摘要：锂/亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池具有诸多优点如较高的比能量、宽范的工作温度、高工作电压储存寿命长、使用寿命和适应性优异等。但是同时也带来了电压滞后、安全性能不佳等缺陷。结合锂/亚硫酰氯电池的结构、工作原理以及其发展研制的应用情况，着重分析这种电池的利弊，以供不同的工程需求选用。
关键词：锂／亚硫酰氯；比能量；电压滞后；安全性
引言
锂/亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池是目前化学电源中比能量较高的电池,具有工作电压高、工作温度范围宽和贮存寿命长等优点,得到了广泛的应用。美国、法国、以色列等已生产并销售该电池,我国也已经研制成功并获得应用。这种电池的缺点是存在电压滞后现象及安全性能不够理想等。
1特点及性能
锂/亚硫酰氯电池有下列特点：
（1）放电电压高且放电曲线平稳。Li/SOCl2电池的开路电压为3.65V，是目前锂一次电池中放电电压最高的一种电池；
（2）高比能量和中等比功率。Li/SOCl2电池是比能量最高的一种，目前可达到500Wh/kg和1000Wh/L的水平。比功率大，可以10~50mA/cm2放电，大功率鱼雷电池可达140W/kg；
（3）工作温度范围宽；
（4）电池无内压，电压精度高；
（5）电池自放电率低（年自放电率≤2%），贮存寿命可达10~15年；
（6）电池成本低廉。
这种电池的缺点是存在电压滞后现象及安全性能不够理想，SOCl2吸水后分解成盐酸和二氧化硫，腐蚀性极强有环境污染等。
2锂-亚硫酰氯电池发展
锂是自然界里最轻的金属元素，比重仅及水的1/2。同时，它又具有最低的电负性，标准电极电位是－3.045V（以氢电极为标准）。所以选择适当的正极材料作正极，与锂相匹配，可以获得较高的电动势。这种以锂为负极的电池堆，再加以适当的电解液，组装成电池，这种电池应当具有最高的比能量。正是基于这种考虑，世界上在20世纪60年代初期就着手锂电池的研究和开发。由于金属锂遇水会发生剧烈的反应，所以当时一般电解质溶液都选用非水电解液，正极材料多选用CuF2等。但是这些正极材料在电解液中很容易溶解。另外，初期电池结构材料在电解液中也不能很好地承受长期腐蚀，所以没有形成真正的商品锂电池。
20世纪60年代法国SAFT公司的Gabano博士首先提出了锂-亚硫酰氯（Li/SOCl2）电池体系制成锂电池的可能性。该公司Gabano博士在1970年第一个获得Li/SOCl2电池的专利权。1971年美国GTE公司也开始研制，1974年即出现了产品。与此同时，以色列塔迪朗工业有限公司（TadiranIsraelElectronicsIndustries,Ltd。）与特拉维夫大学合作，在1975年建成了一个工厂。1977年重新设计，建成大规模生产设备并投入生产。1978年开始在全世界出售Li/SOCl2电池。目前，法国、美国、以色列等国家均已有商品。
4锂-亚硫酰氯电池特点
4.1缺点
4.1.1电压滞后
电池放电初期，电压低于额定值，随着放电时间的延长，电压渐渐回升，这种现象称为“电压滞后”现象。工作电压达到额定工作电压低限的时间称为电压滞后时间。
引起电压滞后的原因通常认为是Li/SOCl2电池的阳极活性物质———金属锂电极上形成了一层保护膜即SEI（固体电解质中间相）膜所致。但我们更应该看到，正是因为金属锂表面形成了一层厚而致密的SEI钝化膜，才保护了锂电极的表面，避免了金属锂的进一步氧化、腐蚀，从而使锂电池具有极其优异的储存性能。由此可见，Li/SOCl2电池的电压滞后与其优良的贮存性能是一个问题的对立、矛盾又互相依靠、统一的两个方面。不过，Li/SOCl2电池的电压滞后现象可以通过改变电解质盐浓度、在电解液中使用某些添加剂、改进电解质溶液组成、阳极保护等优化措施加以改善或克服。经过电化学家们的不断探索和努力，对于解决一般情况下的电压滞后现象已经取得了明显的进展。
