电池未来的发展方向

我国目前已是世界电池的主要生产国和消费国，但在电池制备和应用回收等方面还与发达国家存在较大差距。为了解现阶段电池的技术发展，该文将从电池的发展背景、发展历程、电池分类、应用领域及评价等方面分析电池的发展過程，在文章末尾结合政策导向说明了电池的发展方向，为我国新能源行业的健康、稳步、持续发展提供了支撑和支持。

电池作为储备能源和动力能源，其用途越来越广泛。目前我国已成为世界电池的主要生产国和消费国，但由于我国涉足电池产业落后于国外发达国家近半个世纪，使得我国在电池基础研究上还相对落后于国外发达国家。为了缩小差距，赶超发达国家的电池技术，该文将从电池分类、制备及应用等方面来分析电池的技术发展，以便促进我国新能源行业健康稳步发展。

1、 电池的分类

电池的分类方法比较多，但可归结为3类，第一类按使用电解液的类型可分为：酸性电池、碱性电池、中性电池、有机电解质溶液电池和固体电解质电池；第二类按其工作性质及储存方式可分为：一次电池、二次电池、储备电池和燃料电池。第三类按电池所用正、负极材料划分包括：锌系列电池、镍系列电池、铅系列电池、锂离子电池、锂锰电池、二氧化锰系列电池、空气（氧气）系列电池等[1]。以上分类方法有交叉，也有融合，但业界认为按工作性质和储存方式分较为合理。

2、 电池应用领域及评价分析

一次电池：一次电池即原电池，俗称“用完即弃”电池，是放电后不能再充电使其复原的电池，现有锂氟电池、碱性电池、镍锌电池、锂锰电池和锰锌电池。

1、 应用领域：主要与民生相关，比如电筒、收音机以及现代化的电子血压计、电动玩具、医疗器具和电脑等。

2、评价分析：

优点：一次电池无需充电即可使用、标准统一、型号规格齐全、与现有电子产品配套完备、互换性强、自放电低等一系列特点，受到市场消费者的青睐，特别是在自然灾害、停电或无电或野外的时候，更加显示出其独特的作用。

缺点：内阻大、负载能力较低且只能放电一次，就得弃用。废电池中含有大量的重金属如汞、镉、铅、镍以及酸、碱等有毒有害物质，泄漏到环境中，造成的污染和危害很大。进入水体后毒性显强，大量富集在鱼、贝壳类体内，挥发后不仅对大气产生极大的污染，而且对生态环境造成严重破坏。

二次电池：二次电池是利用化学反应的可逆性，组建成一个新电池，即当一个化学反应转化为电能之后，还可以用电能使化学体系修复，然后再利用化学反应转化为电能的电池，目前有铅酸电池、镍镉电池、氢镍电池和锂离子电池等。

2. 应用领域：二次电池市场目前正处于转型期，其应用领域较广，主要有3C市场和新能源汽车、风电储能和太阳能储能等。全球的前三供应市场为：日本，第一，全球二次电池主要供应国，市场占有率约65%；韩国，第二，全球市场占有率约22%左右；中国，第三，正成长为全球最大的电池制造国和消费国。

2 评价分析：

优点：由于其种类不同，在使用过程中优点各异。铅酸电池的优点，廉价、大功率放电、浮充性能好、低温放电性能好；镍镉电池的优点，大功率放电稳定、价格比较便宜；镍氢电池的优点，比容量高、高低温性能好、无记忆效应、大功率放电好、无污染、安全性高；锂离子电池的优点，比能量高、小巧、重量轻、无污染、无记忆效应。

缺点：铅酸电池主要用于汽车、摩托车充电电瓶及UPS后备电源，污染环境、比容量和比能量小、不便携带；镍镉电池用于电动工具及少数电动玩具、随身听，易造成污染环境、对人体有害、具有记忆效应、比容量低于镍氢电池；镍氢电池用于电动工具、电动玩具、电动自行车、电动滑板、无绳电话、随身听、后备电源、各种设备的内置电源，其比能量低于锂离子电池，价格高于镍镉电池；锂离子电池用于手机、手提电脑等，其缺点是安全性能差、大功率放电较差、价格贵。

