第一代鋰電池

　　Goodenough 在牛津大學(xué)工作時(shí)，英國(guó)化學(xué)家 Stan Whittingham 在電池領(lǐng)域取得重大突破。他和斯坦福大學(xué)的同事共同發(fā)現(xiàn)了在硫化鈦層片之間存儲(chǔ)鋰離子的層狀電極材料。鋰離子可以在電極間來(lái)回穿梭，具備充電能力，并且可以在室溫下工作。Wittingham 用化學(xué)術(shù)語(yǔ) intercalation（夾層）命名這種存儲(chǔ)方式。

　　這個(gè)消息吸引了廣泛關(guān)注。石油巨頭?？松梨谘?qǐng) Whittingham，依據(jù)他在斯坦福的工作，秘密研制新型電池。1976年，埃克森美孚申請(qǐng)了鋰電池發(fā)明專(zhuān)利。

　　在此之前的60年里，消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)電池是一次性碳鋅電池。（和它相比，鉛酸電池龐大沉重，只能用于汽車(chē)。）同時(shí)使用的還有鎳鎘電池。Whittingham 的成果以輕便和電量足的特點(diǎn)超越了這兩種電池。如果研究成功，它將能給更小更便攜的設(shè)備供電。

　　但還有個(gè)物理規(guī)律擋在前面。鋰電池工作的電化學(xué)反應(yīng)使它容易爆炸。當(dāng)過(guò)充時(shí)，電池可能自燃。即便你小心避免了這些問(wèn)題，電池也會(huì)在反復(fù)充放電過(guò)程中逐漸衰減。實(shí)驗(yàn)室爆炸和電池衰減這些問(wèn)題困擾著 Whittingham 的工作。

　　Goodenough 認(rèn)為他能設(shè)計(jì)出一種更有效、沒(méi)有致命缺陷的電池。美孚的電池采用硫化鈦?zhàn)鳛榇鎯?chǔ)鋰離子的負(fù)極材料。而 Goodenough 在麻省理工時(shí)候十分熟悉金屬氧化物材料。據(jù)他判斷，氧化物電極允許更高電壓的充放電。根據(jù)物理學(xué)定律，可以儲(chǔ)存更多能量而且不易爆炸。這值得一試。

　　鈷酸鋰·尖晶石·磷酸鐵

　　但還有一個(gè)潛在的問(wèn)題。電極之間儲(chǔ)存的可移動(dòng)的鋰離子越多，電極釋放的能量越多。Goodenough 考慮到，如果鋰在陰極材料中占了很大一部分，當(dāng)鋰離子轉(zhuǎn)移到陽(yáng)極時(shí)，陰極由于失去大量離子中空很可能塌陷。有沒(méi)有一種金屬氧化物能夠承受這種影響呢？如果有的話，會(huì)是哪一種？這種材料和鋰的比例該是多少？

　　Goodenough 指導(dǎo)兩個(gè)博士后助手有條不紊研究一系列金屬氧化物結(jié)構(gòu)。他讓助手們確定在鋰游離需要的電壓（他的期望值遠(yuǎn)高于 Whittingham 電池的2.2V）以及游離鋰離子的比例。

　　結(jié)果顯示電極可以承受4伏的電壓，有一半的鋰游離出來(lái)。這足夠用于可重復(fù)使用的電池。在他們測(cè)試的氧化物中，助手們發(fā)現(xiàn)鈷氧化物是最好最穩(wěn)定的材料。

1980年，Goodenough 到了牛津四年后，鋰電池鈷氧化物陰極材料成為巨大突破。這是世界上第一個(gè)可以給大型復(fù)雜設(shè)備供電的，質(zhì)量遠(yuǎn)超市場(chǎng)上其它電池。這種電池存儲(chǔ)的能量是市場(chǎng)上室溫可充電電池的二到三倍。它不僅體積更小而且性能相同甚至更好。

　　1991年，索尼結(jié)合 Goodenough 的陰極和碳陽(yáng)極技術(shù)生產(chǎn)了世界上第一個(gè)商業(yè)化可充電鋰離子電池，一夜之間轟動(dòng)全球。索尼還將鋰離子電池應(yīng)用于相機(jī)。更加輕便美觀的索尼相機(jī)很快風(fēng)靡各地。

　　索尼的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也迅速推出了類(lèi)似的電池和手持相機(jī)，并把鋰離子電池應(yīng)用到筆記本電腦和手機(jī)上，形成了每年數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。索尼的突破引發(fā)了鋰離子電池研究的熱潮，世界各地的實(shí)驗(yàn)室都開(kāi)始尋找體積更小、儲(chǔ)能更多的鋰離子電池結(jié)構(gòu)。