電池可分為化學(xué)電池和物理電池兩大類。在化學(xué)電池中，則有原電池（一次電池）、可充放電的二次電池及讓氫等與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)的燃料電池之別。

市場(chǎng)動(dòng)向

使用電池的行業(yè)極為廣泛，電池業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模接近3萬(wàn)億日元，其中主要供汽車(chē)用的鉛電池約占45%.在日本，隨著80年代CD及攝錄像機(jī)的普及，鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等小型二次電池日漸增加，曾經(jīng)是主流的鉛電池已降到20%左右。

日本電池產(chǎn)業(yè)的無(wú)機(jī)10年前約為5000億日元，1999年增長(zhǎng)到經(jīng)8300億日元。10年前約占2/3的二次電池，到1999年已占到了約3/4。而且在單一的鎳鎘小型電池之外，加進(jìn)了鎳鎘小型電池之外，加進(jìn)了鎳氫和鋰離子電池。這些小型電池約占全部電池的55%。

至于小型二次電池今后的動(dòng)向，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，重要的是高能量密度、廉價(jià)和小型輕量三個(gè)問(wèn)題。預(yù)計(jì)到2005年前后，鋰離子電池將成為主流，其市場(chǎng)將以便攜式pC和手持電話為中心，開(kāi)拓其它用途尚有困難。而鎳氫電池不適合pC，將主要用于手持電話、電動(dòng)汽車(chē)等的電源。

二次電池的研發(fā)

電池的研發(fā)，簡(jiǎn)言之，就是探索電壓差大、充放電反應(yīng)效率高的活性物質(zhì)材料，并將其盡可能高密度地裝入一定容器的過(guò)程。就電壓而言，水溶液系的鎳氫和鎳鎘在正極電位超過(guò)水電解電壓的正側(cè)電位（陽(yáng)極電位）便產(chǎn)生氧，而低于負(fù)側(cè)電位則負(fù)極就產(chǎn)生氫，因此，用水溶液系材料其電壓大致限定在1.5V左可。與之相反，鋰不使用水，可以用分解電壓極高的有機(jī)溶劑，所以既能選用3.7V壓差的正負(fù)極材料，還能做到高能量密度化和小型輕量化。

就提高能量密度來(lái)看，鎳氫已起來(lái)一次電池的水平，今后不會(huì)再有多大提高。而鋰離子尚有余量，還有可能提高能量密度。當(dāng)然，鎳氫還可在選擇增大理論容量的材料上做文章，也可提高能量密度（圖1）。不管怎樣，日本都以輕小為目標(biāo)，并以此作為研發(fā)的課題，而最后的勝負(fù)，仍應(yīng)看價(jià)格、可靠性及生產(chǎn)的能量而定。

此外，應(yīng)該注意的是電壓走低的趨勢(shì)。在北歐，有的國(guó)家已推出2.4V工作電壓的手持電話，預(yù)計(jì)2001～2003年，2V到2.8V將成主流，最終也可能接近1V。但是，電池的材料也會(huì)變化，這也是一件重要的事情。所以，現(xiàn)在是一方面注意這種動(dòng)向，一方面研究采用高能量密度的材料。

至于今后的方向，鋰離子當(dāng)是筆記本電腦及移動(dòng)電話等的應(yīng)用主流，要求薄度的話，還要注意鋰離子聚合物電池。另一方面，鎳氫在手持電話電壓降低的也足以應(yīng)用在這一領(lǐng)域，特別是鎳氫的容量（mAh）大，可用牢靠的圓筒形。10毫米組細(xì)的鎳氫電池在移動(dòng)電話應(yīng)用上堪與鋰電池競(jìng)爭(zhēng)。

順便說(shuō)說(shuō)為什么鎳氫電池為圓筒形而鋰電池呈方形。鋰離子在電壓方面幾近鎳氫的3倍，但容量不大，而鎳氫電壓雖低卻容量大，因此，如做成高度同樣的5號(hào)電池，鋰離子電池必然很粗，而鎳氫即使很細(xì)也能滿足容量需求。本來(lái)圓筒密封方式既牢靠又便宜，而鋰離子容量不足，為了變薄不得不讓其呈方形。從這個(gè)意義上說(shuō)，處心積慮地把鎳氫做成昂貴的方形實(shí)非上策，最終改成細(xì)圓筒形是合理的。

鎳氫電池的特點(diǎn)及趨勢(shì)

無(wú)論鎳氫電池還是鋰離子電池，要想取代以往的電池，如不能具備或輕或小的特點(diǎn)就沒(méi)有意義了，因此都必須提高能量密度。鎳氫較之鎳鎘電池有以下特點(diǎn)，因其體積能量密度高而得以小型化，而且能高效率充放電，壽命長(zhǎng)，具有與鎳鎘電池電壓的互換性，不污染環(huán)境。尤其是最后這點(diǎn)，因不用鎘而成了時(shí)代的寵兒。

早期燒結(jié)型鎳氫電池電極中鎳金屬所占的體積很大，最近使用了多孔的海綿狀鎳，活性物質(zhì)得以大量裝入，而且裝入材料的形狀為球形，結(jié)果，活性物質(zhì)達(dá)到了體積的51%。目前，高能量密度的鎳氫電池中，電極的體積比為正極占50%，負(fù)極30%，隔板及間隙等約占20%，因此，今后正極的改進(jìn)將最為有效。

目前的鎳正極在低溫下活性物質(zhì)利用率達(dá)到130%，即是說(shuō)可達(dá)1.3電子反應(yīng)，但溫度一升高就難以進(jìn)行充電了。因此，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)用電源等的溫度升高，還很難適應(yīng)。高溫充電接受性是今后應(yīng)予以改進(jìn)的一大課題。

還有一方向就是進(jìn)一步提高整體反應(yīng)。即推進(jìn)達(dá)到理論上1.5電子反應(yīng)的極限的研究。

鋰離子電池的特點(diǎn)及今后方向

鋰離子電池因負(fù)極采用碳，既輕又能獲得高密度能量，故具有能迅速充放電、長(zhǎng)壽命、自己放電小、無(wú)儲(chǔ)存效應(yīng)的特點(diǎn)。

鋰離子正極材料希望是相對(duì)負(fù)極有3.5V電壓以上的高能量密度材料，但這種材料不多。目前使用的鋰鈷復(fù)合氧化物與鋰鎳復(fù)合氧化物已是頂級(jí)材料。后者在價(jià)格上便宜，能量密度也大，但放電曲線較之鈷系呈階梯下降（圖2），即是說(shuō)在放電過(guò)程中加入了另的復(fù)雜反應(yīng)。不過(guò)，將來(lái)如果使用電壓降到2.4V左右的話，鎳系將受到極大差注。

而負(fù)極有許多材料。目前主要使用的是石墨和非晶碳，極少情況還發(fā)現(xiàn)有吸納鋰的合金（圖3）。此種合金在比鋰金屬體積更小時(shí)能獲得高的能量密度、故可望進(jìn)一步小型化。

最后，鋰離子聚合物電池引起人們的注意，其正負(fù)極材料都是鋰離子。其特點(diǎn)是把電解液浸入聚合物材料后，電解液便出現(xiàn)風(fēng)暴反應(yīng)，電解液難以滲出，故易于用薄膜電槽封口。雖然聚合物的能量密度較低，但由于可用薄膜電槽，即使電池的厚度做得很薄，能量密度也很少降低。不過(guò)，電池的厚度以4毫米為限，如有不能使用大于4毫米以上厚度的用途，則聚合物電池還應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)。