锂电池含铂 零距离解密锂铁电池诞生过程

零距离解密锂铁电池诞生过程

首先，先让我们来回顾一下电池的发展史。

1836年，丹尼尔电池诞生（锌铜原电池，现在早就不用了）；

1859年，铅酸电池发明，一直到今天还是非常常用；

1878年，法国的L.梅谢在锌锰电池中用含铂的多孔性炭电极代替二氧化锰炭包，开发了锌空气干电池的技术；

1883年，氧化银电池发明（如今常用于手表用1.55V纽扣电池，另有大型化电池组用于卫星、潜艇等高大上的地方）；

1888年，锌锰干电池开始实现商品化；

1899年，镍镉、镍铁电池被发明，这使得镍正极材料体系的电池开始进入人们视野，并延续至今日的镍系电池家族（镍镉、镍氢、镍锌等）；

20世纪初期，电池理论和技术发展一度陷入停滞。直到第二次世界大战之后，电池技术才有了新的重大发展；

1947年，实现了镍镉电池的密封化，使镍镉干电池成为可能；

1949年，劲量开发出小型化碱性锌锰干电池，使一次性电池的容量和放电功率都大大提高；

1958年，Harris提出了采用有机电解液作为锂一次电池的电解质，这带来多种一次性锂电池的实用化，包括锂二氧化锰电池（电脑主板电池）、锂亚硫酰氯电池（例如水表上用的ER14505）以及锂-二硫化铁电池，就是常说的锂铁电池；

1988年，南孚创办，开创国产品牌逆袭外资电池先河，目前已经跻身世界五大碱性电池生产商之一；

2009年，耐时掌握锂铁电池核心知识产权，实现全面国产化，在全球市场与劲量一较高下。

市面上容易购买到的干电池AA（AAA）主要是碳性电池和碱性电池，不论大超市还是小杂货店都容易购买。镍氢充电电池则相对少见的多，不过也还算能买到。那么，这几种电池区别在哪，又如何正确选择电池呢？下面我们就分别介绍这三种电池。

一、碳性电池

碳性电池，学名是中性锌-二氧化锰干电池（zinc-manganese dry battery），最简单的识别方法：电池皮上型号为R6+后缀（五号）/R03+后缀（七号），就是此类电池，后缀S表示普通，P表示高功率，C表示高容量等等。碳性电池放电功率很低，放电容量也很拙计，所以只适合用于低耗电电器，如钟表、遥控器等。 另外，碳性电池的负极就是电池外壳，放电完毕后常常由于外壳破裂而发生电解液泄露，损坏用电设备。最大的优点是价钱便宜，市面上单价常常低于一元，甚至有低于5角的（当然质量就呵呵了）。

二、碱性电池

碱性电池亦称为碱性干电池、碱性锌锰电池、碱锰电池，是目前商品化的锌锰干电池系列中性能最好的品种。碱性电池的型号是LR6（五号）/LR03（七号），前缀L代表碱性（a”L”kaline）。当然可能在数字后面还有后缀，但是不常见。碱性电池采用电解二氧化锰制作环形正极，锌粉和添加剂配置的锌膏作为负极。由于电解液导电性强，正负极材料表面积大大优于碳性电池，以及强碱性条件下对锌-锰体系电化学反应的促进作用，使碱性电池的输出功率和容量都远胜于碳性电池。碱性电池相比于碳性电池更适合于较大功率的用电器，不过随着数码技术的发展，很多用电器堪称电老虎，比如高亮度LED手电筒、闪光灯等。这些用电器电流动辄就上1500mA的，一般碱性电池恐怕也难堪大任。大家最熟悉的碱性电池应该是南孚、双鹿、金霸王、555、麦克赛尔、GP等。

碳性和碱性电池的漏液问题一直是消费者头疼的问题。碳性电池自不必说，用放电过程不断消耗的负极锌兼做外壳，就决定了放电后期外壳很可能破裂漏液，毕竟反应嘛，不一定那么均匀的发生。

虽然碱性电池采用了密封的电池结构，但是碱液有个特点，叫做浸润性，对金属表面吸附能力特强。这造成所谓爬碱现象。在家也能做做模拟实验，找个不锈钢筷子之类的，垂直插入较浓的纯碱水溶液。结果纯碱固体会沿着金属筷子一路向上爬。这个现象实际上是由于吸附在金属表面，处于液面以上的纯碱溶液水分蒸发造成浓度梯度，而使下面的纯碱溶液被“吸”上来蒸发掉。这在碱性电池里头也时有发生，也就是我们常说的的电池漏液现象，漏液并不可怕，主要是腐蚀到昂贵的用电器。电解液泄漏，如下图

