第一章绪论
当前电池产业的发展现状
国内电池产业的发展简史
人类经历了百万年蒙昧，数万年游牧，几千年农耕，几百年工商，如今正经历一场前所未有的巨
变，由工业时代迈向信息时代。信息基础结构的逐步建立与不断完善，将使任何人、在任何时间、任
何地点，可以向任何对象传递任何信息，可以方便、高效地获取、处理和利用信息，从而大大改变人
们传统的工作、学习、生活和交往方式。而在此“信息大革命”中，电池起到了至关莺要的作用。仅
据此一例可见一斑：据统计，我国1996年移动电话达680万户，1997年增至1325万户，1998年移动
电话总数为2356.9万户。1999年9月14日信息产业部通报移动电话总数达3619万户。至2001年9
月我国手机拥有量突破9000万部，超过日本和美国，位居世界第-[l]。不论通讯技术开发的产品品种
日新月异，它们功能的发挥都离不开高能量、长寿命的化学电源～电池。
电池的发展历史应该说也是一部人类改造自然的历史，是人类自然科学发展的历史。随着人类的
进步，科技的发展，电池产业也在不停地发展。我国第一家电池厂是建于1912年的上海固化电池J．。
其后30乡年，历经抗日战争、解放战争等沧桑，各地相继建厂，时起时落，但仍有发展。1921年我
国第一家专业铅蓄电池厂“上海蓄电池)”建于上海。1941年延安军委二局所属电信材料J‘开始锌锰
干电池的生产。1957年组建机电部电材局化学电源研究室。1958年该室成为我国第一个专业研究
所～一机电部化学电源研究所（现电子工业部天津电源研究所）。1960年我国第一家碱性蓄电池J。‘风
云器材厂”在河南省新乡正式验收投产。新中国成立前，我国只能生产很少规格的浆糊式锌锰干电池
和铅酸蓄电池，年最高产量锌锰干电池5000万只，铅蓄电池耗铅量400t左右。50年代研制成锌锰迭
层电池、锌锰雷达电池、中性锌空气电池、坦克铅酸蓄电池、航空铅酸蓄电池、有极板盒式镉镍和铁
镍蓄电池、密封烧结式镉镍蓄电池、锌银蓄电池等。60年代研制成镁氯化银电池、锌汞电池、防酸隔
爆铅酸蓄电池、胶体铅酸蓄电池、激活式铅硅氟酸电池、半烧结式圆柱镉镍蓄电池、航空锌银蓄电池、
人工激活式锌银电池、自动激活锌银电池、密封一次锌银电池、自由电解质氯氧燃料电池、热电池、
硅光电池等，还研制成电池用电解二氧化锰粉、整体锌筒、蓄电池整体胶壳、新铁粉等，以及成套的
锌锰、铬酸、镉镍、锌银电池生产设备。
70年代研制成圈筒锌锰纸板干电池、大单元锌锰迭层电池、碱性锌空气电池（包括可更换锌极及
圆筒电池
）、扣式碱性锌锰一次电池、圆筒型镁锰电池、镁银电池、消氧铅酸蓄电池、扣式镉镍蓄电池、
航空用烧结式镉镍蓄电池、全密封镉镍蓄电池、扣式锌银一次电池、培根型氯氧燃料电池、石棉膜氯
氧燃料电池、离子交换膜氯氧燃料电池、锂氧化汞电池、锂氟化碳电池、锂二氧化锰电池、锂亚硫酰
氯电池、锂碘电池、硅光电池组合板、空问用硅光电池系统、气体温差发电器等。
80年代～90年代研制成可充式圆筒碱性锌锰电池、镁锰迭层电池、扣式锌空气电池、铝空气电池、
固定型阀控式密封铅酸蓄电池、免维护和少维护汽车铅酸蓄电池、金属氯化物镍电池、氧镍电池、锂
二氧化硫电池、非晶硅光电池等。并在引进国外先进技术和设备的基础上，通过消化、吸收，提高了
生产技术和电池的性能，也带动了专用设备的制造水平。还建立了一些合资企业，同时由于来料加工
和零部件专业化生产的兴起，电池生产J‘进一步猛增。随着加入世界贸易组织的成功，国内电池J‘家
正积极筹备，为开拓更广阔的国际市场努力做好准备2-4]。
卜卜2世界范围内电池产业的发展历程
自1986午锂二次电池问世，1990年金属氧化物镍电池投放市场，1991年锂离子二次电池（液态
电解质锂离子电池）参与市场竞争，到1998年聚合物锂离子电池开始批量生产，十几年问电池行业聚
锂锰扣式电池三参数自动检测系统研究
集了巨大的财富。2000年全世界一次电池产值为162亿美元，二次电池产值为249亿美元，总产值达
411亿美元。可以预言，电池工业必将成为21世纪的重要产业之一。日本松下公司在规划21世纪三
大支柱产业时所作的一个形象的比喻所言：信息产业是大脑，通讯产业是神经，电池产业是血液嘲。
新世纪来临，整个世界的电池业正在逐步进行结构变迁，从原来的劳动密集型产业转向技术、知
