锂电池发展历程.pdf

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1、 电池发展史 电池是将物质化学反应产生的能量直接转换成电能的一种装置。1800 年,意大 利科学家伏打(Volta)将不同的金属与电解液接触,作成Volta 堆,这被认为 是人类历史上第一套电源装置。从1859 年普莱德(Plante)试制成功铅酸蓄电 池以后,化学电源便进入了萌芽状态。1868 年法国科学家勒克郎谢(Leclanche) 研制成功以NH Cl 为电解液的锌—二氧化锰干电池;1895 年琼格发明了镉-镍电 4 池;1900 年爱迪生(Edison)研制成功铁-镍蓄电池。进入20 世纪后,电池理 论和技术一度处于停滞状时期,但在二次世界大战之后,随着一些基础研究在理 论上取得突破、新型电极材料的开发和各类用电器具日新月异的发展,电池技术 又进入了一个快速发展的时期,科学家首先发展了碱性锌锰电池。进入80 年代, 科学技术发展越发迅速,对化学电源的要求也日益增多、增高。如集成电路的发 展,要求化学电源必须小型化;电子器械、医疗器械和家用电器的普及不仅要求 化学电源体积小,而且还要求能量密度高、密封性和贮存性能好、电压精度高。 因此电池池的研究重点转向蓄电池,1988 年,镍镉电池实现商品化。1992 年, 锂离子电池实现商品化,1999 年,聚合物锂离子蓄电池进入市场。 2、锂电池发展史 2.1 锂原电池 美国航空航天航空局(NASA)及世界上其它一些研究机构是最早从事锂原电池研 究的,他们努力的结果使锂原电池在1970 年初实现了商品化。这种锂原电池采 用金属锂,正极活性物质采用二氧化锰和氟化炭等材料。与传统的原电池相比, 这种锂离子电池的放电容量高数倍,而且其电动势在3V 以上,可用作特殊需求 的长寿命电池或高电压电池。 上述使用金属锂作活性负极物质的一次锂电池已顺利实现了商品化,但锂离子蓄 电池的开发且遇到了非常大的困难,最大的困难是金属锂负极存在很大的问题。 这是由于在充电反应中过程中会产生枝晶锂(纤维状结晶),这种现象会导致蓄 电池产生两个致命的缺陷,第一个缺陷是对电池特性的影响,那就是以纤维状沉 积的金属锂会以100%的效率放电,由此导致电池充放电循环困难,并引起电池 的循环寿命和贮存等性能的下降,第二个缺陷就是枝晶通过充放电的循环反复形 成,枝晶锂可能穿透隔膜,造成电池内部短路,从而发生爆炸。为了解决这些问 题,虽然采用了锂合金来替代金属锂,并改进了电解质,但这些努力的结果仍无 法使锂蓄电池实现商品化生产。 2.2 液体锂离子电池 为了克服锂原电池的以上的不足,提高电池的安全可靠性,1980 年,Armand 率 先提出了RCB 概念,锂蓄电池负极不再采用金属锂,而是正负极均采用能让锂离 子自由脱嵌的活性物质。从此以后,锂电池得到了迅猛的发展。1990 年日本的 索尼(Sony)公司率先研制成功锂离子电池,它是把锂离子嵌入碳中形成负极,取 代传统锂原电池的金属锂或锂合金作负极。1992 年,锂离子蓄电池实现商品化, 1999 年,聚合物锂离子电池实现商品化。 1 2.3 聚合物锂离子电池 聚合物锂离子电池是一种全新结构的锂离子电池。聚合物锂离子电池的出现是锂 离子电池发展历史上的一个重大突破。聚合物锂离子电池在电池结构和电池制造 工艺上都与液态锂离子电池有着根本的区别:首先,这种电池的电解质是以固态 或胶体的形式存在的,没有自由液体,因而加工性和可靠性大大提高,不需要金 属外壳,可以制成全塑包装,减轻重量。其次,电解质可以同塑料电极叠合,使 高能量与长寿命结合起来,并且形状和大小可调,使用范围和销路将大大拓宽, 适用的范围大大增加。再者,由于电解液被聚合物中的网络所捕捉,均匀地分散 在分子结构中,因而电池的安全性也大大地提高。 3、我国电池的发展史 自五十年代以来,我国二次电池工业,从无到有,从弱到强,已形成了比较完备 的工业体系,其发展历程大致可分为三个时期,首先是五十年代兴起的铅酸蓄电 池。第二个时期是指六十年代开发成功镉镍碱性蓄电池时期,该系列电池由于高 功率、高寿命以及良好的低温性能,广泛地应用于航海、通讯、电力、铁路、通 讯、电动工具、办工自动化等诸多部门。第三个时期指进入九十年代至今,九十 年代初期,中国已有了研制锂电池的初级产品,主要是用于电子计算器上的二氧 化锰扣式电池,以及少量的锂、碘和卷边封口的锂、二氧化硫电池,随后又研制 出小型碳包式的锂、亚硫氯电池。此外90 年代初,中国才开始由自己规模化生 产的,可供军方使用的安全可靠的锂电池。到了90 年代末期,我国对

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