1、2009年10月綠色化學(xué)與物理電源標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建探討Discussions on the Building of the Clean Electrochemical and Physical Power Sources Standard System工業(yè)和信息化部中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所曹 林匯報(bào)內(nèi)容一、標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建模式 二、化學(xué)與物理電源概述 三、綠色化學(xué)與物理電源四、現(xiàn)有電池標(biāo)準(zhǔn)體系分析五、綠色化學(xué)與物理電源標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建 六、鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)體系介紹 產(chǎn)品的特點(diǎn)與應(yīng)用產(chǎn)品如何分類構(gòu)建產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建一、標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建模式 二、化學(xué)與物理電源概述 化學(xué)電源的存儲方式 1. 概

2、述間接方式間接需要感應(yīng)電流活性物質(zhì)減少種類多直接方式直接無感應(yīng)電流靜電學(xué)方式種類少法拉第形式“電容”形式電池是化學(xué)與物理電源的通稱 物理電源是指把物理過程的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置 最為典型的物理電源是太陽電池物理電源的種類相對較少關(guān)于物理電源二、化學(xué)與物理電源概述 電極在電池內(nèi)部正負(fù)極之間起電荷傳遞的物質(zhì)，其導(dǎo)電作用區(qū)別于普通的導(dǎo)體是通過離子導(dǎo)電而不是電子導(dǎo)電，對電解質(zhì)的要求通常是比導(dǎo)電高，而等效電阻較小。 此外，電解質(zhì)還必須具有化學(xué)穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性的高低是電池自放電率和高循環(huán)性能的重要保證。 電極是最為核心的部分，它由活性物質(zhì)和導(dǎo)電支撐結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)然，這里所指的活性是指電活性，能夠進(jìn)行電化學(xué)

3、反應(yīng)，它的特性通常決定了化學(xué)電源的基本性。 電解質(zhì)隔膜外殼隔膜是防止正負(fù)極活性材料直接接觸從而防止電池內(nèi)部短路的薄膜。隔膜盡可能要求化學(xué)穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高，對電解質(zhì)離子運(yùn)動的阻力小，呈現(xiàn)良好的電導(dǎo)絕緣性能等。 外殼是電池的容器，在化學(xué)電源中，只有鋅猛干電池是鋅電極兼作外殼。 化學(xué)電源的組成二、化學(xué)與物理電源概述 熱電池?zé)犭姵厥羌冘娛聭?yīng)用電池。早期民用市場也有扣式鋅銀原電池，現(xiàn)已基本淘汰，因此鋅銀原電池主要是軍事應(yīng)用的鋅銀貯備電池。鋅空氣電池主要用于航標(biāo)燈等，市場應(yīng)用量很少。鋰電池鋰電池主要包括鋰二氧化錳電池、鋰亞硫酰氯電池和鋰二氧化硫電池。前兩者軍、民兩個(gè)領(lǐng)域均有應(yīng)用，民用以鋰二氧化錳電池為多，

4、鋰二氧化硫電池則主要為軍用。鋅錳電池鋅錳電池是應(yīng)用最廣泛的原電池，分為普通鋅錳電池和堿性鋅錳電池，由于具有更為優(yōu)良的性能，堿性鋅錳電池正在逐步取代普通鋅錳電池，無汞堿性鋅錳電池是產(chǎn)品發(fā)展趨勢。鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池是應(yīng)用最廣泛的蓄電池，主要分為普通鉛酸蓄電池和閥控密封鉛酸蓄電池（VRLA），按其用途可分為起動用、牽引用和固定應(yīng)用等。化學(xué)與物理電源的主要用途 二、化學(xué)與物理電源概述 太陽電池太陽電池基本可分為硅太陽電池、化合物半導(dǎo)體太陽電池及敏化太陽電池。太陽電池分為空間和地面兩大應(yīng)用方向，地面應(yīng)用以晶體硅（單晶硅、多晶硅）太陽電池為主，非晶硅太陽電池和銅銦硒（CIS）等化合物半導(dǎo)體太陽電池有少量

