鋰離子電池的歷史發(fā)展概況

20世紀70年代初，由于能源危機，鋰離子電池的研究工作得到了推進。以Li或Li -al合金為正極材料，先后出現(xiàn)了Li/MnO2、Li/I2、Li/SOCl2、Li/FeS2等鋰電池。1970年，日本松下公司在美國獲得了Li/(CF) n電池的專利。在放電過程中，(CF) n由鋰生成C和LiF，這個反應(yīng)是不可逆的，所以當時的鋰原電池是一次性電池。1977年，世界上最大的鋰離子電池制造商日本三洋公司設(shè)計了Li/MnO2電池，該電池立即被用于其太陽能可充電電子計算器。在最初研究Gui,美國通用汽車(GM)和阿貢國家實驗室(退火)專注于熔鹽電解質(zhì)的鋰離子電池系統(tǒng),熔鹽電解質(zhì)鋰電池陽極材料熔化狀態(tài)的和硫磺,電解質(zhì)鋰鹽融化和氯化鋰、氯化鉀等,當熔鹽電解質(zhì)電池工作需要45℃高溫。然而，這種電池在使用過程中并不能抑制對環(huán)境的破壞，其容量會迅速下降。在接下來的研究中,研究者廢棄鋰和硫磺的鋁鋰合金硫化(LiAl)和鐵(菲斯和FeS2),提高了循環(huán)性能,但由于有機電解質(zhì)鋰離子電池的快速發(fā)展,高溫熔融鹽鋰離子電池的研究工作基本上是終止1990左右。

 

20世紀80年代以來，鋰離子電池的研究取得了突破性進展:1980年，Goodenough的團隊制造了LiCoO2正極材料;1981年，貝爾實驗室使用石墨作為鋰離子電池的陰極材料。1983年，Goodenough制造了正極材料LiMn2O4。1989年，Manthiram和Goodenough報道了聚陰離子(如SO42-)的誘導(dǎo)作用可以提高金屬氧化物的工作電壓。1990年，索尼的商用鋰離子二次電池(C/LiCoO2)成為真正的鋰離子電池。實現(xiàn)了以石墨化碳材料為負極的鋰二次電池。其組成為:鋰與過渡金屬復(fù)合氧化物/電解質(zhì)/石墨化碳材料。1994年，Tarascon和Guyomard開發(fā)了一種以碳酸乙酯和碳酸二甲酯為基礎(chǔ)的電解液系統(tǒng)。1997年，Goodenough報道了一種叫做LiFePO4的正極材料。此時，鋰離子電池已經(jīng)完全形成。

 

金屬鋰和LiC6之間的電位差小于0,LiC6是一種嵌入石墨化碳材料和鋰的化合物。因此，可充電鋰離子電池的負極材料可以在沒有鋰金屬的情況下使用。在充電過程中，鋰首先進入石墨。在石墨中，鋰儲存在層狀結(jié)構(gòu)中間的層間間隙中，接下來的放電過程在層間進行。該方法具有良好的可逆性，使可充電鋰離子電池的循環(huán)性能得到了很好的改善。此外,碳材料是廉價、無毒,在空氣中放電狀態(tài)是相對穩(wěn)定的,不僅可以不使用活畫出金屬鋰的性能,而且還可以防止鋰枝晶的產(chǎn)生,使用壽命大大提高,直接從根本上改善鋰離子電池的安全性。