鋰電池包括一次鋰電池和二次鋰電池。一次鋰電池包括Li/MnO2電池、Li/SOCl2電池和其他一次鋰電池。二次鋰電池包括鋰離子電池、金屬鋰負極二次電池、水系鋰離子電池等。
鋰在金屬中原子量最小(6.94)、密度低(0.534g/cm 3 , 20℃)、電化學(xué)當量最小[0.26g/(A·h)]、標準電極電位最低(-3.045V)周期表。金屬。鋰離子電池出現(xiàn)在 1990 年代。鋰電池從電池研究成功到規(guī)?；a(chǎn)只用了2-3年時間。
1、一次鋰電池
如果能選擇合適的材料作為正極，與鋰相匹配，可以獲得更高的電動勢。正是基于這種考慮，鋰電池的研發(fā)在20世紀60年代初開始在全球范圍內(nèi)展開。由于金屬鋰與水反應(yīng)劇烈，當時一般采用非水電解質(zhì)作為電解液，正極材料多采用CuF 2 。然而，這些陰極材料容易溶解在電解質(zhì)溶液中。此外，初期的電池結(jié)構(gòu)材料無法經(jīng)受住電解液中的長期腐蝕，因此鋰電池并沒有真正的商業(yè)化生產(chǎn)。1970年后，日本松下電器公司研制成功Li/(C F x)n電池，首次解決了上述缺陷，真正得到應(yīng)用。1971年被譽為日本十大新產(chǎn)品之一。1976年，日本三洋電機公司推出Li/Mn O 2電池，已廣泛應(yīng)用于計算器等領(lǐng)域。從 20 世紀 70 年代初期最早開發(fā) Li/(CF x )n 電池，到 20 世紀 80 年代初，日本的鋰電池產(chǎn)量大幅增加。鋰電池推廣應(yīng)用最大的國家。
同時，美國于1970年成立Power Conversion Co., Ltd.，專門從事Li/SO 2電池的研究，1971年后正式投入商業(yè)化生產(chǎn)，品牌名稱為Eternacell，主要是用于軍事目的。很有前途的鋰電池。
法國SAFT公司于1960年代開始研究鋰電池。公司的Gabano博士于1970年率先獲得Li/SOCl 2電池專利。1973年，美國GTE公司和以色列Tadilang Industrial Co., Ltd.相繼正式生產(chǎn)Li/SOCl 2電池。Israel Tadiran Industries Ltd.于1975年與特拉維夫大學(xué)合作建廠，1977年重新設(shè)計廠房，建成量產(chǎn)設(shè)備并投入生產(chǎn)，1978年開始在全球銷售Li/SOCl 2電池。
90年代發(fā)展起來的鋰電池可以提供單節(jié)電壓高達4V，能量密度可以達到100~200W.h·kg -1，甚至更高，并且可以長期儲存。工作溫度范圍（-40~70℃）。與此同時，市場對鋰電池的需求進一步擴大。常用的一次鋰電池包括Li/MnO 2、Li/SO 2、Li/SOCl 2和Li/CuO等，已廣泛應(yīng)用于電子計算機、心臟起搏器、信標和魚雷、潛艇、飛機、自動日期標記照相機、收音機、電子記錄簿和記憶輔助電源等。雖然一次鋰電池性能好，但價格昂貴，存在安全性能差、電壓滯后、生產(chǎn)條件高等問題。
2、二次鋰電池
1964年開始研究常溫二次鋰電池。以鋰為負極的鋰電池具有開路電壓高（3V以上）、能量密度高（200W.h·kg -1和400W·h·L -1以上）、放電電壓穩(wěn)定、應(yīng)用范圍廣等特點使用壽命長。. 鋰電池廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，尤其是尖端技術(shù)和國防工業(yè)。
電極材料的活性越高，電極反應(yīng)越不可逆。電極在充電過程中，金屬鋰會沉積在鋰負極上，產(chǎn)生樹枝狀晶體（dendrites）。更嚴重的是，枝晶穿過隔膜連接正負極，造成電池內(nèi)部短路，導(dǎo)致電池燃燒甚至爆炸，造成嚴重的安全隱患。從熱力學(xué)的角度來看，二次鋰電池在充電過程中沉積在鋰負極上的高純度鋰非常活潑，部分鋰會與電解液（或其雜質(zhì)）發(fā)生反應(yīng)，使充電二次鋰電池的放電效率非常低。,
解決這些缺點的方案有兩種：一種是用聚合物固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解質(zhì)，即所謂的全固態(tài)二次鋰電池；另一種是M. Armand提出的搖椅充電電池。全固態(tài)二次鋰電池并沒有從根本上消除鋰枝晶形成的問題。搖椅電池使用一些具有開放結(jié)構(gòu)的材料，可以讓鋰離子嵌入或脫嵌，并具有較低的電極電位，以取代金屬鋰作為負極。對于正極材料，那些具有正電位、分子量小、能量密度高、電化學(xué)性能好、導(dǎo)電性好的材料，以及允許鋰離子嵌入和脫嵌的幾何空隙結(jié)構(gòu)。電極材料的活性物質(zhì)由嵌鋰化合物組成，其中低電位材料用作負極活性材料，高電位材料用作正極活性材料。正負極之間的電位差越大，電池的電動勢就越高。電池充電時，鋰離子可以從正極脫嵌，通過電解液嵌入負極；當電池放電時，鋰離子可以從負極脫嵌并通過電解液插入正極。
