?鋰電池是20世紀開(kāi)發(fā)成功的新型高能電池,可以理解為含有鋰元素(包括金屬鋰、鋰合金、鋰離子、鋰聚合物)的電池,可分為鋰金屬電池(極少的生產(chǎn)和使用)和鋰離子電池(現今大量使用)。因其具有比能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應用于軍事和民用小型電器中,如移動(dòng)電話(huà)、便攜式計算機、攝像機、照相機等,部分代替了傳統電池。
鋰離子電池的由來(lái)及發(fā)展
1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化鈦作為正極材料,金屬鋰作為負極材料,制成首個(gè)鋰電池。
1980年,J. Goodenough 發(fā)現鈷酸鋰可以作為鋰離子電池正極材料。
982年伊利諾伊理工大學(xué)(the Illinois InsTItute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發(fā)現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,因此人們嘗試利用鋰離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)驗室試制成功。
1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人發(fā)現錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料,具有低價(jià)、穩定和優(yōu)良的導電、導鋰性能。其分解溫度高,且氧化性遠低于鈷酸鋰,即使出現短路、過(guò)充電,也能夠避免了燃燒、爆炸的危險。
1989年,A.Manthiram和J.Goodenough發(fā)現采用聚合陰離子的正極將產(chǎn)生更高的電壓。
1991年索尼公司發(fā)布首個(gè)商用鋰離子電池。隨后,鋰離子電池革新了消費電子產(chǎn)品的面貌。
1996年P(guān)adhi和Goodenough發(fā)現具有橄欖石結構的磷酸鹽,如磷酸鋰鐵(LiFePO4),比傳統的正極材料更具優(yōu)越性,因此已成為當前主流的正極材料。
鋰離子電池(Li-ion Batteries)是鋰電池發(fā)展而來(lái)。所以在介紹Li-ion之前,先介紹鋰電池。舉例來(lái)講,紐扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯,負極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不需充電。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,容易形成鋰枝晶,造成電池內部短路,所以一般情況下這種電池是禁止充電的。
后來(lái),日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負極,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。
20世紀90年代初,日本Sony能源開(kāi)發(fā)公司和加拿大Moli能源公司分別研制成功了新型的鋰離子蓄電池,不僅性能良好,而且對環(huán)境無(wú)污染。隨著(zhù)信息技術(shù)、手持式機械和電動(dòng)汽車(chē)的迅猛發(fā)展,對高效能電源的需求急劇增長(cháng),鋰電池已成為目前發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一。