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1、2009年10月,绿色化学与物理电源标准体系的构建探讨,Discussions on the Building of the Clean Electrochemical and Physical Power Sources Standard System,工业和信息化部中国电子技术标准化研究所 曹 林,汇报内容,一、标准体系的构建模式 二、化学与物理电源概述 三、绿色化学与物理电源 四、现有电池标准体系分析 五、绿色化学与物理电源标准体系的构建 六、锂离子电池标准体系介绍,产品的特点 与应用,产品如何分类,构建 产品标准体系,产品标准体系的构建,一、标准体系的构建模式,二、化学与物理电源概述,
2、化学电源的存储方式,1. 概述,法拉第形式,“电容”形式,电池是化学与物理电源的通称,化学电源最为显著的特点,二、化学与物理电源概述,电化学系统 可逆过程 化学能转换成自由能,化学电源存储电能的效率通常比燃料燃烧系统高很多,燃料燃烧系统 遵循热力学卡诺循环 降低效率,物理电源是指把物理过程的能量转换成电能的装置,最为典型的物理电源是太阳电池,物理电源的种类相对较少,关于物理电源,二、化学与物理电源概述,电极,在电池内部正负极之间起电荷传递的物质，其导电作用区别于普通的导体是通过离子导电而不是电子导电，对电解质的要求通常是比导电高，而等效电阻较小。 此外，电解质还必须具有化学稳定性，化学稳定性的
3、高低是电池自放电率和高循环性能的重要保证。,电极是最为核心的部分，它由活性物质和导电支撑结构组成，当然，这里所指的活性是指电活性，能够进行电化学反应，它的特性通常决定了化学电源的基本性。,电解质,隔膜,外壳,隔膜是防止正负极活性材料直接接触从而防止电池内部短路的薄膜。隔膜尽可能要求化学稳定、机械强度高，对电解质离子运动的阻力小，呈现良好的电导绝缘性能等。,外壳是电池的容器，在化学电源中，只有锌猛干电池是锌电极兼作外壳。,化学电源的组成,二、化学与物理电源概述,一次电源 锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌-汞电池、镉-汞电池、锌-银电池、 碱性锌-空气电池、固体电解质电池（钠-硫电池）、锂电池,二次电
4、源 铅酸电池、镉镍电池、氢-镍电池、金属氢化物-镍（MH-Ni）电池、 固体电解质电池（钠-硫电池）、锂离子电池、液流电池、电化学电容器。,燃料电池 碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、直接醇类燃料电池、聚合物 膜燃料电池、磷酸燃料电池、溶化碳酸盐燃料电池。,电池分类,二、化学与物理电源概述,太阳能电池 硅太阳电池、化合物半导体太阳电池、敏化太阳能电池。,热电池 热电池是纯军事应用电池。早期民用市场也有扣式锌银原电池，现已基本淘汰，因此锌银 原电池主要是军事应用的锌银贮备电池。锌空气电池主要用于航标灯等，市场应用量很少。,锂电池 锂电池主要包括锂二氧化锰电池、锂亚硫酰氯电池和锂二氧化硫电池。前两
5、者军、 民两个领域均有应用，民用以锂二氧化锰电池为多，锂二氧化硫电池则主要为军用。,锌锰电池 锌锰电池是应用最广泛的原电池，分为普通锌锰电池和碱性锌锰电池，由于具有更为优良 的性能，碱性锌锰电池正在逐步取代普通锌锰电池，无汞碱性锌锰电池是产品发展趋势。,铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是应用最广泛的蓄电池，主要分为普通铅酸蓄电池和阀控密封铅酸蓄电池 （VRLA），按其用途可分为起动用、牵引用和固定应用等。,化学与物理电源的主要用途,二、化学与物理电源概述,太阳电池 太阳电池基本可分为硅太阳电池、化合物半导体太阳电池及敏化太阳电池。太阳电池分为空间和地面 两大应用方向，地面应用以晶体硅（单晶硅、多晶硅）太
6、阳电池为主，非晶硅太阳电池和铜铟硒（CIS） 等化合物半导体太阳电池有少量应用；空间应用基本为单晶硅太阳电池和砷化镓太阳电池，目前仍以 单晶硅电池为主，但砷化镓电池具有良好的应用前景。,燃料电池 燃料电池因种种条件所限，目前多为研制或工程示范，距商业化应用尚有距离。,锌银蓄电池 锌银蓄电池因其自身特性目前也主要应用于飞机、鱼雷等军事装备中。,碱性二次电池 密封式的镉镍蓄电池、金属氢化物镍蓄电池及锂离子蓄电池（包括聚合物锂离子蓄电池）主要应用于 便携式移动设备，开口式镉镍蓄电池多为工业应用，全密封式的镉镍、氢镍和锂离子蓄电池则为空间 飞行器使用。产品向大容量及功率化方向发展，是这几类电池的一大发
7、展趋势。,化学与物理电源的主要用途,二、化学与物理电源概述,循环经济也称为绿色文明，它在经济形态上的表现本质上要求运用生态学的规律来指导人类社会从事经济活动，按照自然生态系统物质循环和能量流动规律重构人类的经济活动和能量利用系统，使人类的活动和谐地纳入自然生态系统的物质循环过程中，建立起一种新形态的国家经济，这种新形态的经济是一种可持续发展的经济。,三、绿色化学与物理电源,绿色电池倡导绿色文明 推动循环经济,原料能够摆脱化石燃料的限制,使用过程无排放污染,绿色电池能源转换过程不受热力学卡诺循环限制,绿色电池的特点与优势,三、绿色化学与物理电源,Comparison between differ
8、ent types of energy storage mechanisms. The variation 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.,绿色化学电源的应用及发展,三、绿色化学与物理电源,R. A. Huggins,绿色化学电源的应用及发展,器件类型,性能,三、绿色化学与物理电源,电池及超级电容器的特性,绿色化学电源的应用及发展
