什么是鋰離子電池，你可能不知道的鋰離子電池那些事兒
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-10 09:11
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上世紀(jì)80年代，日本正處在經(jīng)濟(jì)騰飛期，大刀闊斧的日本商人甚至一度收購(gòu)了好萊塢。日本產(chǎn)的電子產(chǎn)品也迅速占領(lǐng)著國(guó)際市場(chǎng)，西方不敢接的燙手山芋，日本人倒是想試試，要不然NEC也不會(huì)花大力氣收購(gòu)Moli。
不過(guò)這次站出來(lái)的幸運(yùn)兒并不是NEC，而是當(dāng)時(shí)憑借Walkman(隨身聽(tīng))和紅白機(jī)風(fēng)頭正勁的索尼(Sony)。
1980年代末期的索尼手頭已經(jīng)發(fā)明了用作鋰電池負(fù)極的石墨。這種石墨價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，是十分理想的電極材料，只是苦于沒(méi)有合適的正極與之匹配。古迪納夫的鈷酸鋰簡(jiǎn)直如同一道光，照亮了索尼的前程。很快，索尼將鈷酸鋰和石墨結(jié)合，開(kāi)發(fā)出了全新的可充電鋰電池。整個(gè)電池中沒(méi)有純鋰，因此安全性得到了很大提升。
由于電池中僅存在鋰的離子狀態(tài)，這類電池被稱為鋰離子電池(Lithium ion battery)。高性能，低成本，安全性好，這種鋰離子電池一經(jīng)問(wèn)世立刻受到了歡迎，幫助索尼一躍成為行業(yè)老大。我們今天所使用的絕大部分鋰離子電池仍然延續(xù)這一架構(gòu)，25年來(lái)再?zèng)]有大的改動(dòng)，這種鈷酸鋰-石墨體系的性能之優(yōu)異可見(jiàn)一斑。
鈷酸鋰使得古迪納夫一躍成為炙手可熱的化學(xué)家。
1986年，他回到了祖國(guó)，進(jìn)入德克薩斯州大學(xué)奧斯丁分校，繼續(xù)他的研究。當(dāng)大家都以為這個(gè)教授準(zhǔn)備在德州安心養(yǎng)老時(shí)，誰(shuí)都沒(méi)發(fā)現(xiàn)他已經(jīng)將目光轉(zhuǎn)向了另一個(gè)材料。
不，不止這些
遠(yuǎn)不止這些
鈷酸鋰雖然儲(chǔ)能性能好，安全性也不錯(cuò)，但是仍不是一個(gè)十全十美的材料。
一個(gè)原因是在長(zhǎng)時(shí)間使用后，鈷酸鋰的層狀結(jié)構(gòu)容易崩塌，就好比漢堡中間的牛排被抽出，兩層面包自然要塌到一起。崩塌的層之間無(wú)法再進(jìn)行鋰離子的存儲(chǔ)，造成電池整體的性能衰減。
另一個(gè)原因是鈷酸鋰實(shí)在太貴。鈷元素本身就是一種戰(zhàn)略資源，產(chǎn)地只有非洲和美洲一些小國(guó)，隨著鋰離子電池日益興盛，對(duì)鈷的需求更是與日俱增，從而極大提高了鈷酸鋰的成本。
穩(wěn)定性和高成本始終攔在鈷酸鋰的前方。直到1997年，古迪納夫又一次讓世界震動(dòng)了。這一年，他拿出的材料叫做磷酸鐵鋰。
這年他75歲。
磷酸鐵鋰(LiFePO4)，或者簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)FP，在它的晶體結(jié)構(gòu)中，鐵與氧組成 FeO6 八面體，磷與氧組成 PO4 四面體，這些八面體與六面體按照一定規(guī)則構(gòu)成骨架，形成Z 字型的鏈狀結(jié)構(gòu)，而鋰原子則占據(jù)空間骨架中所構(gòu)成的空位中[7]。
相較于鈷酸鋰的層狀結(jié)構(gòu)，LFP的空間骨架結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，鋰離子在骨架的通道中也能快速移動(dòng)。同時(shí)，LFP的成分是極其廉價(jià)的鐵與磷，價(jià)格遠(yuǎn)低于鈷。
雖然LFP也存在著不足之處，比如它的儲(chǔ)能效果比鈷酸鋰要差一點(diǎn)，但它的穩(wěn)定性和低成本迅速吸引了產(chǎn)業(yè)界的注意。
美國(guó)的A123 公司靠著生產(chǎn)LFP，一度成為全球鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的霸主。不過(guò)因?yàn)長(zhǎng)FP的專利出現(xiàn)了問(wèn)題，牽扯進(jìn)了當(dāng)時(shí)世界多家電池巨頭，一度鬧得人心惶惶，也造成LFP的推廣之路磕磕絆絆。即便如此，LFP這類材料在未來(lái)儲(chǔ)能領(lǐng)域，尤其是對(duì)低成本、穩(wěn)定性要求高的應(yīng)用中前景廣闊。
鋰離子電池磷酸鐵鋰晶體結(jié)構(gòu)