识密集型产业。从产业状况看，世界电池产业基本可分为三大类：
第一大类是日本电池产业。日本只有少数几个大企业如松下电池工业公司、三洋电气公司、东芝
电池公司等，这些企业多为跨国电气集团公司的下属企业，技术力量雄厚，产品种类齐全，拥有高速
先进的自动化生产线。同时，企业非常重视新产品开发，持续改进，产品性能不断提高，成本却不断
下降。日本产品的品牌知名度高，市场占有率趋于领先地位。1998年，日本的镉镍( Cd-Ni)电池占
世界市场的50%左右，而锂离子电池几乎全是日本货。
第二大类是欧美国家电池产业。其研发实力较强，技术领先，电池种类较多，品牌有一定的影响
力，知名企业有法国萨福特( Safi)公司、
德国瓦尔塔(Valta)会司、美国杜拉谢尔(Duracell)公司
和永备(Eveready)公司等。
第三大类是亚洲新兴工业化国家或地区，如韩国、新加坡、我国台湾地区等地的电池产业。这些
国家和地区的企业接受日本、美国等大公司的技术许可、技术转让，或与这些大公司合资、合作生产，
具备较先进的生产技术，其品牌在亚洲地区有一定的影响力。
从以上可以看出，在电池产业这个迅速增长的市场内，国外知名企业大多技术领先，质量过硬，
靠规模和品牌取胜。从这两方而比较，中国的电池产业均处于劣势地位。
1-1-3锂锰扣式电池的发展状况
最近的一、二十年来，随着电子技术飞速发展与日趋成熟，人们对莺量轻、能量高、适应性强的
电源提出了新的要求，而应用金属锂提供能量之源的锂电池逐渐成为满足这种需求的理想高能能源。
国内几个知名的电池企业纷纷适应市场需求，加大力度投资锂电池研究，并且积极开拓自己的市场，
争夺市场份额。武汉力兴电源股份有限公司致力于建成国内最大的锂电池系列产品生产基地，该公司
生产锂～二氧化锰一次电池约20余种，自1997年自行研究开发出锂离子电池，主要性能指标达到国
际先进水平，属绿色环保电池。天津力神电池有限公司∞1引进关键设备，已形成年产5种柱形、3种
方形锂离子电池，共2000万只的生产能力，现己成为摩托罗拉合格供应商，目前3期工程已经启动，
总投资近4亿元。福建南孚、中银双鹿、常州达立以及宁波力达等企业也逐步投产柱式、扣式锂～二
氧化锰电池，同时积极探索开发锂离子电池口1。除此之外，不久前，我国第一条自主设计的固体聚合
物锂离子电池工业化生产线在广东惠州TCL金能电池有限公司建成并正式投产。这一生产线的建成投
产是我国电池制造技术取得的重大突破，它不仅打破了日、美等电池巨头长期的技术垄断，而且标志
着我国聚合物锂离子电池技术已步入世界先进水平。
从六十年代末，我国开始研究碱锰电池，至今碱锰电池产业已经有了长足的进步和发展。九十年
代中后期以来，我国在继续加大碱锰电池投资力度的同时，逐渐转向开发其他高能系列电池的研究项
目，燃料电池、光电池、锂电池等绿色环保型电池都属研究之列。从近几年的情况来看，锂电池产业
的发展远远领先于其余几类。一般而言，锂电池可以分成两类：不可充电的和可充电的。不可充电的
电池称为一次性电池，如锂～二氧化锰一次电池、锂～亚硫酞氯一次电池，而可充电的电池称为二次电
池，如众所周知的锂离子二次电池。锂离子电池商晶化虽然已
经有10个年头，但是从国内的具体情况
来看，主流锂电池系列产品仍保持在一次电池领域。一次锂电池具有圆柱式、长方式和钮扣式等多种
型式，日前国内民用市场需求量较大的是柱式和扣式锂电池，性质上属于锂～二氧化锰一次电池。尽
管市场需求量猛增，锂～二氧化锰一次电池加工工艺也同臻成熟，但由于包含加工手段、设备自动化
程度以及质量监测方法等诸多加工装配设备方面的因素制约，至今仍未形成大规模多品种批量生产。
有些)‘家耗巨资进口国外生产设备，虽然保证了产量，但导致产品成本提高，而且产品模式单一，降
低了自身的竞争力，也不利于开拓国际市场。具有自我知识产权的制造加工及自动化技术已成为制约
锂～二氧化锰电池产业进一步加快发展的瓶颈。南孚、双鹿等国内知名电池企业纷纷投入力量，开发
2河北』．业大学硕士学位论文
自己的锂～二氧化锰电池自动化设备，一些专业的研究院所也在原有的基础上开始了锂～二氧化锰电池
设备的开发研制。四川成都华西机械设备研究所由国家立项，开发了一套锂～二氧化锰电池生产线，