此外，碱性电池过度放电下负极产生氢气，电池内压升高，为了避免电池爆炸，位于负极泄压阀会打开，排气同时当然也就漏液了。电池漏液是件喜闻乐见又无比蛋疼的事。轻则腐蚀电极影响接触，重则腐蚀电路板昂贵用电器报废。所以，一直以来，电池的一个重要的改进目标就是没有漏液。

三、镍氢充电电池

其实镍氢电池并不是那么好买的。吾常于金陵城鼓楼区内逛遍商场超市，只找到两家出售镍氢充电电池，而且每家都只有一种镍氢电池可选。原因嘛，对于一般用户而言，镍氢电池需要配合充电器同时使用，单次投入过大，对于低强度使用的用户而言并不划算。镍氢电池正极是镍的氢氧化物，负极是储氢合金。镍氢电池输出电压较锌锰干电池更稳定，输出功率更是远远超出锌锰干电池。不过，镍氢电池自放电高于锌锰干电池，即使是使用在低自放电的用电设备中也高于锌锰干电池。这对于低强度长时间使用的用电设备来说，会显著降低电池的有效容量。另外，镍氢电池的容量（2000-2500mAh）本来就略低于碱性电池低电流放电下的容量（2500-3000mAh），因此 若将镍氢电池用于钟表等用电器中，使用时间常常低于碱性电池，还容易造成镍氢电池过放电而损害用电设备的情况。

四、新一代干电池：锂铁电池

锂铁干电池，全称锂-二硫化铁干电池。由于这种电池采用了全新的内部材料，具备多种特性，常常被业界称为第三代干电池。相较于1949年就有的碱性电池而言，锂铁电池的出现确实十分新颖。正极二硫化铁在放电中发生的反应可逆性较窄，因此这种特殊电池用于开发成为充电电池并不适当，而搭配使用不利于充电但容量较高的锂金属作为负极，便可提高可用容量。这使得这种电池十分适用于一次性电池应用，是碳性电池和碱性电池后的最佳替代方案。由于锂和水会产生剧烈反应的缘故，锂铁电池电解液采用的是含锂盐的有机溶剂而非水溶液，相对于碳性电池和碱性电池而言，这种新型的锂铁电池就从材料上杜绝了漏液的风险。同尺寸锂－二硫化铁电池的重量只有碱性电池一半，而放电总能量却比碱性电池高出25%以上。具有明显放电电压平台（大约1.45V），因此相比碱性电池而言锂铁电池放电电压更稳定。放电功率显著高于碱性电池。特别适合在重负载场合使用，如闪光灯、电动工具、电动牙刷、成人玩具、儿童玩具的使用中。同时相比于碱性电池，其漏液率和自放电都更低，因此用于低功率的用电器同样具有一定的优势，但是制约其普及的最大因素是制作成本较高，电池单价可高出碱性电池100%以上。

锂铁电池除了在内部材料上跟碳性、碱性电池有着本质区别，在生产工艺上也完全不同，下面是锂铁电池的详细诞生过程。

上图就是锂铁电池正极的原材料：二硫化铁粉末。

烘干区，电池的极片在经历过搅拌后，会在烘干区烘干，让原浆完美吸附在极片上。

这一大块是铝箔，负极的原材料就是需要完美吸附在它的上面。

储存好的极片会被切割成一片片，并点上极耳。

锂铁电池三层安全阀门，防爆，防漏，防短路，很安全的样子。

锂铁电池的正极，还没有注入电解液前的样子。

这就是马上要注入特别调配的电解液咯！

当然啦，每颗电池也会抽样做身体检查。准备给各式各样的电池照肺啦！好多电池，好像在选糖。这个是专门给电池照x光的机器 x-ray。

主要是想给大家展示一下，碱性电池和锂铁电池从结构上的不同，透过x-ray，让我们看看电池内部长什么样。

没想到电池的x光照片也能看得这么清楚。所以大家有看懂么？能看出区别么？

（图片来自知乎）

如图所示2就是碱性电池内部结构，简单来讲碱性电池大多数为锌锰电池，内部填充的物质为水剂电解液。下面是锂铁电池即将被打开的样子。警示：大家平时不可以随便打开电池哟！里面的电解液都是化学物质，会腐蚀皮肤的。

