鋰電池的歷史

    1970年，埃克森的M.S.Whittingham采用硫化鈦?zhàn)鳛檎龢O材料，金屬鋰作為負(fù)極材料，制成首個(gè)鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負(fù)極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓，不需充電。鋰離子電池(Li-ionBatteries)是鋰電池發(fā)展而來(lái)。舉例來(lái)講，以前照相機(jī)里用的扣式電池就屬于鋰電池。這種電池也可以充電，但循環(huán)性能不好，在充放電循環(huán)過(guò)程中容易形成鋰結(jié)晶，造成電池內(nèi)部短路，所以一般情況下這種電池是禁止充電的。

　　1982年伊利諾伊理工大學(xué)(theIllinoisInstituteofTechnology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性，此過(guò)程是快速的，并且可逆。與此同時(shí)，采用金屬鋰制成的鋰電池，其安全隱患備受關(guān)注，因此人們嘗試?yán)娩囯x子嵌入石墨的特性制作充電電池。首個(gè)可用的鋰離子石墨電極由貝爾實(shí)驗(yàn)室試制成功。

　　1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料，具有低價(jià)、穩(wěn)定和優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)鋰性能。其分解溫度高，且氧化性遠(yuǎn)低于鈷酸鋰，即使出現(xiàn)短路、過(guò)充電，也能夠避免了燃燒、爆炸的危險(xiǎn)。

　　1989年，A.Manthiram和J.Goodenough發(fā)現(xiàn)采用聚合陰離子的正極將產(chǎn)生更高的電壓。

　　1992年日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過(guò)程中，沒(méi)有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。隨后，鋰離子電池革新了消費(fèi)電子產(chǎn)品的面貌。此類(lèi)以鈷酸鋰作為正極材料的電池，至今仍是便攜電子器件的主要電源。

　　1996年P(guān)adhi和Goodenough發(fā)現(xiàn)具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽，如磷酸鐵鋰(LiFePO4)，比傳統(tǒng)的正極材料更具安全性，尤其耐高溫，耐過(guò)充電性能遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)鋰離子電池材料。因此已成為當(dāng)前主流的大電流放電的動(dòng)力鋰電池的正極材料。

　　縱觀電池發(fā)展的歷史，可以看出當(dāng)前世界電池工業(yè)發(fā)展的三個(gè)特點(diǎn)，一是綠色環(huán)保電池迅猛發(fā)展，包括鋰離子蓄電池、氫鎳電池等；二是一次電池向蓄電池轉(zhuǎn)化，這符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略；三是電池進(jìn)一步向小、輕、薄方向發(fā)展。在商品化的可充電池中，鋰離子電池的比能量最高，特別是聚合物鋰離子電池，可以實(shí)現(xiàn)可充電池的薄形化。正因?yàn)殇囯x子電池的體積比能量和質(zhì)量比能量高，可充且無(wú)污染，具備當(dāng)前電池工業(yè)發(fā)展的三大特點(diǎn)，因此在發(fā)達(dá)國(guó)家中有較快的增長(zhǎng)。電信、信息市場(chǎng)的發(fā)展，特別是移動(dòng)電話和筆記本電腦的大量使用，給鋰離子電池帶來(lái)了市場(chǎng)機(jī)遇。而鋰離子電池中的聚合物鋰離子電池以其在安全性的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，將逐步取代液體電解質(zhì)鋰離子電池，而成為鋰離子電池的主流。聚合物鋰離子電池被譽(yù)為“21世紀(jì)的電池”，將開(kāi)辟蓄電池的新時(shí)代，發(fā)展前景十分樂(lè)觀。

　　2015年3月，日本夏普與京都大學(xué)的田中功教授聯(lián)手成功研發(fā)出了使用壽命可達(dá)70年之久的鋰離子電池。此次試制出的長(zhǎng)壽鋰離子電池，體積為8立方厘米，充放電次數(shù)可達(dá)2.5萬(wàn)次。并且夏普方面表示，此長(zhǎng)壽鋰離子電池實(shí)際充放電1萬(wàn)次之后，其性能依舊穩(wěn)定。

　　鋰元素是在1817年被瑞典化學(xué)家貝齊里烏斯的學(xué)生阿爾費(fèi)特遜發(fā)現(xiàn)，貝齊里烏斯將其命名為鋰。到1855的年本生和馬奇森采用電解熔化氯化鋰的方法才得到金屬鋰單質(zhì)，而工業(yè)化制鋰是在1893年由根莎提出的。現(xiàn)在仍然采用電解LiCl制取鋰，這個(gè)方法要消耗大量的電能，每煉一噸鋰就耗電高達(dá)六、七萬(wàn)度。

　　鋰在他出世后的100多年中，它主要作為抗痛風(fēng)藥服務(wù)于醫(yī)學(xué)界。美國(guó)特種航天特種局(NASA)最早認(rèn)識(shí)到，鋰電池能作為一種高效的電池。這是因?yàn)殡姵仉妷菏呛拓?fù)極金屬活潑性密切相關(guān)的。作為非常活潑的堿金屬，鋰電池能提供較高的電壓。比如鋰電池可以提供3V的電壓，而鉛蓄電池只有2.1V，而碳鋅電池只有1.5V。根據(jù)P=UI，相同電流下，鋰電池能輸出更高的功率。

　　作為3號(hào)元素，自然界存在的鋰由兩種穩(wěn)定的同位素6Li和7Li組成，因此鋰的相對(duì)原子質(zhì)量只有6.9。這就意味著在在質(zhì)量相同時(shí)，金屬鋰比其它活潑金屬能提供更多的電子。此外，鋰元素還有另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。鋰離子離子半徑小，因此鋰離子比其他大的離子更容易在電解液中移動(dòng)，充放電時(shí)可以實(shí)現(xiàn)正負(fù)極間的有效、快速的遷移，從而使整個(gè)電化學(xué)反應(yīng)得以進(jìn)行。

　　金屬鋰盡管有很多優(yōu)點(diǎn)，但是制造鋰電池還有很多需要克服的困難。首先，鋰是非常活潑的堿金屬元素，能和水以及氧氣反應(yīng)，而且常溫下它就能與氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)。這就導(dǎo)致金屬鋰的保存、使用或是加工都比其他金屬要復(fù)雜得多，對(duì)環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長(zhǎng)期沒(méi)有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)家的攻關(guān)，鋰電池的技術(shù)障礙一個(gè)個(gè)突破，鋰電池漸漸也登上了舞臺(tái)，鋰電池隨之進(jìn)入了大規(guī)模的實(shí)用階段。