电池的发展史.pdf

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1、电池的发展史 电池发展历史?1800 年?Alessandro?Volta?发明世界上第一个电池.?1802 年?Dr.?William?Cruikshank?设计了第一个便于生产制造的电池.?1836 年?John?Daniell?为提供稳定的放电电流，对电池做了改进?1859 年?Gaston?Plant?发明可充电的铅酸电池.?1868 年?George?Leclanch?开发出使用电解液的电池?1881 年?J.?A.?Thiebaut?取得干电池专利.?1888 年?Dr.?Gassner?开发出第一个干电池.?1890 年?Thomas?Edison?发明可充电的铁镍电池?1896

2、 年?在美国批量生产干电池?1896 年?发明 D 型电池.?1899 年?Waldmar?Jungner?发明镍镉电池.?1910 年?可充电的铁镍电池商业化生产?1911 年?我国建厂生产干电池和铅酸蓄电池（上海交通部电池厂）?1914 年?Thomas?Edison?发明碱性电池.?1934 年?Schlecht?and?Akermann?发明镍镉电池烧结极板.?1947 年?Neumann?开发出密封镍镉电池.?1949 年?Lew?Urry?(Energizer)?开发出小型碱性电池.?1954 年?Gerald?Pearson,?Calvin?Fuller?and?Daryl?Ch

3、apin?开发出太阳能电池.?1956 年?Energizer.制造第一个 9 伏电池?1956 年?我国建设第一个镍镉电池工厂（风云器材厂（755 厂）?1960 前后?Union?Carbide.商业化生产碱性电池，我国开始研究碱性电池（西安庆华厂等三?家合作研发）?1970 前后?出现免维护铅酸电池.?1970 前后?一次锂电池实用化.?1976 年?Philips?Research 的科学家发明镍氢电池.?1980 前后?开发出稳定的用于镍氢电池的合金.?1983 年?我国开始研究镍氢电池（南开大学）?1987 年?我国改进镍镉电池工艺，采用发泡镍，电池容量提升 40?1987 前?我

4、国商业化生产一次锂电池?1989 年?我国镍氢电池研究列入国家计划?1990 前?出现角型（口香糖型）电池，?1990 前后?镍氢电池商业化生产.?1991 年?Sony.可充电锂离子电池商业化生产?1992 年?Karl?Kordesch,?Josef?Gsellmann?and?Klaus?Tomantschger?取得碱性充电电池?专利?1992 年?Battery?Technologies,?Inc.生产碱性充电电池?1995 年?我国镍氢电池商业化生产初具规模?1999 年?可充电锂聚合物电池商业化生产?2000 年?我国锂离子电池商业化生产?2000 后?燃料电池，太阳能电池成为全

5、世界瞩目的新能源发展问题的焦点?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 2

6、0 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

7、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

8、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、

9、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

10、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。?碱性锌锰电池的发展史?锌锰电池发展至今经历了漫长的演变，早在 1868 年法国工程师乔治-勒克兰社采用二氧化锰和炭粉作正极粉料，将它压入多孔陶瓷的圆筒体中，并插上一根炭棒集流器作正极，用一根锌棒部分插入溶液中作负极，电解

11、液是用 20%的氯化铵水溶液，电池的容器是用玻璃瓶，做成第一个锌锰湿电池。1886 年盖斯将氯化铵水溶液改用氯化铵，氯化锌，石膏和水合成的糊状物，并将锌片作成圆筒形作电池的容器，同时用石蜡封口，从而做成原电池的雏形。此后不久，又将面粉和淀粉作为电解质溶液的凝胶剂，是锌锰电池的便携性大大提高，为这种电池的工业化生产和广泛地使用打下了良好的基础。1890 年前后这种电池在全世界范围内投入工业化生产。?1870 年前后采用了汞齐化锌阳极，以减轻锌的自放电。1877 年对碳棒采用浸蜡处理，以防止炭棒爬液，减轻对金属集流体的腐蚀。?1923 年采用乙炔黑代替石墨粉，使容量提高 40%-50%，1945

12、年电解二氧化锰在电池中的应用使锌锰电池的放电性能进一步有大的提高。然而，随着时代的发展，普通碱性锌锰电池不能满足市场的需求。?早在 100 多年前就有人提出过用锌做负极，MnO2 做正极，KOH 或 NaOH 做电解液，在漫长的研究过程中主要围绕四个问题进行:一是用粉状多孔锌电极代替片状电极，降低放电电流密度和解决锌片在碱液中易于钝化的缺点;二是采用反极结构，提高 MnO2 的填充量，使正负极容量相匹配;三是对锌粉汞齐化处理和碱液中加 ZnO，解决锌在碱液中的腐蚀;四是密封结构和密封材料的改进，解决爬碱现象。?直到 1950 代前后在锌锰干电池的基础上成功研制出碱性锌锰电池，。它以锌粉为负极，

13、电解二氧化锰为正极，电解液采用 NaOH 或 KOH，使电池性能成倍的提高。它不仅容量高，还适合于大电流连续放电。还具有优良的低温性能，储存性能和防漏性能。?但在前期的碱锰电池中要控制负极锌粉在碱液中的气量，当时电池的用汞量非常大，?用汞量在 2%-6%，八十年代末随着人们环保意识的加强，掀起了无汞碱锰电池的研究热潮，寻找有机或无机代汞缓蚀剂和锌粉中合金元素(主要是 Al，Bi，In，Pb)成为主要的研究方向。到九十年代中旬，无汞碱锰电池进入市场。?同时，从 60 年代开始，对可充的碱性锌锰二次电池开展了广泛的研究，经过 30 多年的研究已取得突破性的进展，但由于其放电深度浅，循环寿命短，还未能实现商品化。?进入二十一世纪以来，碱性锌锰电池得到飞速的发展，大有替代普通锌锰电池和其他电池的趋势。同时用电器具的发展对碱锰电池高容量和大电流放电提出更高的要求。因此，未来碱锰电池的研究主要集中在高功率重负荷放电性能，电池容量的提升以及储存寿命的提高上。