电阻越大，温度过低时，电解液甚至会结冰而放不出电来。同时，温度降低电化学极化和浓差极化也将增大，所以放电曲线下降变化较快。,铅酸蓄电池在不同温度下的放电曲线,电池的容量与比容量,概念：电池的容量是指在一定的放电条件下可以从电池获得的电量，单位常用安

21、培小时(Ah)表示，可分为理论容量、额定容量和实际容量。 理论容量(C0)：假设活性物质全部参加电池的成流反应时所给出的电量，可按照法拉第定律计算获得。 法拉第定律电极上参加反应的物质的质量与通过的电量成正比，即：1 mol活性物质参加电池的成流反应，释放电量为1 F = 96500 C = 26.8 Ah。 理论容量计算公式：C0 = 26.8 n m/M (Ah) 式中，m为活性物质完全反应时的质量；n为成流反应时的得失电子数；M为活性物质的摩尔质量。,法拉第常数（Faraday constant; faraday constant）是近代科学研究中重要的物理常数，代表每摩尔电子所携带的电

22、荷，单位C/mol，它是阿伏伽德罗数NA=6.02214x1023 mol-1与元电荷e=1.602176x10-19 C的积。尤其在确定一个物质带有多少离子或者电子时这个常数非常重要。法拉第常数以麦可法拉第命名，法拉第的研究工作对这个常数的确定有决定性的意义。 一般认为此值是96485.33830.0083C/mol，此值是由美国国家标准局所依据的电解实验得到的，也被认为最具有权威性。法拉第常数的符号为F。,额定容量(C额定)：称为标称容量，指设计和制造电池时，规定电池在一定的放电条件下应该放出的最低容量。 实际容量(C实际)：在一定放电条件下，电池实际能输出的电量。电池实际容量不仅受理论容

23、量制约，还与电池放电条件密切相关。 恒电流放电时： C实际 = I t ； 恒电阻放电时：C实际 = V平均t/R (I为放电电流，V平均为平均放电电压，R为放电电阻，t为放电时间） 电池的实际容量总是低于理论容量。,电池容量的影响因素：活性物质的数量和利用率(k)。,影响活性物质利用率的因素： （1）活性物质的活性； （2）电极和电池的结构； （3）电解液的数量、浓度和纯度； （4）电池的制造工艺； （5）电池的放电制度。,电池比容量：单位质量或单位体积电池所给出的容量称为质量比容量(Ah/kg)或体积比容量(Ah/L) 。 比容量可用于对不同类型、不同大小的电池进行比较，以区别电池性能的优

24、劣。,电池的能量与比能量,电池的能量：电池在一定放电条件下对外做功所输出的电能(瓦时，Wh)，有理论能量与实际能量之分。,理论能量(W0)就是电池在恒温、恒压、可逆放电条件下所做的最大非体积功。,W0 = - G = nFE = C0E,实际能量(W)是电池在一定放电条件下实际输出的能量，在数值上等于实际容量和平均工作电压的乘积。,W = CV平,比能量：指单位质量或单位体积的电池所放出的能量，分别用“瓦时/公斤”(Wh/kg)和“瓦时/升”(Wh/L)。,电池的功率与比功率,电池功率：在一定放电制度下，单位时间内电池所输出的能量，单位为瓦(W)或千瓦(kW)。 电池比功率：单位质量或单位体积

25、电池输出的功率，单位为W/kg或W/L。,电池的理论功率：,P0 = W0 / t = C0E / t = ItE / t = IE,电池实际功率：在一定放电制度下，单位时间内电池实际所输出的能量。,P = W / t = CV / t = IV = I(E - IR内) = IE - I2R内,电池的储存性能与自放电,电池储存性能：指电池开路时，在一定的条件下（如温度、湿度等）储存一段时间后，容量自行降低的性能，也称自放电。 自放电产生原因：电极在电解液中处于热力学的不稳定性，电池的两电极自行发生了氧化还原反应的结果。通常负极因为活性物质大多为活泼金属，其自放电比正极严重,自放电速率：单位时

