試析鋰電池的發(fā)展進程與實際應(yīng)用

徐存

摘要：從1990年鋰離子電池被發(fā)明出來以后，鋰離子電池的材料以及生產(chǎn)技術(shù)工藝得到了高速的發(fā)展。研究電池的材料，方便于未來提高鋰離子電池性能。因為電池的耐高低溫性能、循環(huán)性能與安全性能的全面提升，在各種手機、筆記本電腦、平板電腦以及電動工具等領(lǐng)域，鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用了。加速能源供應(yīng)系統(tǒng)和其他應(yīng)用，未來十年，鋰離子電池將保持強勁的市場需求，并將擴展到其他應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：鋰離子電池;二次電池;電池性能

引言：

鋰電池是一種新型發(fā)展的化學(xué)材料電源，電極是采用金屬鋰或者含鋰材料作為。同時具有體積小，重量小，充放電率高，無記憶效應(yīng)，維護簡單，壽命長等諸多優(yōu)點。堿性鋅錳電池、鉛電池、鋅電池、堿性鋅錳電池、鉛電池、鋅電池還有鋰電池等電池都是現(xiàn)在應(yīng)用較多的化學(xué)電源，而不同的化學(xué)電源在各個應(yīng)用領(lǐng)域都有著不同的優(yōu)點，各有所長。

一、鋰電池的發(fā)展

二十世紀(jì)六十年代，美國人為了尋找能源電池，發(fā)現(xiàn)了金屬鋰，這是最輕的金屬元素。在20世紀(jì)70年代時已經(jīng)開始了有關(guān)充電鋰電池的實驗研究，只不過在當(dāng)時，鋰電池只是存在于軍用而不是民用，如鐘表、計算器和植入式醫(yī)療器械，但它們只是充電的一種方式。本論文從環(huán)境、資源等方面對二次電池的回收利用進行了研究^[1]。

1970-1980年間，Exon公司的研究人員深入研究了鋰二次電池，在1977-1979年之間，Exon公司推出了一款新的扣式鋰合金二次電池，而這種鋰電池主要用于鐘表和各種小型電子產(chǎn)品或者設(shè)備，但從那時起，安全性問題就開始顯現(xiàn)。因此Exon公司未能將這類新型鋰二次電池推向市場，在20世紀(jì)80年代后期，一個名叫加拿大莫里能源公司在研究鋰電池過程中開發(fā)出了一款新的鋰二次電池，于是這樣首款商業(yè)化的鋰二次電池也隨之問世。

從1989年開始，由于因為Li/mo2二次電池起火，金屬鋰二次電池的發(fā)展在很大程度上陷入停滯^[2]。為了解決這個問題，研究專家提出了新方案，就是用另一種嵌入化合物來代替鋰，而不是用金屬鋰電極作為材料，這種方案逐漸被證明是可行的。經(jīng)過十年的研究，索尼成為了第一家最先將鋰離子技術(shù)產(chǎn)品化的公司。1980-1990年是鋰離子電池技術(shù)發(fā)展的一個重要時期。在90年代，索尼公司比其他公司率先發(fā)明了一種鋰離子電池，它的負(fù)極材料是碳，正極是含鋰的化合物作為材料，充放電過程只有鋰離子轉(zhuǎn)移。鋰離子電池在被發(fā)明后也被廣泛地應(yīng)用于電子領(lǐng)域，徹底進軍電子領(lǐng)域。鈷酸鋰至今仍是便攜式電子設(shè)備的主要電源。隨后，研究人員也提出了一種新型的鋰離子電池的電池概念，這種鋰離子電池除“氧化-還原反應(yīng)”之外，還伴隨著“電化學(xué)嵌入和脫嵌反應(yīng)”作為基礎(chǔ)，所以鋰離子電池沒有高循環(huán)壽命時間。

研究人員還提出了放棄液態(tài)電解質(zhì)的方案，用離子導(dǎo)電大分子電解質(zhì)代替液態(tài)電解質(zhì)，鋰大分子電池的發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段：“鋰固態(tài)大分子電解質(zhì)電池”和“鋰凝膠電解質(zhì)電池”，自從1994年出現(xiàn)，在1999年徹底實現(xiàn)商品化，，這種新型聚合物鋰大分子電池也正逐步取代液體電解質(zhì)鋰離子電池，會成為鋰電池界的主要電池。

