麻雀雖小，五臟俱全——奧豪斯與電池世界的不解之緣

作為人類(lèi)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，能源就如一只扼住人類(lèi)社會(huì)發(fā)展咽喉的手，我們的日常生活處處離不開(kāi)能源的使用。而在這個(gè)能源有限的藍(lán)色星球，能源的發(fā)展，能源和環(huán)境，能源的存儲(chǔ)和再生，是全世界、全人類(lèi)共同關(guān)心的問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，諸如多晶硅太陽(yáng)能電池，電動(dòng)汽車(chē)，生物質(zhì)能等新能源技術(shù)如同雨后春筍般在我們的生活中流行開(kāi)來(lái)，人們對(duì)便攜式能源存儲(chǔ)設(shè)備的需求比以前更加龐大，并繼續(xù)保持指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

為了順應(yīng)這種潮流，電池技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)變得越來(lái)越多樣化，以滿足人們對(duì)電池全面功效的需求。小到隨身攜帶的電子設(shè)備，大到出行的交通工具，電池幾乎遍布于我們生活的每一個(gè)角落。今天，小編就來(lái)給大家說(shuō)道說(shuō)道這小小電池世界里的大學(xué)問(wèn)！

步入有趣的電化學(xué)世界

在電池世界里面，首先要提到的就是使用普遍的且有著近150年發(fā)展歷史的鉛酸電池，其廣泛應(yīng)用于交通、通信、電力、軍事、航海、航空等領(lǐng)域。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，鉛酸電池的電極主要由有毒的重金屬鉛及其氧化物制成，電解液是腐蝕性很強(qiáng)的硫酸溶液。鉛酸電池在放電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負(fù)極主要成分為鉛；充電狀態(tài)下，正負(fù)極的主要成分均為硫酸鉛。

鉛酸電池在耐用性、便攜性和環(huán)保性方面有比較大的局限。一般深充深放電在300次以?xún)?nèi)，且有記憶，壽命在兩年左右，并且電池內(nèi)的液體在消耗一段時(shí)間后，如果發(fā)現(xiàn)電池發(fā)燙或者充電時(shí)間變短，就需要補(bǔ)充液體；同時(shí)，一般鉛酸電池的重量是16~30公斤，體積較大，不易攜帶；此外，電池在生產(chǎn)過(guò)程或回收過(guò)程容易造成環(huán)境污染。

為了倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)環(huán)境無(wú)毒害的綠色電池技術(shù)正在成為主流。最常見(jiàn)的有堿性電池和鋰電池。堿性電池也稱(chēng)堿性干電池、堿性鋅錳電池、堿錳電池，是鋅錳電池系列中性能最優(yōu)的電池品種，適用于需放電量大及長(zhǎng)時(shí)間使用。相比鉛酸電池，堿性電池在某些應(yīng)用中被證明是一種更有效率和安全的替代品，因?yàn)樗鼈儾缓�有劇毒和腐蝕性的成分。

堿性電池在結(jié)構(gòu)上采用了與普通電池相反的電極結(jié)構(gòu)，采用二氧化錳與石墨粉的混合物為正極，鋅和其他添加物為負(fù)極，增大了正負(fù)極間的相對(duì)面積，而且用高導(dǎo)電性的氫氧化鉀溶液替代了氯化銨、氯化鋅溶液為電解液，允許離子在兩極間移動(dòng)。特別是負(fù)極鋅也由片狀改變成粉末狀，增大了負(fù)極的反應(yīng)面積，加之采用了高性能的電解錳粉，所以電性能得以很大提高。

總的電池反應(yīng)式為：Zn+MnO₂+2H₂O+4OH^－=Mn(OH)₄^2－+Zn(OH)₄^2－

堿性電池是成功的高容量干電池，也是最具性?xún)r(jià)比的電池之一。由于它的防漏性相當(dāng)好，所以可被使用在任何環(huán)境。

最后來(lái)帶大家來(lái)看看目前電子設(shè)備中流行最廣泛的鋰電池。鋰系電池可分為鋰金屬電池和鋰離子電池。由于金屬鋰非�；顫姷幕瘜W(xué)性質(zhì)導(dǎo)致的安全問(wèn)題尚未完全突破，因此目前廣泛使用的鋰系電池均為鋰離子電池，而非鋰金屬電池。

鋰離子電池是一種充電電池。一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料，石墨為負(fù)極材料，使用非水電解質(zhì)的電池。主要依靠鋰離子在正負(fù)極之間的往返嵌入和脫嵌來(lái)工作，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。鋰離子電池常見(jiàn)的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰等。在這里，我們拿擁有較好安全性的磷酸鐵鋰電池舉例。

磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，難以分解，即便在高溫或過(guò)充時(shí)也不會(huì)像鈷酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強(qiáng)氧化性物質(zhì)。電池分左右兩邊，左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO₄組成的電池正極，由鋁箔與電池正極相連，中間是把正、負(fù)極隔開(kāi)的聚合物隔膜，鋰離子Li⁺可以通過(guò)而電子e^-不能通過(guò)；右邊是由石墨組成的電池負(fù)極，由銅箔與電池的負(fù)極相連。電池的上下端之間是電池的電解質(zhì)，主要成分是六氟磷酸鋰LiPF₆，整個(gè)電池由金屬外殼密閉封裝。充電時(shí)，正極中的Li⁺通過(guò)聚合物隔膜向負(fù)極遷移；放電時(shí)，負(fù)極中的Li⁺通過(guò)隔膜向正極遷移。

鋰電池耐用性較強(qiáng)，消耗慢，壽命長(zhǎng)，且無(wú)記憶，同時(shí)便于攜帶。雖然價(jià)格相對(duì)比較昂貴，但是非常綠色環(huán)保，是一款清潔的能源存儲(chǔ)設(shè)備，是電池行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

水分儀跟電池也能扯上關(guān)系？

看完了上面對(duì)電池知識(shí)的普及，是不是有種回到了似曾相識(shí)的化學(xué)課堂的感覺(jué)？其實(shí)在電池生產(chǎn)過(guò)程中，還有一項(xiàng)指標(biāo)對(duì)電池的性能和可制造性起到至關(guān)重要的作用，這就是電池的水分含量。有人會(huì)覺(jué)得匪夷所思了吧~

拿堿性電池來(lái)說(shuō)，電池正負(fù)極材料成分被混進(jìn)一種黏性物質(zhì)，形成并產(chǎn)生合適的形狀以構(gòu)造電池。黏性混合物必須符合嚴(yán)格而又精確的水分含量規(guī)定，如果水分含量過(guò)多，導(dǎo)電性就會(huì)變差，因而電池容量就會(huì)不足；反之，如果水分含量不足，電池就很難成形。

全國(guó)乃至全球許多的電池生產(chǎn)商都信任奧豪斯的水分測(cè)定儀用來(lái)測(cè)定電池中的水分含量。下面拿來(lái)自我國(guó)華東地區(qū)的一家生產(chǎn)磷酸鐵鋰電池的客戶舉例。據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)顯示，鋰電池循環(huán)性能及倍率性能與電極水分含量密切相關(guān)，當(dāng)電極水分含量超過(guò)0.06%時(shí)，電池循環(huán)性能和倍率性能降低，放電比容量嚴(yán)重衰減，循環(huán)200周后容量衰減近40%，且電池內(nèi)阻增大，電化學(xué)阻抗增加。同時(shí)，電池極片在實(shí)際生產(chǎn)中的專(zhuān)配環(huán)節(jié)也會(huì)吸收水分，導(dǎo)致其電化學(xué)性能衰減。^【1】因此在鋰電池的生產(chǎn)當(dāng)中，電極材料需要極其嚴(yán)格地控制水分。

奧豪斯MB 120水分測(cè)定儀配有全新的加熱腔設(shè)計(jì)，同時(shí)精確控制的鹵素加熱系統(tǒng)可快速升溫并均勻加熱，結(jié)合高精度稱(chēng)重傳感器可確保樣品水分測(cè)試可讀性達(dá)到0.01%/1mg�？蛻粼陔姵厣�產(chǎn)過(guò)程中，每次僅需對(duì)電極材料粉末取樣3~5g，根據(jù)樣品的特性選擇合適的溫度進(jìn)行測(cè)定，很快就能顯示精準(zhǔn)而又穩(wěn)定的測(cè)定結(jié)果。整個(gè)過(guò)程不僅大大提升了測(cè)量的準(zhǔn)確性，更節(jié)約了時(shí)間并提高了產(chǎn)能。

奧豪斯的設(shè)備不僅能在實(shí)驗(yàn)室中提供快速和重復(fù)性的結(jié)果，而且也能在工業(yè)環(huán)境中提供值得信賴(lài)的日常測(cè)量服務(wù)。如果你有更多關(guān)于工業(yè)生產(chǎn)中原料及成品水分測(cè)定方面的疑難咨詢(xún)，或正在尋求更專(zhuān)業(yè)細(xì)致的水分儀選型指導(dǎo)，請(qǐng)撥打4008-217-188，或點(diǎn)擊進(jìn)入“索取資料”并留下相關(guān)信息，我們專(zhuān)業(yè)的工程師們屆時(shí)將會(huì)在第一時(shí)間聯(lián)系您！

參考文獻(xiàn)：

【1】�？℃�，孫琳，康書(shū)文，趙政威，馬紫峰. 電極水分對(duì)磷酸鐵鋰電池性能的影響[J]. 電化學(xué)，2015，21(5)：465-470.