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锂电池发达简史

  锂电池发展简史_机械/仪表_工程科技_专业资料。物理学史和物理学家 锂电池发展简史 黄彦瑜1 ( 北京大学科学与社会研究中心北京10087 0 摘要 由于具有很高的能量密度,锂 金 属 在 1958年被引入电池领域,1970年进入锂一次电池

  物理学史和物理学家 锂电池发展简史 黄彦瑜1 ( 北京大学科学与社会研究中心北京10087 0 摘要 由于具有很高的能量密度,锂 金 属 在 1958年被引入电池领域,1970年进入锂一次电池的商业研发阶段。 自 1990年以来,随着正极材料、负极材料与电解质的革新,可充放二次锂电池不断发展并实现商品化。如今锂电池技 术仍在继续发展并将进一步改善人类生活。文 章对 4 0 多年来锂电池技术发展历程进行了简单的回顾^ 关键词 锂电池,嵌入化合物,综述 ,技术史 I(^邮枕/。矿50010/3(1x11^50^50161106~丫 如3! 1響 [/丫 也11抓卞办’8(1)111^100871^01111(11 八55(1*3(1 0111111111 111(0 出6 1沿11617 赶乂] 111 1116 19508 0)116 10 1(8 ^6!^ 61161^ ^611511^^ 7116 111^1 111(1111111 1)8116068 \^61~6 1)6^610^6(1 111 山亡 197081 111611 1116131 1581160681 1,1-100 1131161168 ^ 31101 11(11111111 VI& X 811006881^61^ ^6^610^)6(1^ 51006 1990 1116 131161-1^0 1^368 114^6 136611 ^ ! !!!!^ ^ ^ ! 12601 81100658^1111^ 1)35601 011 1卜6 111^61111011 0^ 116^ 031110(16,3110(16 311(1 61以3比01丫16 111316111^1(11111111 1)31161^ 1601111010- ^163 81-6 81111 1)6111^ 116^610^(6(1 80(1 ^111 10 101110乂6 1116 只1131!0 0^ 0111~“ \^58尋X III!!08只61~^ !乂巴8 3 匕“ 亡企 11111~0~ 01110(0170文11(680^61出6 136(140 丫 8 11(了, 00111^01111017 16乂16讲,1118101^ 0^ 8016006 锂电池([丨出丨1101 8311617^简写成匕过)分为锂一 次电池【又称锂原电池,?1^11317 18〉与锂二次电池 (又称裡可充电电池,I^^^^13I^8^31)丨^ 〕。裡原电池 通常以金属锂或者锂合金为负极,用 价 (^),,等材料为正极。锂二次电池研发分为金属锂 二次电池、锂离子电池与锂聚合物电池三个阶段。 锂原电池的研究开始于20世 纪 50年代,在 70 年代实现了军用与民用。后来基于环保与资源的考 虑 ,研究重点转向可反复使用的二次电池。锂金属 二次电池研究只比锂原电池晚了十年,它 在 8 0 年代 推出市场。但由于安全性等问题,除以色列了“化!! 电池公司和加拿大的9 ) ^ 1 0 必?公司仍在研发 外,锂金属二次电池发展基本处于停顿状态。 锂离子电池(口-― 8311叩 ,[迅)的设计贯彻了 全新的电池概念。一般来讲,普通电池的工作原理 大都基于“氧 化 - 还原反应”;而锂离子电池原理除 “氧 化 - 还原”以外,还基于电化学嵌入脱嵌反应。 在两极形成的电压降的驱动下,锂离子〔口4 :1可以 从电极材料提供的“空间、 如 图 1 锂 宿 主 1 提供的 “空穴”和锂宿主2 提供的“夹层空间”:!中“嵌入” 或者“脱 嵌 ”,在 充 放 电 过 程 中 ,锂离子 在正负极间 定向的移动,如 图 1所示⑴。由于“嵌入与脱嵌”并 没有造成电极材料晶格结构的变化,反应具有良好 的可逆性。这让锂离子电池具有一般高能量密度可 充电电池所不具备的高循环寿命。 事实上,这个概念早在上世纪8 0 年代初就提出 了,但概念的最终实现历时十年之久。1991年 6 月,日 本 索 尼 公 司 推 出 第 一 块 商 品 化 锂 离 子 电 池〔2〕,标志着电池工业的一次革命,有人甚至将它 2007 ~06 -05收 到 初 稿 ,2007 ~07 - 03收 到 修 改 稿 十 &111311: 126. 001X1 3 6 卷 〈2007年 作 期 11(1(1://^ ^ . ^11 ^ 643 物理学史和物理学家 图 I 锂离子电池原理示意图 同 1940— 1950年代晶体管取代电子管的半导体革 命相提并论。 锂聚合物电池的发展先后经历“锂固体聚合物 电解质电池”(口 8311汉0 与“锂离子凝胶聚合 物电解质电池”〈1,1-1011 0?6:8311617〉两个阶段。后 者 在 1994年出现,并 在 1999年实现商品化。锂电 池的发展历程可以用图2 来表示。 1 锂电池概念与锂原电池发展 1960— 1970 ^ 1960— 1970年代的石油危机迫使人们去寻找 新的替代能源,同 时军 事、航 空 、医药等领域也对电 源提出新的要求。当时的电池已不能满足高能量密 度电源的需要。由于在所有金属中锂比重很小(财 二6丨945/11101;^ ^ 0^ 53^/01113〉、电 极 电 势 极 低 ^ -3丨04^相对标准氢电极〕,它是能量密度很大的 金属,锂电池体系理论上能获得最大的能量密度,因 此它顺理成章地进入了电池设计者的视野。 与其他碱金属相比较,锂金属在室温下与水反 应速 度比较慢,但 要 让 锂 金 属 应 用 在 电 池 体 系 中 , “非水电解质”的引入是关键的一步。 1.1 1.1/01102体系:首次尝试 1958年, 提出采用有机电解质

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