1990年，日本NEC能源開發(fā)株式會社首先用嵌鋰負極材料代替了原來的金屬鋰，克服了金屬鋰的高活性，避免了電極表面鋰枝晶的形成。3.6V的工作電壓已經(jīng)研制成功。，一種能量密度（質(zhì)量）78W·h·kg -1，能量密度（體積）192W·h·L -1，循環(huán)次數(shù)1200次，月自充電的新型鋰離子二次電池-放電率12%，快速實現(xiàn)電池商業(yè)化。這種鋰離子電池的工作原理與M.Armand提出的搖椅電池完全相同。后來加拿大森能源公司研制成功C/LiNiO 2鋰離子電池。這些電池既能保持原鋰電池的優(yōu)點，又具有柔韌性好、重量輕、循環(huán)壽命長、安全性能優(yōu)異、單體電壓高、能量密度高、不含有毒重金屬等優(yōu)良特性如鎘、鉛、汞等；具有環(huán)保、后處理成本低、可回收等特點。
鋰離子二次電池一般包括正極、負極、電解液、隔膜、正負極引線、中心端子、絕緣材料、安全閥、PTC正溫控端子和電池外殼等附件。根據(jù)正極材料的不同，鋰離子二次電池主要分為鋰離子電池和鋰/聚合物二次電池兩大類。鋰離子電池是指由兩種可以可逆地嵌入和脫嵌鋰離子的化合物分別作為正極和負極組成的二次電池；導(dǎo)電聚合物在鋰/聚合物二次電池中用作正極材料，如聚乙炔、聚合物苯胺等。
比較成熟的鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰（LiCoO 2）、氧化鎳鋰（LiNiO 2）和氧化錳鋰（LiMnO 4）；負極有石油焦，可以嵌入鋰離子（Li +). 、石墨及層狀石墨混合碳材料等。目前，鋰離子二次電池市場主要集中在移動通訊和筆記本電腦領(lǐng)域，占整個鋰離子電池的90%以上。例如，2002年鋰離子電池總產(chǎn)量為8.62億只，5億多只用于移動通信，2億多只用于筆記本電腦，1億多只用于用于攝像機和數(shù)碼相機。
1994年，Bellcore公司首先指出可以使用一類含有聚合物并導(dǎo)電的材料作為電解質(zhì)來制造可充電鋰電池，即聚合物鋰離子二次電池。聚合物鋰二次電池正極采用氧化鈷鋰，負極采用石墨化碳材料，鋁和銅作為集流體。此類電池在外形、面積、質(zhì)量、安全性等方面都有了很大的提升，迅速受到各大電池企業(yè)的青睞。但聚合物鋰離子二次電池在整個鋰離子二次電池中所占比例仍然很小，2002年約占鋰離子二次電池的6%~7%，其市場主要集中在個人數(shù)碼設(shè)備。約 41%；手機應(yīng)用占8%；而在筆記本電腦中的應(yīng)用僅占2%左右。
全固態(tài)金屬二次鋰電池仍處于開發(fā)階段。加拿大Hygro-Quebec和美國3M公司在USABC的贊助下開展了卓有成效的研發(fā)工作。全固態(tài)金屬二次鋰電池采用交聯(lián)PEO基共聚物，負極采用金屬鋰。其理論容量是碳負極的10倍以上，電池的安全性也大幅提高。
3、鋰電池的應(yīng)用
由于鋰電池具有比能量高、放電電壓平坦、工作溫度范圍寬、濕貨架壽命長等諸多優(yōu)點，且不含汞、鎘、鉛等對環(huán)境有害的金屬，因此具有用于軍事和日常生活。已被廣泛使用。一次鋰電池和二次鋰電池的應(yīng)用大致可分為一般消費類、工業(yè)和醫(yī)療類應(yīng)用、軍事類應(yīng)用三類。消費類應(yīng)用大致可分為三類，即家居用品、便攜產(chǎn)品和汽車用品。家用產(chǎn)品最常用作電唱機、電話、鬧鐘、手表、照相機、汽車收音機等的電源。
美國和日本是世界上最大的鋰電池生產(chǎn)國。美國的鋰電池主要用于軍事用途。日本以民用為主，幾乎壟斷了世界民用鋰電池市場。
四、鋰離子電池的發(fā)展趨勢
鋰離子電池的發(fā)展趨勢如下：①從液態(tài)鋰離子電池到固態(tài)（聚合物凝膠電解質(zhì)）鋰離子電池；② 在現(xiàn)有的三種鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰中，2000年的鋰離子電池中，錳酸鋰是研究熱點，解決循環(huán)性能差和高溫容量衰減的關(guān)鍵問題；鎳酸鋰也是關(guān)注的焦點，通過摻雜鈷或其他元素，可以生產(chǎn)出具有良好容量和循環(huán)性能的鋰鎳氧化物，兩者前景看好；③非碳負極材料、金屬鋰或鋰合金作為負極材料的研發(fā)也很有前景；④ 由于手機向小型輕量化方向發(fā)展的需要，
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日本NEC鋰電池中國營銷中心于2023-04-23 18:43:23 整理發(fā)布。
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