鉅大LARGE | 點擊量：710次 | 2021年04月30日
鋰離子電池開始一路狂奔，走近動力鋰電池
文／陳根
1800年，意大利物理學家亞歷山德羅·伏特發明了人類歷史上的第一個電池——伏特堆。這一用鋅片（陽極）和銅片（陰極）以及浸濕鹽水的紙片（電解液）制成的最初的電池，證明了電的人為制造可能性。
自此，電池作為能夠供應持續而穩定電流的裝置，經歷了200余年的發展，不斷滿足人們對電力靈活運用的需求。
近年來，隨著對可再生能源利用的巨大需求和對環境污染問題的日益關注，以鋰離子電池為代表的二次電池（可充電電池或蓄電池）——這種能夠將其他形式能量轉換成的電能，并預先以化學能的形式存儲下來的儲能技術，持續革新著能源系統。
鋰離子電池的成長從另一個側面昭示著社會的進步。事實上，不論是手機、電腦、相機，還是電動汽車，都是基于鋰離子電池技術的成熟才得到快速的發展。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鋰離子電池的誕生
電池有正負兩極。正極也就是陰極，常用較為穩定的材料制作，而負極也就是陽極，常用“活性較高”的金屬材料制作。正負極通過電解質進行隔離，并將電能以化學能的形式儲存于兩極之中。
兩極之間發生的化學反應出現離子和電子，離子在電池內部傳遞，并逼迫電子在電池外部傳遞，形成回路，從而出現電能。
20世紀70年代，美國爆發石油危機，加上特種、特種、醫藥等領域對電源的新的要求，推動了可充電電池來儲存可再生清潔能源的探索。
在所有金屬中，鋰的比重極小、電極電勢極低。也就是說，理論上，鋰離子電池體系能獲得最大的能量密度。因此，鋰順理成章地進入了電池設計者的視野。
但是由于鋰活性的過高，所以遇到水或者空氣都可能發生劇烈反應以至于燃燒和爆炸，因此如何“馴服”鋰成為了電池發展的關鍵。此外，鋰在室溫下容易與水反應，假如要讓鋰金屬應用在電池體系中，非水電解質的引入非常關鍵。
1958年，Harris提出采用有機電解質作為金屬原電池的電解質。1962年，來自美國軍方LockheedMissile和SpaceCo．的ChiltonJr．和Cook提出“鋰非水電解質體系”的設想。
Chilton和Cook設計了一種新型的電池使用鋰金屬作為負極，Ag，Cu，Ni等鹵化物作為正極，低熔點金屬鹽LiC1－AlCl3溶解在丙烯碳酸酯中作為電解液。盡管該電池存在的諸多問題使它停留在概念上，未能實現商品化，但Chilton和Cook的工作還是開啟了鋰離子電池研究的序幕。
1970年，日本松下電器公司與美國軍方幾乎同時獨立合成出新型正極材料——碳氟化物。松下電器成功制備了分子表達式為（CFx）n（0．5≤x≤1）的結晶碳氟化物，將它作為鋰原電池正極。氟化鋰原電池發明是鋰離子電池發展史上的重要一步，第一次將“嵌入化合物”引入到鋰離子電池設計中。
然而，要想實現鋰離子電池可逆充放電，關鍵在于化學反應的可逆性。彼時，不可充電電池大多采用鋰負極和有機電解液。于是，為了實現可重復充電電池，科學家們開始致力于將鋰離子可逆嵌入層狀過渡金屬硫化物正極。
埃克森美孚公司的StanleyWhittingham發現，以層狀TiS2作為正極材料測插層化學可以實現可逆充放電，放電產物為LiTiS2。
1976年，Whittingham開發的這種電池實現了良好的初次效率。但經過重復充放電幾次之后，由于電池內部形成鋰枝晶，枝晶從負極生長到正極，形成短路，造成點燃電解質的風險而最終失敗。
此外，1989年，因為Li／Mo2二次電池發生起火事故，除少數公司外，大部分公司都退出金屬鋰二次電池的開發。因為無法解決的安全問題，鋰金屬二次電池研發基本停頓。
鑒于各種改良方法不奏效，鋰金屬二次電池研究停滯不前。最終，研究人員選擇了顛覆性方法，即搖椅式電池，讓鋰二次電池的正負極均由嵌入化合物充當。
20世紀80年代，Goodenough正在英國牛津大學對層狀LiCoO2和LiNiO2正極材料結構進行研究。最終，研究人員實現了一半以上的鋰從正極材料上可逆脫嵌。這一成果最終催生了鋰離子電池的誕生。
1991年，索尼公司推出了第一款商業鋰離子電池（陽極為石墨，陰極為鋰化合物，電極液為鋰鹽溶于有機溶劑）。由于鋰離子電池的高能量密度和配方不同能夠適應不同使用環境的特點，鋰離子電池最終實現商業化，在市場得以廣泛使用。
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