26、间内容量降低的百分数。,x% = (C前 C后) / (C前t) X 100%,式中，C前，C后为储存前后电池的容量；t 为储存时间。,影响自放电的因素：储存温度，环境的相对湿度，以及活性物质、电解液、隔板和外壳等带入的有害杂质。,循环寿命,循环寿命或使用周期是衡量电池性能的一个重要参数，蓄电池经历一次充电和放电，称为一次循环，或一个周期。 循环寿命：在一定的充放电制度下，电池容量降至某一规定值前，电池所能耐受的循环次数。,蓄电池循环寿命的影响因素,活性表面积在充放电循环过程中的减少； 电极上活性物质脱落或转移； 循环过程中某些电极材料发生腐蚀； 循环过程中电极上产生枝晶，造成电池内部短路；

27、隔离物的损坏； 活性物质晶形在充放电过程中发生改变，活性降低。,1.7 先进二次电池及材料概述,先进二次电池，通常是相对于传统二次电池，如：镍镉电池和铅酸电池。至少应具备以下特点：高能、绿色、稳定（循环性，安全性）、实用（成熟性，应用性）。目前，先进二次电池通常指金属氢化物镍电池和锂离子电池。 金属氢化物镍电池和锂离子电池的电极活性材料可逆储氢和可逆储锂材料，可看成离子嵌入型材料，是新材料领域非常活跃的研究课题，构成了一类新的功能材料新型储能材料。 与大多数传统电池的电极反应多为“沉积”式机理有所不同，金属氢化物镍电池和锂离子电池的电极反应机理别具一格，是一种可逆“嵌入”式机理，电极材料和电极

28、可实现高密度化。,主要二次电池能量比较,其它高能、绿色二次电池 Na/S二次电池 优点：比能量高，比功率高，资源丰富 问题：陶瓷隔膜退化，高温下硫电极腐蚀性，密封问题，安全性 Mg二次电池 问题是电解液的选择：非水，在大多数电解液中表面钝化，镁一次电池如镁/空气电池的研究也已引起关注。 Zn/Ni二次电池 锌镍电池的循环性能尚达不到要求，主要问题是：锌负极的析氢、腐蚀、钝化、枝晶等问题难于解决。,1.8 电池技术发展现状和趋势,世界一次电池和二次电池市场 市场年销售额超过285亿美元（2013.12013.12）,世界一次电池和二次电池市场情况,2011年开始汽车用锂离子电池将快速增长,预计到

29、2018年汽车用锂离子电池市场份额将和便携式锂离子电池相当。 2013年前混合电动车用电池以镍氢电池为主，2013年后，锂离子电池将成为主导，镍氢电池份额将逐步下降。,便携式设备用先进电池市场、铅酸电池市场和一次电池市场三分天下； 便携式设备用先进二次电池市场增长速度最快，在过去的10年平均年增长15%，今后10年预计仍将以10%的速度增长； 启动、照明、点火用铅酸电池市场很大； 电动汽车和混合动力汽车用大型动力电池的市场目前很小，但未来的增长可能很大，金属氢化物镍电池、锂离子电池和燃料电池是首选对象。,21世纪电池技术发展的背景,（1）现代电子信息技术迅猛发展的需求 20世纪的最后10年，信

30、息技术迅猛发展，人类进入了信息化时代。以移动电话、笔记本电脑为代表的便携式设备以前所未有的速度迅速增长。可以说，是信息技术的发展造就了镍氢电池、锂离子电池等先进二次电池发展的“十年辉煌”。 进入二十一世纪，信息技术仍将高速发展。移动电话、笔记本电脑等技术水平将不断升级和更新，要求电池更加小型化、高比能量和长使用寿命，为先进二次电池提供更加广阔市场和竞争的舞台。,（2）环境保护意识的推动 目前全球能源仍以化石燃料（石油、煤炭、天然气）为主，造成了资源耗竭和环境污染。为实现可持续发展，必须保护自然环境与自然资源，这是人类面临的严重挑战。近年来电动汽车及混合动力汽车的开发，其推动力就是为了减轻城市大