二、鋰電池的應(yīng)用

1.應(yīng)用領(lǐng)域

微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，使微電子設(shè)備數(shù)量不斷增加，鋰離子電池已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于便攜式電腦，照相機，移動通信和其他便攜式設(shè)備中。隨著能源短缺和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，鋰電池作為一種新的能源，已被大規(guī)模地應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、航天航空、人造衛(wèi)星，還有各種中小型機器人以及軍事領(lǐng)域等方面。在水力、火電、風(fēng)電、太陽能等儲能系統(tǒng)中，鋰電池也得到了廣泛的應(yīng)用^[3]。

上個世紀(jì)90年代后期，越來越多的企業(yè)開始涉足鋰離子電池生產(chǎn)。企業(yè)不斷探索生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新，以降低鋰離子電池的技術(shù)和工藝門檻，消除電池生產(chǎn)中的專利壁壘。由于技術(shù)的革新，鋰離子電池的生產(chǎn)難度迅速降低，但其生產(chǎn)成本卻大大降低，為次電池市場帶來了發(fā)展機遇。從2000年開始鋰離子電池一直都是手機行業(yè)的領(lǐng)軍人，直到它壟斷了手機行業(yè)的電池;在nbpc上應(yīng)用鋰離子電池，可以提高nbpc的性能和質(zhì)量，成為nbpc電源系統(tǒng)的主要電力來源。

2.使用中注意的事項

（ 1）避免在高溫、高濕度或者低溫環(huán)境中使用，也要避免在夏季長時間暴露于陽光下，或?qū)㈦姵責(zé)龤А４蠖鄶?shù)鋰電池在-20℃～60℃范圍內(nèi)工作，最適溫度為0～40℃。

（ 2）不要把電池長時間存放在不用的電器里，當(dāng)電池拿出來的時候，要確保電器處于斷電狀態(tài)。

（ 3）鋰電池避免了過多的充放電，用電器告知“電量不足，請及時充電”時，應(yīng)及時充電。充電器的指示要充分，過多的使用和充電也會影響電池的壽命。

（ 4）如果使用老化的充電器，鋰離子電池就會有爆炸的危險，爆炸的可能性很大。當(dāng)充電時，鋰電池比放電時更危險。這也是為何大多數(shù)手機在充電時會爆炸的原因？所以要注意充電器的選擇，這很重要。

（ 5）鋰電池不得存放于短缺狀態(tài)。電池不能被及時地充電，就會失去電流。存儲于低功率狀態(tài)的電池會導(dǎo)致電池容量降低。長期地空閑，電池的損壞就會更嚴(yán)重。

三、結(jié)束語

世界電池工業(yè)發(fā)展的三大趨勢是：環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展，以及小，輕，薄。鋰電池廣泛應(yīng)用于電子、電動車等領(lǐng)域。電池技術(shù)的發(fā)展，擴大了電池的應(yīng)用范圍，這就對鋰離子電池提出了更高的性能和安全性要求。更安全、容量更大、壽命更長、倍率更高是鋰電池技術(shù)一直追求的目標(biāo)。鋰離子電池的技術(shù)和市場發(fā)展速度是前所未有的，其應(yīng)用領(lǐng)域也比之前的化學(xué)電池擴展得更快。無論是鋰電池技術(shù)還是市場，在未來20年內(nèi)都會出現(xiàn)奇跡，甚至超過我們的預(yù)期。

參考文獻

[1]雷軍。鋰電設(shè)備行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景研究[J].數(shù)碼世界，2019，000（003）：13.

[2]劉海昌。鋰離子電池用正極材料的研究進展[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018，000（020）：4409.

[3]滕瑛巧，王星喬，于淑兒，etal.基于諾貝爾獎成果發(fā)展史的電化學(xué)復(fù)習(xí)——以“鋰電池的昨天，今天和明天”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2020（8）.