5、應(yīng)用；空間應(yīng)用基本為單晶硅太陽電池和砷化鎵太陽電池，目前仍以單晶硅電池為主，但砷化鎵電池具有良好的應(yīng)用前景。燃料電池燃料電池因種種條件所限，目前多為研制或工程示范，距商業(yè)化應(yīng)用尚有距離。鋅銀蓄電池鋅銀蓄電池因其自身特性目前也主要應(yīng)用于飛機(jī)、魚雷等軍事裝備中。堿性二次電池密封式的鎘鎳蓄電池、金屬氫化物鎳蓄電池及鋰離子蓄電池（包括聚合物鋰離子蓄電池）主要應(yīng)用于便攜式移動設(shè)備，開口式鎘鎳蓄電池多為工業(yè)應(yīng)用，全密封式的鎘鎳、氫鎳和鋰離子蓄電池則為空間飛行器使用。產(chǎn)品向大容量及功率化方向發(fā)展，是這幾類電池的一大發(fā)展趨勢?；瘜W(xué)與物理電源的主要用途 二、化學(xué)與物理電源概述 循環(huán)經(jīng)濟(jì)也稱為綠色文明，它在經(jīng)濟(jì)形

6、態(tài)上的表現(xiàn)本質(zhì)上要求運(yùn)用生態(tài)學(xué)的規(guī)律來指導(dǎo)人類社會從事經(jīng)濟(jì)活動，按照自然生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動規(guī)律重構(gòu)人類的經(jīng)濟(jì)活動和能量利用系統(tǒng)，使人類的活動和諧地納入自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)過程中，建立起一種新形態(tài)的國家經(jīng)濟(jì)，這種新形態(tài)的經(jīng)濟(jì)是一種可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)。 三、綠色化學(xué)與物理電源綠色電池倡導(dǎo)綠色文明 推動循環(huán)經(jīng)濟(jì)原料能夠擺脫化石燃料的限制使用過程無排放污染綠色電池能源轉(zhuǎn)換過程不受熱力學(xué)卡諾循環(huán)限制綠色電池的特點(diǎn)與優(yōu)勢 三、綠色化學(xué)與物理電源Comparison between different types of energy storage mechanisms. The variation

7、 of the potential with the amount of charge extracted is shown above, and the amount of energy available is shown below by the areas under the curves.綠色化學(xué)電源的應(yīng)用及發(fā)展 三、綠色化學(xué)與物理電源R. A. Huggins綠色化學(xué)電源的應(yīng)用及發(fā)展 靜電電容器、雙電層電容器贗電容超級電容器電壓功率特性高操作電壓、高操作功率受電活性物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)及電解質(zhì)分解電壓的影響，操作電壓較低。相角90相角相位角是頻率的函數(shù)，但具有傳輸線行為。等效電阻靜電電容器

8、和電解電容器具有低的或零ESR和有限的ESR與相位的頻率依賴性充放電速率受動力學(xué)限制，因而也受限于動力學(xué)。可逆性無限可逆高度可逆電容電壓特性電容不隨電壓而變電容與電壓有關(guān)自放電性能可自我指示充放電程度可自我指示充放電程度器件類型性能三、綠色化學(xué)與物理電源What about the futureThomas Edison once said that making predictions can be rather precarious, especially when it has to do with the future. Three-dimensional insertion of a

9、tomic species into the bulk electrode structure can be used to store much more energy. Number and volume of applications that require pulsed electrical power is growing rapidly, and the range of time requirements is quite wide. 三、綠色化學(xué)與物理電源R. A. Huggins 四、現(xiàn)有電池標(biāo)準(zhǔn)體系分析 標(biāo) 準(zhǔn) 體 系 標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)品技術(shù)成果的固化與體現(xiàn)，是產(chǎn)品性能與可靠性的

