電池發展道路探析及發展方向

韓甜

摘 要：我國目前已是世界電池的主要生產國和消費國，但在電池制備和應用回收等方面還與發達國家存在較大差距。為了解現階段電池的技術發展，該文將從電池的發展背景、發展歷程、電池分類、應用領域及評價等方面分析電池的發展過程，在文章末尾結合政策導向說明了電池的發展方向，為我國新能源行業的健康、穩步、持續發展提供了支撐和支持。

關鍵詞：電池 發展 應用 市場

中圖分類號：TM914 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0101-02

電池作為儲備能源和動力能源，其用途越來越廣泛。目前我國已成為世界電池的主要生產國和消費國，但由于我國涉足電池產業落后于國外發達國家近半個世紀，使得我國在電池基礎研究上還相對落后于國外發達國家。為了縮小差距，趕超發達國家的電池技術，該文將從電池分類、制備及應用等方面來分析電池的技術發展，以便促進我國新能源行業健康穩步發展。

1 電池的分類

電池的分類方法比較多，但可歸結為3類，第一類按使用電解液的類型可分為：酸性電池、堿性電池、中性電池、有機電解質溶液電池和固體電解質電池；第二類按其工作性質及儲存方式可分為：一次電池、二次電池、儲備電池和燃料電池。第三類按電池所用正、負極材料劃分包括：鋅系列電池、鎳系列電池、鉛系列電池、鋰離子電池、鋰錳電池、二氧化錳系列電池、空氣（氧氣）系列電池等[1]。以上分類方法有交叉，也有融合，但業界認為按工作性質和儲存方式分較為合理。

2 電池應用領域及評價分析

2.1 一次電池

一次電池即原電池，俗稱“用完即棄”電池，是放電后不能再充電使其復原的電池，現有鋰氟電池、堿性電池、鎳鋅電池、鋰錳電池和錳鋅電池。

2.1.1 應用領域

主要與民生相關，比如電筒、收音機以及現代化的電子血壓計、電動玩具、醫療器具和電腦等。

2.1.2 評價分析

優點：一次電池無需充電即可使用、標準統一、型號規格齊全、與現有電子產品配套完備、互換性強、自放電低等一系列特點，受到市場消費者的青睞，特別是在自然災害、停電或無電或野外的時候，更加顯示出其獨特的作用。

缺點：內阻大、負載能力較低且只能放電一次，就得棄用。廢電池中含有大量的重金屬如汞、鎘、鉛、鎳以及酸、堿等有毒有害物質，泄漏到環境中，造成的污染和危害很大。進入水體后毒性顯強，大量富集在魚、貝殼類體內，揮發后不僅對大氣產生極大的污染，而且對生態環境造成嚴重破壞。

2.2 二次電池

二次電池是利用化學反應的可逆性，組建成一個新電池，即當一個化學反應轉化為電能之后，還可以用電能使化學體系修復，然后再利用化學反應轉化為電能的電池，目前有鉛酸電池、鎳鎘電池、氫鎳電池和鋰離子電池等。

2.2.1 應用領域

二次電池市場目前正處于轉型期，其應用領域較廣，主要有3C市場和新能源汽車、風電儲能和太陽能儲能等。全球的前三供應市場為：日本，第一，全球二次電池主要供應國，市場占有率約65%；韓國，第二，全球市場占有率約22%左右；中國，第三，正成長為全球最大的電池制造國和消費國。

2.2.2 評價分析

優點：由于其種類不同，在使用過程中優點各異。鉛酸電池的優點，廉價、大功率放電、浮充性能好、低溫放電性能好；鎳鎘電池的優點，大功率放電穩定、價格比較便宜；鎳氫電池的優點，比容量高、高低溫性能好、無記憶效應、大功率放電好、無污染、安全性高；鋰離子電池的優點，比能量高、小巧、重量輕、無污染、無記憶效應。

缺點：鉛酸電池主要用于汽車、摩托車充電電瓶及UPS后備電源，污染環境、比容量和比能量小、不便攜帶；鎳鎘電池用于電動工具及少數電動玩具、隨身聽，易造成污染環境、對人體有害、具有記憶效應、比容量低于鎳氫電池；鎳氫電池用于電動工具、電動玩具、電動自行車、電動滑板、無繩電話、隨身聽、后備電源、各種設備的內置電源，其比能量低于鋰離子電池，價格高于鎳鎘電池；鋰離子電池用于手機、手提電腦等，其缺點是安全性能差、大功率放電較差、價格貴。

