鋰離子電池的工作原理
從金屬鋰到鋰離子的變遷
鋰電池的研究始于1912年的G.N.劉易斯，但是，直到70年代初，鋰一次電池才首次得以商業(yè)化。到了20世紀(jì)80年代，科學(xué)家們開始嘗試開發(fā)鋰二次電池，但用作負(fù)極材料的金屬鋰具有很大的不穩(wěn)定性，原材料的限制從而導(dǎo)致進(jìn)展緩慢。
鋰無疑是所有金屬中最輕的，因此單位重量下具有最高的電化學(xué)電位和最大的比能量，以金屬鋰為陽極（負(fù)極）[1]的二次電池能量密度是非常高的。然而，上世紀(jì)80年代中期，人們發(fā)現(xiàn)在電池循環(huán)過程中金屬鋰負(fù)極會(huì)產(chǎn)生有害的枝晶，枝晶生長(zhǎng)過程中容易刺穿隔膜導(dǎo)致電池短路。接著，電池溫度迅速上升并接近鋰的熔點(diǎn)，最終熱失控導(dǎo)致電池著火甚至引起爆炸。例如在1991年，由于手機(jī)鋰電池在使用過程中釋放的可燃?xì)怏w造成人臉灼傷，使得大量銷售到日本的金屬鋰二次電池被全部召回。
金屬鋰具有固有的不穩(wěn)定性，在充電過程中表現(xiàn)尤為明顯，因此科研人員把重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到對(duì)非金屬溶液中鋰離子的研究。雖然相對(duì)于金屬鋰而言，鋰離子電池比能量較低，但只要電池制造商和電池組封裝按照安全條例實(shí)施，同時(shí)保持電壓和電流的安全水平，那么鋰離子電池的安全性是可以保障的。從1991年索尼公司商業(yè)化生產(chǎn)第一批鋰離子電池至今，鋰離子電池已然成為最有前途和發(fā)展最快的市場(chǎng)。不過與此同時(shí)，研究人員依舊沒有放棄對(duì)安全的金屬鋰電池的開發(fā)。
正極材料鋰鈷氧化物的發(fā)現(xiàn)應(yīng)歸功于JohnGoodenough（1992）。據(jù)說，當(dāng)時(shí)JohnGoodenough與一位受雇于日本NTT公司的畢業(yè)生一起工作。JohnGoodenough發(fā)明了鋰離子電池后不久，那學(xué)生便將這一發(fā)明帶回了日本。1991年，索尼便宣布獲得了一個(gè)鋰鈷氧化物正極材料的國(guó)際專利，隨后多年，訴訟接踵而至，但是索尼仍能夠持有專利而JohnGoodenough卻一無所獲。 |
