美國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)概況

1、美國(guó)鋰電池發(fā)展介紹1美國(guó)是世界上鋰電池工業(yè)最發(fā)達(dá)的國(guó)家。美國(guó)鋰電池大約有 50 年的發(fā)展史，也就是說(shuō)從 50 年代開始美國(guó)已經(jīng)開始開發(fā)鋰電池了。 現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上鋰電池產(chǎn)品品種最多的國(guó)家。 60 年代以前美國(guó) 鋰電池的主要應(yīng)用市場(chǎng)是工業(yè)和民用領(lǐng)域。在 70 年代以后的冷戰(zhàn)期 間，因美、蘇兩個(gè)超級(jí)大國(guó)加強(qiáng)軍備競(jìng)賽形勢(shì)的需要，故美國(guó)鋰電池 的主要市場(chǎng)是軍事應(yīng)用。從 90 年代初開始，隨著美、蘇兩國(guó)軍備競(jìng) 賽減弱，美國(guó)鋰電池應(yīng)用方向又開始逐漸轉(zhuǎn)向工業(yè)和民用領(lǐng)域。 美國(guó) 鋰電池生產(chǎn)主要體現(xiàn)在一次鋰電池方面，其中大部分實(shí)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(guó)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(jìn)一步謀求濫用條件 下安全問(wèn)題的解決。美國(guó)鋰電池的研發(fā)工作主要集中在二次鋰電池 （即人們常說(shuō)的再充電池，或可充電池，或可再充電池） 。直到 90 年 代末美國(guó)的包括鋰離子電池在內(nèi)的全部鋰電池品種的安全問(wèn)題才得 到了基本解決， 其應(yīng)用也才由軍用逐漸大批量地轉(zhuǎn)向民用。 電池市場(chǎng) 專家聲稱，美國(guó) 2000 年以后美國(guó)軍用鋰電池的比重下降到了 10%， 遠(yuǎn)低于民用鋰電池的比重。他預(yù)計(jì)在 21 世紀(jì)里美國(guó)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(guó)鋰電池的發(fā)展目標(biāo)是希望鋰電池能取代目前所用傳統(tǒng)電池的15%。為了實(shí)

3、現(xiàn)這一目標(biāo)，美國(guó)有計(jì)劃地發(fā)展鋰電池。從70年代初到80年代初的十年間美國(guó)鋰電池發(fā)展并不快， 如1979年鋰電池總 銷售額在整個(gè)電池市場(chǎng)中所占比重為 1.6%, 1982年為2%。然而在 此以后生產(chǎn)迅速提高了。1987年全世界鋰電池總產(chǎn)值達(dá)到10億美元， 而1987年美國(guó)僅是用于相機(jī)閃光燈的9伏矩形一次鋰電池產(chǎn)值便達(dá) 到了 1億美元，占全世界的10%。這表明，80年代末期美國(guó)一次鋰 電池生產(chǎn)發(fā)展很快。自1987年以來(lái)美國(guó)鋰電池以40%/年的速率增長(zhǎng)。 按應(yīng)用領(lǐng)域劃分，美國(guó)一次鋰電池可分為以下四個(gè)領(lǐng)域。 美國(guó)生產(chǎn)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(jià)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?zé)犭姵卦摲N電池為一次儲(chǔ)備型電池，它是美國(guó)70年代研制的。美國(guó)生產(chǎn)熱電池使用的陽(yáng)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(diǎn)是使用的電解質(zhì)為 LiCI-KCI熔融鹽。最理想的應(yīng)用是軍事工業(yè)，如作炮彈、火箭

6、、炸彈、 導(dǎo)彈、假目標(biāo)、干擾機(jī)、海軍魚雷及核武器的電源。其中LiAI/FeS 2和LiSi/FeS2電池在導(dǎo)彈、核武器和火炮方面獲得了成功應(yīng)用。美國(guó) 生產(chǎn)的典型熱電池是LiSi/FeS2，其中一個(gè)型號(hào)的重量達(dá)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(guó)海上武器中心擬訂的導(dǎo)彈用鋰電池性能發(fā)展目標(biāo)列于表2。從表中看出，海軍導(dǎo)彈用熱電池發(fā)展目標(biāo)中全是鋰電池。這說(shuō)明美國(guó)十分重視鋰電池的開發(fā)。表2海軍導(dǎo)彈鋰電池性能目標(biāo)電池牛產(chǎn)比能量Wh/kg比功率W/kg工作壽 命 min.儲(chǔ)存壽命年應(yīng)用現(xiàn)在：鈣系列熱電池228800. 17515導(dǎo)彈引信 炮