9、,器件类型,性能,三、绿色化学与物理电源,What about the future,Thomas Edison once said that making predictions can be rather precarious, especially when it has to do with the future.,Three-dimensional insertion of atomic species into the bulk electrode structure can be used to store much more energy. Number and volume
10、of applications that require pulsed electrical power is growing rapidly, and the range of time requirements is quite wide.,三、绿色化学与物理电源,R. A. Huggins,四、现有电池标准体系分析,标 准 体 系,标准是产品技术成果的固化与体现，是产品性能与可靠性的保障与证明，目前判别产品水平的高低及能否满足实际应用的需要，主要通过依据相关标准实施检验或开展认证工作，这里所依据标准的主体为产品规范。产品规范与支撑其内容的基础标准以及相关协调配套的其它产品规范，共同形成一
11、个“一定范围内按其内在联系形成的科学的有机的标准整体”，也即标准体系。,电池标准体系具有与其它电子元器件相同的结构,四、现有电池标准体系分析,电池领域的标委会,全国铅酸蓄电池标准化技术委员会（TC69）、 全国碱性蓄电池标准化技术委员会（TC77）、 全国太阳光伏能源系统标准化技术委员会（TC82）、 全国原电池标准化技术委员会（TC176）、 全国燃料电池标准化技术委员会（TC342）。,四、现有电池标准体系分析,四、现有电池标准体系分析,标准体系的特点,标 准 体 系 的 特 点,现行标准体系是在长期的产业及标准化活动中逐步建立并完善起来的，因此其总体结构是基本合理的 体系的层次为从共性到
12、个性、从普遍到特殊， 符合标准化工作的规律； 体系的结构的划分考虑了产品的结构技术特点，与各自产业的情况大体吻合。,四、现有电池标准体系分析,四、现有电池标准体系分析,增强体系对行业发展的指导性,进一步提高体系中的标准与产业的适配性,强化体系与产品应用的联系,标准体系需要解决的问题,五、绿色化学与物理电源标准体系的构建,绿色化学与物理电源标准体系构建的思路领域标准化,标准体系的特点,标准体系奠定电池领域标准化工作基础,绿色电池标准体系的提出，符合领域标准化的基本方针； 体系的改进与完善体现领域标准化工作的需求； 标准化工作的重点方向指明领域标准化的主要工作内容； 体系兼顾领域标准化的基础与发展
13、，提供全面、系统的规划。,五、绿色化学与物理电源标准体系的构建,五、绿色化学与物理电源标准体系的构建,六、锂离子电池标准体系介绍,IEC 62133:2002含碱性或其它非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组便携式密封蓄电池和蓄电池组的安全性要求； IEC 62281:2004运输中锂原电池和电池组及锂蓄电池和电池组的安全； UL 1642:2006锂电池； IEEE 1625:2004便携式计算机用蓄电池标准； IEEE 1725:2006蜂窝电话用蓄电池标准。,锂离子电池国际标准现状,六、锂离子电池标准体系介绍,IEC 62133用于各类用途的便携式碱性蓄电池，其中包括锂离子蓄电池； IEC 62
14、281适用于锂原电池和锂离子蓄电池的运输； UL 1642适用于所有含锂电池，包括锂原电池和锂离子蓄电池； IEEE标准则分别适用于笔记本电脑、手机和数码相机与摄像机用的锂离子蓄电池。,锂离子电池国际标准使用范围,六、锂离子电池标准体系介绍,GB/T 182872000蜂窝电话用锂离子电池总规范； GB/T 19521.112005锂电池组危险货物危险特性检验安全规范 GB/Z 18333.12001电动道路车辆用锂离子蓄电池 YD 1268.12003移动通信手持机锂电池的安全要求和试验方法； SJ/T 111691998锂电池标准（eqv UL1642:1995）； QB/T 250220
15、00锂离子蓄电池总规范； QC/T 7432006电动汽车用锂离子蓄电池； SN/T 1414.32004进出口蓄电池安全检验方法 第3部分：锂离子蓄电池。,我国现行锂离子电池安全标准或含有安全规定的产品规范,六、锂离子电池标准体系介绍,GB/T -200/IEC 62133:2002含碱性或其它非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组便携式密封蓄电池和蓄电池组的安全性要求； GB/T 18287200移动电话用锂离子蓄电池及蓄电池组通用规范； SJ/T 200便携式计算机移动电源系统通用规范。,正待报批发布的锂离子电池标准或产品规范,六、锂离子电池标准体系介绍,六、锂离子电池标准体系介绍,民标与军标的电性能对比,六、锂离子电池标准体系介绍,民标与军标的环境适应性要求对比,六、锂离子电池标准体系介绍,民标与军标的安全性要求对比,在不改变现有锂离子电池工艺及技术性能的情况下改善电池的使用寿命 以国家标准的形式在全国范围内统一锂离子蓄电池安全标准 根据锂离子蓄电池的产品情况制定标准，标准水平坚持“适度”的原则 制定专门的锂离子蓄电池安全标准，标准内容涵盖产品设计及制造工艺，并建立相应的监督认证机制,锂离子电池标准化建议,六、锂离子电池标准体系介绍,Thanks,