2.3 儲備電池

儲備電池是一類特殊形式的原電池，其電極活性物質與電解質分開存放，無自放電，可長時間貯存（5～10年）而不需維護。當需要電池供電時，可用一定的機構使電解液或水（溶劑）使其激活，一次完成放電。

2.3.1 應用領域

儲備電池可分為液體激活儲備電池和熱激活電池兩大類。主要用作應急電源以及各種軍事武器裝備電源等。

2.3.2 評價分析

優點：常溫時電池自放電少，儲存時間長；激活時間短；內阻低；工作電壓高；工作溫度范圍寬；使用方便。

缺點：穩態放電電流密度、脈沖放電電流密度較高，電池組的性能有待提高。

2.4 燃料電池

燃料電池是將反應物的化學能直接轉化為電能的一種高效、清潔的電化學發電裝置。

2.4.1 應用領域

燃料電池在固定型、便攜式和車載等方面都表現出良好的應用前景。主要有醫院、學校、辦公樓、汽車、火車、飛機、電動工具、報警器、電話、電腦等。

2.4.2 評價分析

優點：具有其他能量轉換裝置所不具備的優越性，能量轉換效率高、環境友好、具備快速的負載響應速度和良好的建設、運行和維護特性。

缺點：市場價格較為昂貴、高溫時壽命和穩定性不理想、缺少完善的燃料供應體系等。

2.5 光伏電池

太陽能（簡稱光伏電池）用于把太陽的光能直接轉化為電能。目前地面光伏系統大量使用的是以硅為基底的硅太陽能電池，可分為單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池。

2.5.1 應用市場及領域

主要用于空間站、汽車、飛機、手機、充電器、LED燈、發電站等[2]。

2.5.2 應用過程中的優缺點

優點：結構簡單、體積小且輕；易安裝、易運輸、建設周期短；容易啟動、維護簡單、隨時使用、保證供應；清潔、安全、無噪聲；可靠性高、壽命長；太陽能無處不有，應用范圍廣；降價速度快，能量償還時間有可能縮短。

缺點：能量分散、占地面積大；間歇性大，除了晝夜周期變化外，太陽能光伏發電還常常受云層變化的影響；大功率光伏電站的控制運行比常規火電廠、水電站、核電廠要復雜；地域性較強。

2.6 其他電池

除以上介紹的電池外，還有鈉-硫電池、固體電解質電池、熱電池、鋅空電池、鋰空電池、鋁空電池等，這些電池也屬于二次電池，同樣具有二次電池的共同優點和缺點，不同之處主要在于電池的電能轉化率、電性能發揮以及電池的生產成本上，在此不一一詳述，主要原因是其產業化道路還需要相當一段時間。

3 電池發展方向

新能源汽車的發目前已上升為世界各國的戰略發展層面，我國將以“中國制造2025”的基本要求為主線，提出2020年部分和2025年全面實現中國化學電源強國的目標。其中，特別提出將新能源汽車與再生能源儲能直接關聯的蓄電池產業（含整個產業鏈）作為重點，制定出“十三五”更為清晰的具體目標與可實施方案等，以確保我國能源行業的健康、持續和快速發展，為我國“十三五”國民經濟、社會、國防現代化全面發展提供重要支撐。基于此，提高能量密度和安全性以及降低生產成本是能源改革的重點和發展方向，綜合研究產業化現狀，可以得出，電池技術將出現百花齊放的局面，比如一次電池高端領域鋰氟電池是未來發展方向，二次電池領域發展方向比較復雜，但最終市場占有率最高的可能會是燃料電池。再者，電池技術的發展還要取決于電池應用和制備過程中對環境的影響和對資源的依存度，現國內外學者都在對電池技術進行系統研究，雖部分實驗室取得了階段性進展，但真正產業化實施和轉化還需要較長時間。因此，結合當前市場狀況及下游技術發展，鋰離子電池在未來10年內仍將占據主流地位。

參考文獻

[1] 史鵬飛.化學電源工藝學[M].哈爾濱工業大學出版社，2009.

[2] 濱川圭弘，著.太陽能光伏電池及其應用[M].張紅梅，崔曉華，譯.科學出版社，2008.