率先结束了锂～二氧化锰扣式电池生产设备依赖进口的历史，但是由于整条生产线以传统机械设备为
主，生产率较低，自动化程度不高，产品质量不够理想，不能满足国内企业“创名牌、争效益”，开拓
国际市场的需求和愿望，加之开发设计成本预算不合理，造成产品价格一直高居不下，至今未能打开
国内锂～二氧化锰电池自动化设备需求市场。制造加工技术的落后仍桎梏着我国锂～二氧化锰电池产业
的发展。
§卜2课题的目的及意义
2006年，伏达发明电池已经210年。干电池投入工业生产也已100多年，但直到第二次世界大战，
世界上也仅仅以普通锌锰干电池和铅酸蓄电池为主体，用于照明、汽车、信号和无线电通信，可使用
的其它系列极少。
如今，电池是人们不可缺少的日用消费品，各种电子便携器具及家用电器需要大量电池。所以说
电池行业新技术的发展使世界电池业生产出更可靠的便携式电源，这反过来又促进了包括电子、信息
及通信等领域的繁荣。因为一系列便携式电予产品，如移动电话和笔记本电脑，如果没有轻便、廉价
的电池就根本不可能出现。另一方而，其它类型的能量储存装置作为主体电源供应的应急备份，对于
世界通信和数据网络的正常运转也是必不可少的。随着科学技术的发展和生产水平的提高，不仅电池
需求量不断增长，而且还提出了容量大、体积小、重量轻、寿命长、无污染、安全可靠和经济实惠等
更高的要求。
近50年，由于军事装备和尖端技术的发展，飞机、导弹、卫星、宇航、深水潜艇、火控、
鱼雷、水雷以及水声、红外、激光、通信、干扰与对抗、侦察等越来越高的要求，促使新系列和新结
构的化学与物理电源及系统迅速诞生和发展；汽车、家用电器和电子、广播电视、音响、通信、影像
等设备和器材的日益普及，为电源产品提供了更加广泛的市场：计算机和微电子技术的发展，以及电
子技术的广泛应用，信息时代要达到实时实地信息通畅，终端设备要个人化、小型化、轻量化，通过
卫星、有线和无线系统包括各种中继站以及无人站使世界构成网络，更需要大量高性能的独立电源系
统；能源危机、电站储能、电动汽车等又向人们提出急需开发低成本、易得、无污染、大功率电源系
统。总之，化学与物理电源已经成为人类必不可少的能源。1947年全世畀电池销售仅5亿美元，80
年代初增到100亿美元，而现在则近300亿美元，增长是越来越快，其年增长速度皆大大高于同期经
济增长速度‘8--12.棚岗1。
一次电池又称为原电池，这类电池电极的氧化、还原反应只能在一个方向进行（即不可逆反应），
它常处于可工作状态，放电后不宜再用充电法恢复到原始状态，只得丢弃，因此，它的储存性能是比
较重要的指标n∞。由于电池自放电的缘故，经过一段时问的储存后，电池的容量总是比刚生产出的新
电池容量低。在电池出J‘前对电池的性能进行检测，将不合格产品剔除，以确保出J‘产品的合格率。
目前，对于扣式电池出J‘检测指标主要是开路电压和短路电流，负载电压也作为三参数中的一个指标，
但在实际的生产检测中并不作为必要条件。传统的检测方法，是采用专用仪器（模拟、数字电压表）
进行手工检测。当上述指标合格时，电子蜂鸣器发出响声，当没有响声时，该产品不合格，操作者将
手动剔除不合格电池14。由于操作者长期处于单调紧张的工作状态疲劳后常常出现差错，而且手动检
测速度较慢，生产效率低，在线检测只能用于小型生产线，不能适用于大、中型J‘家，而且不具有统
计分析功能，严重制约了我国电池生产工业的发展，卢量规模长期上不去。随着电子技术的发展，出
现了各种数据采集、变换、放大、存储、处理、控制等方面的仪器。计算机的应用将对电池检测起到
巨大的推进作用。计算机已使各种产品的生产过程实现了高度的自动化，相信计算机必将在电池生产
领域中充分发挥其快速、准确、高效的特点，应用于电池正负极材料混合配置、电池的组装过程、电
池性能检测等各个方而。
电池工业的迅速发展，对电池产业化批量生产的能力及电池的产品质量提出了更高的要求，特别
3锂锰扣式电池三参数自动检测系统研究
是受国际大环境的影响，各国问的经济往来以及日趋激烈的市场竞争，把电池的检测提到了一个极其
重要的地位。电池质量的好坏直接关系到电池厂家的信誉和使用者的切身利益。
随着电池需求的急剧增长，对电池检测设备的需求也在同步增长。我国的电池检测设备92年以前