10、保障與證明，目前判別產(chǎn)品水平的高低及能否滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，主要通過依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施檢驗(yàn)或開展認(rèn)證工作，這里所依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的主體為產(chǎn)品規(guī)范。產(chǎn)品規(guī)范與支撐其內(nèi)容的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)協(xié)調(diào)配套的其它產(chǎn)品規(guī)范，共同形成一個(gè)“一定范圍內(nèi)按其內(nèi)在聯(lián)系形成的科學(xué)的有機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)整體”，也即標(biāo)準(zhǔn)體系。電池領(lǐng)域的標(biāo)委會全國鉛酸蓄電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（TC69）、全國堿性蓄電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（TC77）、全國太陽光伏能源系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（TC82）、全國原電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（TC176）、全國燃料電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（TC342）。 四、現(xiàn)有電池標(biāo)準(zhǔn)體系分析 四、現(xiàn)有電池標(biāo)準(zhǔn)體系分析 標(biāo)準(zhǔn)體系的特點(diǎn) 標(biāo) 準(zhǔn) 體

11、系 的 特 點(diǎn)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)體系是在長期的產(chǎn)業(yè)及標(biāo)準(zhǔn)化活動中逐步建立并完善起來的，因此其總體結(jié)構(gòu)是基本合理的體系的層次為從共性到個(gè)性、從普遍到特殊，符合標(biāo)準(zhǔn)化工作的規(guī)律；體系的結(jié)構(gòu)的劃分考慮了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)技術(shù)特點(diǎn)，與各自產(chǎn)業(yè)的情況大體吻合。 四、現(xiàn)有電池標(biāo)準(zhǔn)體系分析 四、現(xiàn)有電池標(biāo)準(zhǔn)體系分析 增強(qiáng)體系對行業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)性進(jìn)一步提高體系中的標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)的適配性強(qiáng)化體系與產(chǎn)品應(yīng)用的聯(lián)系標(biāo)準(zhǔn)體系需要解決的問題五、綠色化學(xué)與物理電源標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建綠色化學(xué)與物理電源標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建的思路領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化 標(biāo)準(zhǔn)體系的特點(diǎn) 標(biāo)準(zhǔn)體系奠定電池領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化工作基礎(chǔ)綠色電池標(biāo)準(zhǔn)體系的提出，符合領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化的基本方針；體系的改進(jìn)與完善體現(xiàn)領(lǐng)

12、域標(biāo)準(zhǔn)化工作的需求；標(biāo)準(zhǔn)化工作的重點(diǎn)方向指明領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化的主要工作內(nèi)容；體系兼顧領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)與發(fā)展，提供全面、系統(tǒng)的規(guī)劃。五、綠色化學(xué)與物理電源標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建六、鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)體系介紹 IEC 62133:2002含堿性或其它非酸性電解質(zhì)的蓄電池和蓄電池組便攜式密封蓄電池和蓄電池組的安全性要求；IEC 62281:2004運(yùn)輸中鋰原電池和電池組及鋰蓄電池和電池組的安全；UL 1642:2006鋰電池；IEEE 1625:2004便攜式計(jì)算機(jī)用蓄電池標(biāo)準(zhǔn)；IEEE 1725:2006蜂窩電話用蓄電池標(biāo)準(zhǔn)。鋰離子電池國際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀六、鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)體系介紹 GB/T 182872000蜂窩電話用鋰

13、離子電池總規(guī)范；GB/T 19521.112005鋰電池組危險(xiǎn)貨物危險(xiǎn)特性檢驗(yàn)安全規(guī)范GB/Z 18333.12001電動道路車輛用鋰離子蓄電池YD 1268.12003移動通信手持機(jī)鋰電池的安全要求和試驗(yàn)方法；SJ/T 111691998鋰電池標(biāo)準(zhǔn)（eqv UL1642:1995）；QB/T 25022000鋰離子蓄電池總規(guī)范；QC/T 7432006電動汽車用鋰離子蓄電池；SN/T 1414.32004進(jìn)出口蓄電池安全檢驗(yàn)方法第3部分：鋰離子蓄電池。 我國現(xiàn)行鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)或含有安全規(guī)定的產(chǎn)品規(guī)范 六、鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)體系介紹 GB/T -200/IEC 62133:2002含堿性或其它