7、彈引信目標(biāo)：鋰陽(yáng)極熱電池8926400. 332020導(dǎo)彈引信炮彈引信現(xiàn)在：鋅銀電池，鈣系列熱電池2244660215515導(dǎo)彈制導(dǎo) 與控制目標(biāo)：常溫鋰電池鋰陽(yáng)極熱電池8844033002301020導(dǎo)彈制導(dǎo)與 控制2O5 電池該種電池為常溫一次儲(chǔ)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(jié)構(gòu)形式為扣式、 碳包式圓筒型和方型。這個(gè)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(chǎn)公司是美國(guó)Honeywell公司。美國(guó) 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(chǔ)備型電池。Li/SO2電池被美國(guó)稱為先進(jìn)電 池，是美國(guó)主要鋰電池產(chǎn)品之一。Li/SOCl2電池產(chǎn)量高，增長(zhǎng)速度最 快，是美國(guó)實(shí)際應(yīng)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(dá) 500Wh/kg(900Wh/L)。U/SO2CI2 電池具有勝過(guò) Li/SOCl2 電池的潛在優(yōu)勢(shì)。與后者相比，前者的唯一不同之處是陰極的鎳網(wǎng)或 不銹鋼網(wǎng)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(guó)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(wǎng)上帶有碳:在鎳網(wǎng)上或不銹鋼網(wǎng)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(hào)圓筒型:方型、扁圓型和圓筒型螺旋卷繞式主要應(yīng)用軍用便攜監(jiān)視器 無(wú)線電收發(fā)機(jī)大型10000Ah的電池用于導(dǎo)彈 發(fā)射井作動(dòng)力電源軍用領(lǐng)域主要廠家Duracell co.,et.al聯(lián)合碳化物、GTE、Altus和Ho- neywell四個(gè)公司W(wǎng)illson-Greatbatch、GTE公司1.工業(yè)電子儀器用鋰電池 2 電池該領(lǐng)域用的是小型小電流放電的圓筒型結(jié)構(gòu)的 Li/SOCl2電池

11、，用 作存儲(chǔ)器、儀器儀表和小型電子設(shè)備電源。 美國(guó)生產(chǎn)該種電池用的材 料、工藝及生產(chǎn)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(guó)生產(chǎn)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(duì)環(huán)境沒有污染，成本低，價(jià)格可與傳統(tǒng)電池競(jìng)爭(zhēng)。因此，在 美國(guó)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(chǔ) 器、計(jì)算器和用于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等較大功率電子設(shè)備。表5 Li/MnO 2電池的材料和性能結(jié)構(gòu)部件及性能項(xiàng)目部件材料及性能數(shù)據(jù)陰極在骨架上涂有黏合劑的 MnO 2電解液溶劑 PC+DME,溶質(zhì) 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(hào)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(chǔ)存壽命（25 C ）,年5廠家結(jié)構(gòu)型式硬幣式，卷繞式圓筒型生產(chǎn)廠家duracell223 Li/ (CF) n 電池該種電池由Eagle-picher公司所生產(chǎn)，也是美國(guó)作為商品的固體陰極一次鋰電池。它的吸引力在于其儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)。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(jì)算器和存儲(chǔ)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(shè)備的電 源，大型圓筒和方型電池也可用作電臺(tái)接收機(jī)、 遙測(cè)裝置和攝影設(shè)備 的電源。柯達(dá)公司圓盤形相機(jī)使用 BR2/3型電池（表

13、6）表6 Li/（CF） n電池材料和性能結(jié)構(gòu)部件及性能項(xiàng)目部件材料及性能數(shù)據(jù)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(zhì)：LiAsF 6, LiBF 4外殼鍍鎳鋼或不銹鋼隔膜聚丙烯適用型號(hào)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(yīng)用工業(yè)電子儀器廠家結(jié)構(gòu)型式多為扣式，也有圓筒型生產(chǎn)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(zhì)為L(zhǎng)QIO4,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(diǎn)是體積比 能量高，成本高，儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)?？芍瞥杀庑突蚩凼?、方型及D型電池。在要求高可靠性、長(zhǎng)擱置壽命和工作時(shí)間超過(guò)10年的低倍率放電的存儲(chǔ)裝置應(yīng)用方面，其高價(jià)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(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)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(lǐng)域用的鋰電池主要是 Li/I 2固體電解質(zhì)鋰電池。此種電池是意大利最早開發(fā)的。60年代末美國(guó)催化劑研發(fā)公司(CRC)開始研 制此種常溫電池，70年代初設(shè)計(jì)并生產(chǎn)

15、出第一代產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)用于心 臟起搏器效果很好?？梢哉f(shuō)該種電池的應(yīng)用給當(dāng)時(shí)的心臟起搏器帶來(lái) 了一場(chǎng)革命?，F(xiàn)在全世界年產(chǎn)35萬(wàn)臺(tái)起搏器中的85%是采用Li/I 2電 池。其工作溫度為25C，電解質(zhì)為L(zhǎng)il(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(jīng)被淘汰。美國(guó) Li/I 2電池廠家和規(guī)格列于表7。表7美國(guó)Li/I 2電池廠家和規(guī)格廠家型號(hào)容量(Ah)重量(g)體積(cm3)長(zhǎng)x寬x高(mm)應(yīng)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(guó)生產(chǎn)的用于該領(lǐng)域的鋰電池有Li/(CF)n、Li/MnO 2、Li/FeS和Li/FeS2電池。生產(chǎn)前兩種電池所用材料、工藝和生產(chǎn)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(jì)算器、照相機(jī)、照相閃光燈、玩具和民用小型電子設(shè)備的電源。Li/FeS和Li/FeS2電池系列額定電壓均為1.5V，結(jié)構(gòu)為扁型或扣式， 阻抗較高，功率較低，低溫性能和儲(chǔ)存性能較好，成本也較低。美國(guó) 聯(lián)合碳化物公司和Eveready公司生產(chǎn)此兩種電池主要用來(lái)代替曾經(jīng) 在手表、計(jì)算器和相機(jī)中應(yīng)用的鋅/氧化銀電池和鋅/氧化汞電池。5鋰電池發(fā)展趨勢(shì)美國(guó)鋰電池發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展變化方面。本報(bào)告第三節(jié)中表8已經(jīng)表明軍用鋰電池比重下降到15%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低