需特别指出的是，目前很多解决Li/SOCl2电池电压滞后的办法都是以减少电池的输出容量或牺牲Li/SOCl2电池的比能量为代价的。
4.1.2安全问题
通常我们把锂电池在制造、运输、保管和使用过程中出现的泄漏、燃烧直至爆炸等不安全行为叫做锂电池的安全问题。Li/SOCl2电池安全问题的发生可解释为：电池发生充电、过放电、短路和过热等滥用情况时，由于放电过程中产生的粉末态的硫沉积在碳电极中，可能与滥用情况下在多孔碳电极中生成的粉末态金属锂混合，当多孔碳电极中锂硫混合物的浓度大于一定值时，受到某种“刺激”就会发生剧烈的氧化还原反应，发出大量的热量，触发快速的“链式反应”，导致安全问题发生。此外，在滥用条件下还可能会产生Cl2O等不稳定的爆炸性物质，这种不稳定的反应中间体如积累到一定浓度，同样会引发剧烈的“热失控”反应，导致安全问题发生。
4.2优点
4.2.1放电电压高且放电曲线平稳
Li/SOCl2电池的开路电压大于3.60V，根据工作电流的不同放电电压在3.00～3.55V之间，放电电压平稳，Li/SOCl2电池的工作电压坪段堪与锌银电池相比拟。当放电电流密度为1mA/cm2时，电池工作电压为3.3V，并且在90%以上的电池容量范围内电压几乎保持不变。
4.2.2高比能量
比能量高是Li/SOCl2电池最突出的优点，在目前已实现的化学电源中其比能量是最高的，其重量比能量是铅酸蓄电池的8倍以上，是镍氢电池的3倍，是锌银电池的2倍。这表明在输出相同能量的情况下，它的重量和体积要小得多，特别适用于电源比能量要求高的场合。尤其在航天器上应用，可显著减轻一次电源系统的重量(如取代锌银电池可减轻重量1/3以上)，大大提高航天器的有效载荷，对推动航天技术的进步具有重要的意义。
5锂-亚硫酰氯电池国内外研制应用情况
5.1国外研制应用情况
在二十世纪八十年代初期，美国GTE公司为空军“民兵”计划生产出了第一批10000Ah的Li/SOCl2电池。1982年Honeywell能源中心为“民兵”导弹生产了第一批10000AhLi/SOCl2电池。1988年Altus公司为美国“Centaur-G”火箭系统研制了250Ah的动力型Li/SOCl2电池。同年，法国SAFT公司为美国大力神Ⅳ火箭的仪器和制导系统研制了标称容量250Ah的动力型Li/SOCl2电池组；SAFT公司还为European航天飞机“HERMES”号的燃料电池设计了作为支撑电源用的大容量Li/SOCl2电池。目前，在其它西方工业化国家，Li/SOCl2电池已经系列化、商品化，被广泛应用在家电、数码、微电子、通讯、医疗产品等要求化学电源输出能量高的场合。
5.2国内研制应用情况
早在20世纪70年代末，某所与航天科工集团某厂就率先开始了锂电池的研制工作，只不过侧重点不同而已。某所侧重于鱼雷用的高功率电池和通讯及民用的小型标准电池，而航天科工集团某厂从一开始就瞄准了航天用的大容量、高能量Li/SOCl2电池。值得一提的是，由航天科工集团某厂自行研制的700AhLi/SOCl2电池已成功为多颗返回式卫星电源系统配套。
结语
作为一种高功率的化学电源，锂亚硫酰氯电池正以其独特的优异性能而成为化学电池市场新宠，随着Li/SOCl2电池研究深入、电池工艺水平的不断提高、电解液配方的逐步完善，Li/SOCl2电池的安全性和电压滞后问题以及其他各方面电化学性能进一步改善，Li/SOCl2电池将会得到更加广泛的应用。
参考文献
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