人類(lèi)對(duì)鋰電池初的開(kāi)發(fā)是在上世紀(jì)六十年代。由于在金屬中,鋰元素有著小的密度和大的電負(fù)性,故而應(yīng)當(dāng)具有高的比能量。但由于其抗腐蝕性及不易控制,并沒(méi)有得到商業(yè)化。七十年代,松下電器研制出 Li/(CFx)n電池,解決了上述不足,三洋公司推出 Li/MnO2 電池,并在計(jì)算器領(lǐng)域得到普及。以上所提均為一次性鋰電池,開(kāi)發(fā)成功的是加拿大 Moli 公司在八十年代推出的 Li/S2 電池,1990 年 SONY 公司成功研制出二次鋰離子電池,它終于以自身的諸多優(yōu)點(diǎn)在商業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。
鋰離子電池應(yīng)用的領(lǐng)域主要在通信通訊、便攜式電器以及電動(dòng)汽車(chē)方面。手機(jī),筆記本電腦等都要輕質(zhì)量,高容量的二次電池,有著高能量密度的鋰離子電池正好滿足了上述需求,故在這些方面得到了廣泛的應(yīng)用。目前手機(jī),筆記本電腦大量使用的是以 LiCoO2 為正極材料的鋰離子電池。電動(dòng)汽車(chē)方面由于需要盡量減少車(chē)身重量以減少能耗和提高時(shí)速、加大電池容量以延長(zhǎng)單次行車(chē)路程,這也使鋰電池有了用武之地。
目前,鋰電池還在軍地、醫(yī)療等方面有著廣泛的應(yīng)用,其中一個(gè)典型的例子就是心臟起搏器:心臟起搏器對(duì)電池的要求相當(dāng)苛刻,其壽命、抗腐蝕性都需要有很高品質(zhì),一般由鋰碘一次電池來(lái)?yè)?dān)負(fù)這個(gè)艱巨的任務(wù)。首先,它有著極長(zhǎng)的使用壽命,一般可達(dá)七至十年。其次,由于它使用純固體電解質(zhì),產(chǎn)品的可靠性相當(dāng)高。還有另外一點(diǎn),因起搏器的工作頻率由電源電壓決定,前文已述,一般的鋰電池放電電壓平穩(wěn),由圖 2 可以看出,它們只在快用盡時(shí)電壓才會(huì)有較大幅度的下降,這不利于病人了解起搏器的工作狀態(tài),在電量用盡時(shí)容易出現(xiàn)危險(xiǎn),而鋰碘電池的放電電壓曲線隨使用變化比較明顯,彌補(bǔ)了其它鋰電池的不足。
電子信息時(shí)代使對(duì)移動(dòng)電源的需求快速增長(zhǎng),鋰離子電池經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展,已經(jīng)成為一種相對(duì)成熟的技術(shù),由于它具有體積小、重量輕、高儲(chǔ)能、循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)、空間技術(shù)、國(guó)防工業(yè)等多方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但是目前的鋰離子電池仍然有著一些明顯的缺陷:如目前的正極材料在循環(huán)使用中都會(huì)有不可逆的電容量損失;而負(fù)極材料除此之外還存在電壓滯后的問(wèn)題。關(guān)于前者,有研究者提出添加其它組分來(lái)克服,目前正級(jí)材料的能量密度以每年30~50mAh/g 的速度增長(zhǎng)著[],并且材料微觀結(jié)構(gòu)尺度越來(lái)越小,正向著納米級(jí)尺度發(fā)展。至于負(fù)極,作為嵌鋰材料,碳納米管及 C60因其特殊的結(jié)構(gòu)將成為高密度嵌鋰材料的選擇,納米結(jié)構(gòu)可以提供更高的嵌鋰容量,但其制備方法及如何堆積尚不明確,仍是相關(guān)研究的重要方向。另外,凝膠聚合物鋰電池已率先商品化,并具有超薄、輕便、高能量密度等優(yōu)點(diǎn),固體聚合物電解質(zhì)的研究也取得了許多進(jìn)展,室溫離子導(dǎo)電率以及機(jī)械加工性能有了很大的改進(jìn)。固體鋰離子電池因具有更高的性能,在未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)上有很好的應(yīng)用前景,許多國(guó)家和一些大的企業(yè)集團(tuán)都在加大這方面的研發(fā)力度。