除少数企业引进少量进口设备以外，均采用比较粗糙而且落后的方法对产品进行测试。此时，一些公
司、科研院所相继进入电池检测领域。其中哈尔滨子木自动化有限公司首先引进计算机集散控制系统
来实施大规模批量的电池测试，广州电科所、北京有色金属研究总院、燕山大学、南京中观机械电子
有限公司等也开始投入到电池检测市场，纷纷采用新技术，开始在电池榆测设备的国内领域一争高低。
就国内锂锰扣式电池的生产技术水平而言，还相当落后，许多关键原材料还依赖进口，目前的研
究大都还集中在锂离子聚合物电池方而。还未见报道负极材料，目前也没有形成稳定的原材料加工工
业，国内的研究开发同世界先进国家相比，存在不少差距，锂锰电池在我国实现产业化仍面临许多障
碍，锂锰电池的研究和发展缺乏强有力的投入和统一的组织协调。但是我国的扣式锂锰电池与日本相
比。不仅产量上有差跑，其产品质量上仍然存在差距。主要表现在：
(1)电性能。虽然我国的扣式锂～二氧化锰电池放电时间定电阻与日本的产品基本接近，但是高电
压放电时问仍然有差距。原因可能是我国扣式锂～二氧化锰电池的研究者对二氧化锰电极的研究还不
够。
(2)电池质量的一致性。我国扣式锂～二氧化锰电池几乎都是在手套箱中手工组装和生产的。电池
的容量和高度的一致性与日本产品仍有差距。尤其是高度的离散更大。虽然在许多场合不影响使用，
但严格地讲是不合格产品。
(3)电池的贮存性能。扣式锂～二氧化锰电池的贮存性能长达10年是其一大特点。日本扣式锂～二
氧锰电池的贮存寿命己达5—10年，而我国的产品目前只有l~2年，有的甚至只有6个月，而且其容
量下降率远远超过2%标准。这可能与国产材料的纯度以及电池的封口工艺等有直接的关系。
我国的许多电池生产J‘家也先后引进了一些国外的电池检测设备，像美国MACCOR的设备，其
检测精度和产品合格率都很高，但价格昂贵。由于工业化的大规模生产，考虑生产的成本，迫切需要
生产一种可靠性、检测精度、性能价格比都比较高
的电池检测设备，并实现电池检测的自动化，解决
手工检测的难题‘圬3
检测问题广泛存在于各行各业，随若科学技术的高速发展，随着人类生活水平和生产力水平的提
高，检测问题越来越多，对检测提出的要求也越来越高；要求能更快、更准、更灵敏、更可靠的完成
检测任务；要求能实现自动化检测。此外，先进的检测方法和检测设备是提高产品质量和性能的先决
条件，没有先进的检测方法和检测设备，不但不能开发研制出高性能的电池产品，而且生产出的产品
无法得到质量保证。自动检测技术作为自动化科学的一个霞要分支，作为专门研究检测问题的一门实
用型、综合型的新兴边沿学科已经形成。微机自动检测(Microcomputer automatic detection and
measurement)作为自动检测技术及系统发展的高级形式便应运而生。“微机自动榆测技术”就是使用
微机及相关设备来实现自动检测仪器、自动检测系统的技术。微机臼动检测技术的核心技术是传感器
技术、抗干扰技术与可靠技术、显示技术、自动控制技术、电子线路设计技术等等。在设计好开放性
的微机检测系统硬件后，如何充分发挥微机的强大技术资源和潜力，使系统具有良好的管理与技术特
性，具有良好的可用性，需要很好的软件设计技术和设计方法n嗣。
近年来，计算机技术有了很大发展，也给电池工业提供了强育力的控制手段。目前，计算机应用
控制领域采用三种配置：(1)可编程序控制器(PLC)：(2)微型计算机；(3)单片机。本检测系统属
于在线检测系统，采用单片机作为前段数据采集单元，应用微型计算机实现数据保存、分析统计。
我国的电池行业已经得到了长期的发展，开始渗透到我国的各个领域，成为一个重要的行业，但
与国际先进水平相比还存在着一定的差距，仍面临着不断提高产品水平的繁熏而艰巨的任务。电池产
品的性能一方面是依据技术标准，通过检测来评定其与技术标准的符合程度，判断其优势，同时还应
以用户的反馈信息来评估。电池性能的检测是通过检测设备实现的，因此，提高检测技术，提高检测
系统的适用性、稳定性、可靠性对电源产品质量水平的提高与电源行业的发展至关熏要。
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