储备电池：储备电池是一类特殊形式的原电池，其电极活性物质与电解质分开存放，无自放电，可长时间贮存（5～10年）而不需维护。当需要电池供电时，可用一定的机构使电解液或水（溶剂）使其激活，一次完成放电。

1 应用领域：储备电池可分为液体激活储备电池和热激活电池两大类。主要用作应急电源以及各种军事武器装备电源等。

2 评价分析：

优点：常温时电池自放电少，储存时间长；激活时间短；内阻低；工作电压高；工作温度范围宽；使用方便。

缺点：稳态放电电流密度、脉冲放电电流密度较高，电池组的性能有待提高。

燃料电池：燃料电池是将反应物的化学能直接转化为电能的一种高效、清洁的电化学发电装置。

1 应用领域：燃料电池在固定型、便携式和车载等方面都表现出良好的应用前景。主要有医院、学校、办公楼、汽车、火车、飞机、电动工具、报警器、电话、电脑等。

2 评价分析

优点：具有其他能量转换装置所不具备的优越性，能量转换效率高、环境友好、具备快速的负载响应速度和良好的建设、运行和维护特性。

缺点：市场价格较为昂贵、高温时寿命和稳定性不理想、缺少完善的燃料供应体系等。

光伏电池

太阳能（简称光伏电池）用于把太阳的光能直接转化为电能。目前地面光伏系统大量使用的是以硅为基底的硅太阳能电池，可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池。

1、 应用市场及领域：主要用于空间站、汽车、飞机、手机、充电器、LED灯、发电站等[2]。

2 应用过程中的优缺点

优点：结构简单、体积小且轻；易安装、易运输、建设周期短；容易启动、维护简单、随时使用、保证供应；清洁、安全、无噪声；可靠性高、寿命长；太阳能无处不有，应用范围广；降价速度快，能量偿还时间有可能缩短。

缺点：能量分散、占地面积大；间歇性大，除了昼夜周期变化外，太阳能光伏发电还常常受云层变化的影响；大功率光伏电站的控制运行比常规火电厂、水电站、核电厂要复杂；地域性较强。

其他电池：除以上介绍的电池外，还有钠-硫电池、固体电解质电池、热电池、锌空电池、锂空电池、铝空电池等，这些电池也属于二次电池，同样具有二次电池的共同优点和缺点，不同之处主要在于电池的电能转化率、电性能发挥以及电池的生产成本上，在此不一一详述，主要原因是其产业化道路还需要相当一段时间。

3 、电池发展方向：新能源汽车的发目前已上升为世界各国的战略发展层面，我国将以“中国制造2025”的基本要求为主线，提出2020年部分和2025年全面实现中国化学电源强国的目标。其中，特别提出将新能源汽车与再生能源储能直接关联的蓄电池产业（含整个产业链）作为重点，制定出“十三五”更为清晰的具体目标与可实施方案等，以确保我国能源行业的健康、持续和快速发展，为我国“十三五”国民经济、社会、国防现代化全面发展提供重要支撑。基于此，提高能量密度和安全性以及降低生产成本是能源改革的重点和发展方向，综合研究产业化现狀，可以得出，电池技术将出现百花齐放的局面，比如一次电池高端领域锂氟电池是未来发展方向，二次电池领域发展方向比较复杂，但最终市场占有率最高的可能会是燃料电池。再者，电池技术的发展还要取决于电池应用和制备过程中对环境的影响和对资源的依存度，现国内外学者都在对电池技术进行系统研究，虽部分实验室取得了阶段性进展，但真正产业化实施和转化还需要较长时间。因此，结合当前市场状况及下游技术发展，锂离子电池在未来10年内仍将占据主流地位。