14、非酸性電解質(zhì)的蓄電池和蓄電池組便攜式密封蓄電池和蓄電池組的安全性要求；GB/T 18287200移動電話用鋰離子蓄電池及蓄電池組通用規(guī)范；SJ/T 200便攜式計(jì)算機(jī)移動電源系統(tǒng)通用規(guī)范。正待報(bào)批發(fā)布的鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品規(guī)范六、鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)體系介紹 序號GB18287GJB4477-2002技術(shù)要求指標(biāo)技術(shù)要求技術(shù)要求120放電性能：0.2C5A放電性能；1C5A放電性能5h；0.85h常溫容量0.2C5A放電性能；1C5A放電性能詳細(xì)規(guī)范規(guī)定2高溫性能55；2h；1C5A ；0.85h。高溫容量55；8h；0.2C5A ；0.98h。3低溫性能-20；16h24h；0.2C5A ；3.5

15、h。低溫容量-25；8h10h；0.2C5A ；3.5h；-40詳細(xì)規(guī)范規(guī)定。4荷電保持能力28d；0.2C5A ；4.25h。荷電保持能力30d；0.2C5A ；4.5h。5循環(huán)壽命1C5A充放電；300次 ；0.6h。循環(huán)壽命0.2C5A充放電；400次 ；3.5h6單體電池內(nèi)阻詳細(xì)規(guī)范規(guī)定7單體電池容量均一性3%8快速充電性能1C5A 充電1h；0.2C5A放電；0.9h。9貯存12個(gè)月；0.2C5A放電；4h。貯存60個(gè)月；0.2C5A放電；4.75h六、鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)體系介紹 民標(biāo)與軍標(biāo)的電性能對比要求序號GB18287GJB4477-2002技術(shù)要求指標(biāo)技術(shù)要求技術(shù)要求1恒定濕熱性

16、能40；相對濕度90%95%；48h；1C5A放電；0.6h。2振動X、Y、Z三向；10Hz55Hz；30min；10Hz55Hz：幅值0.38mm;10Hz55Hz：幅值0.19mm;振動X、Y、Z三向；10Hz55Hz；每向95min；10Hz55Hz；正弦波；幅值0.76mm；放電容量測試。3碰撞X、Y、Z三向； 峰值加速度：100 m/s2；每分鐘碰撞次數(shù)：40 80；脈沖持續(xù)時(shí)間：16ms；總次數(shù)1000次；檢查3.6Vn機(jī)械沖擊X、Y、Z三向； 沖擊加速度：392 m/s2；持續(xù)時(shí)間：6ms；每向2次。4自由跌落高度：1m；18mm20mm厚木板；次數(shù)：1跌落高度：1.1m； 20mm厚木板；X、Y、Z三向；次數(shù)：每向兩次5溫度沖擊-4070；溫度停留時(shí)間：2h；轉(zhuǎn)移時(shí)間：2min；循環(huán)次數(shù)：46浸水0.9m深淡水；2h7抗電磁輻射GJB152A-1997中RS103六、鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)體系介紹 民標(biāo)與軍標(biāo)的環(huán)境適應(yīng)性要求對比序號GB18287GJB4477-2002技術(shù)要求指標(biāo)技術(shù)要求技術(shù)要求1過充3C5A充電；電壓：n10V；過充0.2C5A和1C5A充電；2過放0.2C5A放電；負(fù)載（30n）；24h。過放0.2C5A放電；3短路0.1短路1h短路0.05短路1h4重物沖擊10kg重錘1m落下不起火、爆炸。槍擊自動步槍；50m。