1 ? ?鋰離子電池的歷史
電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。金屬鋰的密度為0.534 g/cm，在金屬元素中為最小，其相對于標準氫電極的電極電位為-3.045 V，是金屬元素中電負性最低的金屬。金屬鋰電池的研究最早可以追溯到二十世紀六十至七十年代，當(dāng)時以金屬鋰作為負極，以TiS2等過度金屬硫化物以及MoS2、V205等過度金屬氧化物為正極。然而，該電極體系在充電過程中，負極金屬鋰表面電位分布不均會導(dǎo)致鋰離子被還原時在金屬鋰表面不均勻沉積形成樹枝狀的鋰晶體，當(dāng)結(jié)晶到較大階段時，鋰枝晶會刺穿隔膜，使電池的正負極導(dǎo)通，形成短路，最終引發(fā)電池爆炸等安全事故。
為了解決金屬鋰負極的安全問題，科學(xué)家們尋求可替代金屬鋰的負極材料，比如Li-A1合金等，但長時間反復(fù)的循環(huán)，合金化和去合金化過程仍然會使電極材料產(chǎn)生較大的體積效應(yīng)，最終致使電極粉末化，容量衰減。隨后，Armand
等科學(xué)家提出了以石墨類等層狀材料可以作為鋰離子嵌入脫出的載體進行儲存鋰，從而代替金屬鋰和合金鋰負極，引起了較大的關(guān)注。同時，在正極方面的研究進展則以Goodenough等合成出了嵌鋰化合物L(fēng)iMO2(其中M代表Co，Ni，Mn等)為代表，鋰離子能在該系列的化合物中可逆的嵌入及脫出。隨后，在1991年，日本sony公司發(fā)布了首個商用的鋰離子電池，即是以石墨類材料作為負極，以高電位的LiC0O2作正極，溶解于EC+DEC的LiCl04作為電解液。而此后，鋰離子電池便得到了大規(guī)模的發(fā)展及應(yīng)用。
2 ? ?鋰離子電池的工作原理
以商用化的鋰離子電池為例，即電池負極采用的是石墨類材料，正極為LiC0O2。其工作原理如圖1所示，在充放電過程中，鋰離子分別在正極和負極材料中嵌入脫出，從而對外釋放電能。在充電過程，鋰離子從LiC0O2中脫出，嵌入到石墨層間；而放電過程則正好與此相反，即鋰離子又從石墨類材料中脫出，而嵌入到LiC0O2中。具體的電化學(xué)反應(yīng)如下所示：
圖1 ? 鋰離子電池的工作原理圖 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
3 ? 鋰離子電池的優(yōu)點
鋰離子電池能被廣泛的應(yīng)用于生活中各個方面，源自于自身獨特的優(yōu)勢：首先是工作電壓高，單體鋰離子電池的工作電壓為3.6V，約鎳氫鎳鎘電池的3倍，高的電勢可以提供更高的能量密度；其次，鋰離子電池的比能量密度(Wh/Kg，Wh/L)高，一般在110-150Wh/Kg或270wh/L，是鉛酸電池的6倍，鎳氫鎳鎘電池的2-3倍，高的比能量密度能使在滿足同等比容量的條件下，使電池的重量大幅減小。再次，鋰離子電池的循環(huán)壽命較長。正常情況下可充放電次數(shù)達1000次以上，高于其他類型的二次電池；此外，鋰離子電池還擁有自放電較小，無容量的記憶效應(yīng)，對環(huán)境友好等優(yōu)點。
