鉅大LARGE | 點擊量：4092次 | 2018年08月02日
鋰離子電池的發展歷程有哪些？
鋰離子電池：是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。
鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池。手機和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池，通常人們俗稱其為鋰電池。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，是現代高性能電池的代表。而真正的鋰電池由于危險性大，很少應用于日常電子產品。
1970年，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。鋰離子電池(Li-ionBatteries)是鋰電池發展而來。舉例來講，以前照相機里用的扣式電池就屬于鋰電池。這種電池也可以充電，但循環性能不好，在充放電循環過程中容易形成鋰結晶，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。
1982年伊利諾伊理工大學(theIllinoisInstituteofTechnology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發現鋰離子具有嵌入石墨的特性，此過程是快速的，并且可逆。與此同時，采用金屬鋰制成的鋰電池，其安全隱患備受關注，因此人們嘗試利用鋰離子嵌入石墨的特性制作充電電池。首個可用的鋰離子石墨電極由貝爾實驗室試制成功。
1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人發現錳尖晶石是優良的正極材料，具有低價、穩定和優良的導電、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、過充電，也能夠避免了燃燒、爆炸的危險。
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%
1989年，A.Manthiram和J.Goodenough發現采用聚合陰離子的正極將產生更高的電壓。
1992年日本索尼公司發明了以炭材料為負極，以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，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電子產品的面貌。此類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Padhi和Goodenough發現具有橄欖石結構的磷酸鹽，如磷酸鐵鋰(LiFePO4)，比傳統的正極材料更具安全性，尤其耐高溫，耐過充電性能遠超過傳統鋰離子電池材料。因此已成為當前主流的大電流放電的動力鋰電池的正極材料。
縱觀電池發展的歷史，可以看出當前世界電池工業發展的三個特點，一是綠色環保電池迅猛發展，包括鋰離子蓄電池、氫鎳電池等；二是一次電池向蓄電池轉化，這符合可持續發展戰略；三是電池進一步向小、輕、薄方向發展。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，可以實現可充電池的薄形化。正因為鋰離子電池的體積比能量和質量比能量高，可充且無污染，具備當前電池工業發展的三大特點，因此在發達國家中有較快的增長。電信、信息市場的發展，特別是移動電話和筆記本電腦的大量使用，給鋰離子電池帶來了市場機遇。而鋰離子電池中的聚合物鋰離子電池以其在安全性的獨特優勢，將逐步取代液體電解質鋰離子電池，而成為鋰離子電池的主流。聚合物鋰離子電池被譽為“21世紀的電池”，將開辟蓄電池的新時代，發展前景十分樂觀。
2015年3月，日本夏普與京都大學的田中功教授聯手成功研發出了使用壽命可達70年之久的鋰離子電池。此次試制出的長壽鋰離子電池，體積為8立方厘米，充放電次數可達2.5萬次。并且夏普方面表示，此長壽鋰離子電池實際充放電1萬次之后，其性能依舊穩定。
鋰離子電池容易與下面兩種電池混淆：
（1）鋰電池：以金屬鋰為負極。
（2）鋰離子電池：使用非水液態有機電解質。
（3）鋰離子聚合物電池：用聚合物來凝膠化液態有機溶劑，或者直接用全固態電解質。鋰離子電池一般以石墨類碳材料為負極。
鋼殼/鋁殼/圓柱/軟包裝系列：
（1）正極——活性物質一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料，電動自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰（俗稱三元）或者三元+少量錳酸鋰，純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。導電極流體使用厚度10--20微米的電解鋁箔。
（2）隔膜——一種經特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結構，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。
（3）負極——活性物質為石墨，或近似石墨結構的碳，導電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。
（4）有機電解液——溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液。
（5）電池外殼——分為鋼殼（方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等，還有電池的蓋帽，也是電池的正負極引出端。
根據鋰離子電池所用電解質材料的不同，鋰離子電池分為液態鋰離子電池(LiquifiedLithium-IonBattery，簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(PolymerLithium-IonBattery，簡稱為PLB)。
鋰離子電池(Li--ion)
可充電鋰離子電池是目前手機、筆記本電腦等現代數碼產品中應用最廣泛的電池，但它較為“嬌氣”，在使用中不可過充、過放(會損壞電池或使之報廢)。因此，在電池上有保護元器件或保護電路以防止昂貴的電池損壞。鋰離子電池充電要求很高，要保證終止電壓精度在±1%之內，各大半導體器件廠已開發出多種鋰離子電池充電的IC，以保證安全、可靠、快速地充電。
手機基本上都是使用鋰離子電池。正確地使用鋰離子電池對延長電池壽命是十分重要的。它根據不同的電子產品的要求可以做成扁平長方形、圓柱形、長方形及扣式，并且有由幾個電池串聯并聯在一起組成的電池組。鋰離子電池的額定電壓，因為材料的變化，一般為3.7V，磷酸鐵鋰（以下稱磷鐵）正極的則為3.2V。充滿電時的終止充電電壓一般是4.2V，磷鐵3.65V。鋰離子電池的終止放電電壓為2.75V～3.0V(電池廠給出工作電壓范圍或給出終止放電電壓，各參數略有不同，一般為3.0V，磷鐵為2.5V)。低于2.5V（磷鐵2.0V）繼續放電稱為過放，過放對電池會有損害。
鈷酸鋰類型材料為正極的鋰離子電池不適合用作大電流放電，過大電流放電時會降低放電時間(內部會產生較高的溫度而損耗能量)，并可能發生危險；但磷酸鐵鋰正極材料鋰電池，可以以20C甚至更大（C是電池的容量，如C=800mAh，1C充電率即充電電流為800mA）的大電流進行充放電，特別適合電動車使用。因此電池生產工廠給出最大放電電流，在使用中應小于最大放電電流。鋰離子電池對溫度有一定要求，工廠給出了充電溫度范圍、放電溫度范圍及保存溫度范圍，過壓充電會造成鋰離子電池永久性損壞。鋰離子電池充電電流應根據電池生產廠的建議，并要求有限流電路以免發生過流(過熱)。一般常用的充電倍率為0.25C～1C。在大電流充電時往往要檢測電池溫度，以防止過熱損壞電池或產生爆炸。
鋰離子電池充電分為兩個階段：先恒流充電，到接近終止電壓時改為恒壓充電。例一種800mAh容量的電池，其終止充電電壓為4.2V。電池以800mA(充電率為1C)恒流充電，開始時電池電壓以較大的斜率升壓，當電池電壓接近4.2V時，改成4.2V恒壓充電，電流漸降，電壓變化不大，到充電電流降為1/10-50C(各廠設定值不一，不影響使用)時，認為接近充滿，可以終止充電(有的充電器到1/10C后啟動定時器，過一定時間后結束充電)。
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