31、气污染。 随着电池市场迅速发展，电池制造、使用维护特别是废旧电池的处置等带来的环境问题制约电池技术的可持续发展，已引起人们的关注。 二十一世纪将更加强调开发新型绿色环保电池。 将进一步推进传统电池的改进换代，如：碱性锌锰电池无汞无铅化；推进铅酸电池密封阀控技术，镉镍电池除强调回收处理外，限制在便携式电源中应用等。 此外，废旧电池回收技术的开发已提到议事日程。,（3）电池新材料领域不断取得技术突破 20世纪70年代，一系列储氢合金材料相继问世，80年代末，以LaNi5为代表的新型储氢合金达到实用化，实现了以储氢合金为负极的金属氢化物/镍电池。新型贮氢合金技术及高密度球形氢氧化镍的开发是镍氢电池得

32、以发展的基础。 以金属锂为负极的锂二次电池的研究始于20世纪6070年代，由于安全性问题难于解决至今仍难以实用化。 20世纪80年代末，石墨化碳材料作为储锂负极材料的研究取得突破，1990年诞生了以石墨化碳材料为负极、过渡金属复合氧化物为正极的新型锂二次电池锂离子电池。,新型高容量电极材料的开发；高比容量金属电极材料（如：Li、Mg、Zn等）的成功改性；固体电解质材料特别是聚合物固体电解质材料性能的明显改善都必将带来电池性能的新突破。无论小型便携式设备还是电动汽车，都期待着电池这种性能的这种新突破。,21世纪电池技术发展的热点和前景,强调高能和绿色，将二十一世纪电池技术发展的两个显著特点；二十

33、一世纪前1020年，化学电源领域将呈现出三大发展热点：便携式设备用小型可充电池，包括氢镍电池、锂离子电池等先进二次电池以及质子交换膜燃料电池将会成为21世纪电池技术发展的热点。 与常规大量生产的电池相比，这些新型电池目前的成本较高，难以满足大型电池市场。因此，对传统电池产品如锌锰、铅酸蓄电池等的生产技术及环保性能加以改进，仍将是电池技术发展的一个热点。,（1）金属氢化物镍(MH/Ni)电池 金属氢化物镍电池与同型号镉镍电池比较电池容量大50%，并且没有镉污染，90年代初问世以来迅速占领手机电池市场，其产量在2000年达到顶峰，其后由于比能更高的锂离子电池的竞争，从2001年开始有所下降。 发展

34、趋势 （i）进一步提高电池性能 （ii）发展高功率电池技术,（2）锂离子电池,自从1991年锂离子电池开发成功以后，很快进入了笔记本电脑、手机等高端电子信息产品市场，并且逐步占据主导地位。 锂离子电池是21世纪发展的理想电源 工作电压高（3.6V，是Cd-Ni电池和MH-Ni电池的三倍）；体积小，质量轻；能量密度高（Ni-Cd的23倍，MH-Ni的12倍）。 目前，锂离子电池大致可分为三类： 液态电解质锂离子电池； 固态电解质锂离子电池：包括凝胶和全固态； 金属锂二次电池。,锂离子电池存在的问题 有机电解液在高温下分解带来的安全问题； 有机电解液和聚合物电解质离子导电率低； 材料成本较高。 发

35、展趋势： （i）继续开发新材料，以便提高性能，降低成本。 目前多数锂离子电池正极采用LiCoO2，负极采用人工石墨化碳材料，价格昂贵。 目前正在开发的新材料有： 正极材料： LiNi1-xCoxO2，LiMn2O4材料已日趋成熟，预计不久将部分替代LiCoO2，使锂离子电池的成本降低。最近，磷酸铁锂等新型正极材料的研究成为新的热点。,负极材料：天然石墨改性，金属锂表面改性，合金负极等。 电解质：提高聚合物固态电解质膜电导率，10-410-6 10-4 -1cm-1 。,（ii）研究新体系： 凝胶或全固态聚合物电解质锂离子电池 聚合物电解质锂离子电池更加安全，可进行软包装和制成异型。 金属锂二次电池 如：美国Moltech公司采用独特薄膜技术研制出具有高比能、高放电率、安全、无污染的新型锂硫二次电池，其比能量大于200Wh/kg，可以用8C速率放电，可耐过充电及过放电而无须采取防护措施。 薄膜锂电池 在信息产业中作为微电子的固定或移动电源具有广泛的应用前景； 用于移动电源如医疗器械、微传感器、微传输器、智能卡、MEMS(Micro Electronic Mechanical System, 微机电系统）器件等。,面积为7.5 cm2医疗器械用电池； 制作在芯片背