解读锂离子电池技术性能与应用

锂电池是一类以金属锂或含锂物质作为负极材料的化学电源的总称，包括锂一次电池和锂二次电池。将金属锂应用到电池体系中的最初尝试始于20世纪50年代末，1958年Harris提出了采用有机电解液作为锂一次电池的电解质，非水电解质的引入是关键一步。锂一次电池的研制开始于20世纪60年代末，最初的电池使用金属锂作负极，Ag、Cu、Ni等卤化物作正极，低熔点金属盐LiCl-AlCl₃溶解在丙烯碳酸醋（PC）中作电解液，但这种电池存在着正极材料在有机电解质中发生溶解等问题，未能实现商品化。1970年代初，研究重点转为寻找新型正极材料，1975年日本三洋公司成功开发出Li/MnO₂电池并应用在CS-8176L型计算器上。1976年锂碘原电池出现。随后，锂银钒氧化物（Li/Ag₂V₄O₁₁）电池开发成功并占据植入式心脏设备用电池的大部分市场份额，锂银钒氧化物电池体系是锂电池专用领域的一大突破。

锂二次电池是在锂一次电池的基础上发展起来的。1971年，日本松下电器公司发明了锂氟化碳电池并获得应用，第一次将“嵌入化合物”引入到锂电池设计中。1970年前后，随着嵌入化合物和电化学嵌入理论的深入研究和发展，发现锂离子可在TiS₂和MoS₂等嵌入型化合物的晶格中嵌入或脱嵌。但由于以金属锂为负极组成的锂二次电池在充放电过程中负极锂表面容易形成锂枝晶，存在着充放电效率低、循环寿命短及安全性能差等缺点，所以一直没有实现商业化。为了解决上述问题，人们进行了多方探索和研究，包括用含锂合金或具有石墨结构的碳材料来代替金属锂作负极。(www.xing528.com)

用嵌锂化合物代替锂二次电池中的金属锂负极的新构想是由Armond首先提出的，人们把这种电化学体系形象地描述为“摇椅式电池”。1980年，Goode-nough提出了LiCoO₂作为嵌入化合物的可能性。1990年，SONY公司成功开发出实用性“摇椅式电池”，该电池以LiCoO₂为正极材料，以石油焦为负极活性物质，得到具有良好的充放电性能和较高比能量的电池，并首次提出了“锂离子电池”这一概念。该体系的成功之处在于用能够可逆嵌脱锂的碳材料替代了金属锂作负极，既克服了锂二次电池循环寿命低、安全性差的缺点，又较好地保持了锂二次电池高电压、高比能量的优点。锂离子电池的出现称得上是锂二次电池历史上的一次飞跃。1991年锂离子电池实现商品化，1995年发明聚合物锂离子电池，1999年开始商品化。经过多年的发展，锂离子电池已在可充电电池领域占据了领先地位。