本宝宝是在专业人员的协助下，才敢放心hold住的。

可以看到耐时锂铁电池的内部也是卷绕式的结构。

锂铁电池的结构图，怎么说呢，是不是有一种深深的虽然看不明白，但又觉得很厉害的感觉。我偏不说那4个字。

通过对一次性电池的历史回顾，以及暴力拆解、x-ray剖析，让我们对碳性电池、碱性电池、锂铁电池三者有了清晰了解，以及三者之间的本质区分。这三类电池，可谓各有优势，较第一代碳性和第二代碱性电池而言，第三代锂铁电池优势更为明显。其中最为突出的性能优势：能够完全兼容1.5V用电平台设备；特别适用于大电流放电；电量充足，其实际放电容量超过市面上在售的所有民用一次电池；温度范围比其他一次电池宽广得多，低温性能优异，可用在-40℃至60℃环境下；体积小、重量轻、防漏液；自放电低，可贮存长达10年；不含对环境有害的材料，无汞无铬从原材料上实现真正的零污染。正是基于以上优点，锂铁电池常常被业内称为继碳性电池、碱性电池后的第三代一次电池，是目前一次性电池最理想的替代方案，更成为众多国家地震和战时应急包里的必备品。

为什么说全球锂不存在耗尽的担忧？

SMM 9月27日讯：半个世纪前，大宗商品行业也许还未能预料到新的、污染程度较低的汽车技术是否将导致全球稀有金属的枯竭。

这与电动电池组成元素无关，而是关于汽车尾气的催化转换器。20世纪70年代中期，美国在汽车尾气排放的一氧化碳和有毒碳qing化合物中加入催化处理元素，这其中最重要的成分是地球上最稀有的一些元素：铂和钯。

所谓的铂族金属在全球仅有四个地区存有规模较大的储量。在20世纪60年代末，随着技术的推进催化转换器得到广泛采用，冶炼行业开始担心供应不足。

铂金的经销价格在1964年一度跌至98美元/盎司，而在1967年疯涨至230美元/盎司，1968年达到300美元/盎司，同一时期内，钯价从每盎司24美元涨至56美元。

在市场对供应紧缩弥漫着恐慌的气息之际，总部位于伦敦的金属精炼商Johnson Matthey Plc发出一个冷静的声音：没有必要担心。在1969年的纽约会议上，公司表示：仅在南非的地下储藏量就足以在未来30年产出2亿盎司的金属铂，这相当于当时铂全球总产量的12倍。

这一预测结果如何？结果证明是非常明智的：实际上，在1969年到1999年期间，全球开采了2.23亿盎司的金属铂，自那以后又有了2.13亿盎司的产量。美国地质调查局（U.S. Geological Survey）最新的预估显示，目前金属铂仍有22亿盎司的经济可采储量。

历史证明，大宗商品行业向来存在着长期的动态周期。

当一种金属元素产生了新的用途，需求就会远远超过供给。需求产生之后，市场就会考虑材料的供应问题，继而产生对全球短缺的担忧。随后，工业消费者开发出新的方法以更有效地使用金属元素，在价格繁荣时期批准的大量项目最终也可以开始投产。其结果是，随着生产者和消费者对全球供应和需求之间找到一个相对的平衡点，最终形成了一种供过于求的局面。

与真正稀有的铂族金属，甚至与很早就开始开采的铜、铅、锡、金、银、汞等元素相比，钴、锂、石墨等作为电池材料的金属元素，在地壳中的储量还是相对丰富的。根据美国能源部的Jefferson实验室的数据，锂和铂的储量比约为400 :1。

石墨便是一个生动的例子，可以证明人类对元素储量的期望可以有多快就发生改变。就在2012年，美国地质调查局（U.S. Geological Survey）估计石墨的全球储量仅为7700万吨。然而四年后，勘探工作已将其储量提升至2.5亿吨。

在矿产资源比较稳定的领域——例如，全球钴储量在过去15年里一直停留在700万吨左右，锂储量自2010年以来几乎没有变化。在宣布全球短缺之前，如何做好矿物储备是一个值得考虑的问题。

（上海有色网 许慧梅译自彭博）

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