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鋰電池的發展過程

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1、鋰電池發展史。
電池是將物質化學反應產生的能量直接轉換成電能的一種裝置。1800年,義大利科學家伏打(volta)將不同的金屬與電解液接觸,作成volta堆,這被認為是人類歷史上第一套電源裝置。從1859年普萊德(plante)試製成功鉛酸蓄電池以後,化學電源便進入了萌芽狀態。1868年法國科學家勒克郎謝(leclanche)研製成功以nh4cl為電解液的鋅—二氧化錳乾電池;1895年瓊格發明了鎘-鎳電池;1900年愛迪生(edison)研製成功鐵-鎳蓄電池。進入20世紀後,電池理論和技術一度處於停滯狀時期,但在二次世界大戰之後,隨著一些基礎研究在理論上取得突破、新型電極材料的開發和各類用電器具日新月異的發展,電池技術又進入了一個快速發展的時期,科學家首先發展了鹼性鋅錳電池。進入80年代,科學技術發展越發迅速,對化學電源的要求也日益增多、增高。如集成電路的發展,要求化學電源必須小型化;電子器械、醫療器械和家用電器的普及不僅要求化學電源體積小,而且還要求能量密度高、密封性和貯存性能好、電壓精度高。因此電池池的研究重點轉向蓄電池,1988年,鎳鎘電池實現商品化。1992年,鋰離子電池實現商品化,1999年,聚合物鋰離子蓄電池進入市場。
2、鋰電池發展史。
2.1鋰原電池。
美國航空航天航空局(nasa)及世界上其它一些研究機構是最早從事鋰原電池研究的,他們努力的結果使鋰原電池在1970年初實現了商品化。這種鋰原電池採用金屬鋰,正極活性物質採用二氧化錳和氟化炭等材料。與傳統的原電池相比,這種鋰離子電池的放電容量高數倍,而且其電動勢在3v以上,可用作特殊需求的長壽命電池或高電壓電池。
上述使用金屬鋰作活性負極物質的一次鋰電池已順利實現了商品化,但鋰離子蓄電池的開發且遇到了非常大的困難,最大的困難是金屬鋰負極存在很大的問題。這是由於在充電反應中過程中會產生枝晶鋰(纖維狀結晶),這種現象會導致蓄電池產生兩個致命的缺陷,第一個缺陷是對電池特性的影響,那就是以纖維狀沉積的金屬鋰會以100%的效率放電,由此導致電池充放電循環困難,並引起電池的循環壽命和貯存等性能的下降,第二個缺陷就是枝晶通過充放電的循環反覆形成,枝晶鋰可能穿透隔膜,造成電池內部短路,從而發生爆炸。為了解決這些問題,雖然採用了鋰合金來替代金屬鋰,並改進了電解質,但這些努力的結果仍無法使鋰蓄電池實現商品化生產。
2.2液體鋰離子電池。
為了克服鋰原電池的以上的不足,提高電池的安全可靠性,1980年,armand率先提出了rcb概念,鋰蓄電池負極不再採用金屬鋰,而是正負極均採用能讓鋰離子自由脫嵌的活性物質。從此以後,鋰電池得到了迅猛的發展。1990年日本的索尼(sony)公司率先研製成功鋰離子電池,它是把鋰離子嵌入碳中形成負極,取代傳統鋰原電池的金屬鋰或鋰合金作負極。1992年,鋰離子蓄電池實現商品化,1999年,聚合物鋰離子電池實現商品化。
2.3聚合物鋰離子電池。
聚合物鋰離子電池是一種全新結構的鋰離子電池。聚合物鋰離子電池的出現是鋰離子電池發展歷史上的一個重大突破。聚合物鋰離子電池在電池結構和電池製造工藝上都與液態鋰離子電池有著根本的區別:首先,這種電池的電解質是以固態或膠體的形式存在的,沒有自由液體,因而加工性和可靠性大大提高,不需要金屬外殼,可以製成全塑包裝,減輕重量。其次,電解質可以同塑料電極疊合,使高能量與長壽命結合起來,並且形狀和大小可調,使用範圍和銷路將大大拓寬,適用的範圍大大增加。再者,由於電解液被聚合物中的網絡所捕捉,均勻地分散在分子結構中,因而電池的安全性也大大地提高。
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