一 鋰電發展歷史

（一）鋰離子電池簡介

2019年諾貝爾化學獎授予從事鋰離子電池研究的三位杰出科學家，讓鋰離子電池技術再次成為大眾焦點，這也表明鋰離子電池為無化石燃料的社會奠定了基礎，得到當代社會的充分認可。

當今社會，鋰電池已經成為人類生活不可或缺的部分。鋰離子電池是一種二次化學電池，其主要構成材料包括電解液、隔膜、正負極材料等（見圖1-1）。正負極由兩種不同的物質構成，可供鋰離子可逆地嵌入和脫出。充電過程中，鋰離子從正極脫出，經過電解質嵌入負極的晶格之中，從而正極處于高電位的貧鋰狀態，負極則處于低電位的富鋰狀態；放電過程則相反。鋰離子電池以其高能量密度、無記憶效應、循環壽命長、高電壓、可實現大倍率充放電等優勢，已經廣泛應用于新能源汽車、3C數碼產品及儲能系統等領域，是當前最符合新能源應用發展趨勢的二次電池。在國家大力發展新能源汽車產業的大趨勢下，鋰離子電池成為二次電池中最具發展潛力的種類。

圖1-1 鋰離子電池結構

資料來源：國軒高科官網。

鋰電池是電化學體系中的一類電池，涵蓋金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物電池。當前鋰電池大致可以分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰金屬電池通常不可充電，且內含金屬態的鋰；鋰離子電池不含有金屬態的鋰，并且可以充電。由于鋰離子電池性能優越，鋰金屬電池逐漸被淘汰，所以現在俗稱的“鋰電池”，準確的叫法是“鋰離子電池”（如無特別說明，后文的“鋰電池”均指“鋰離子電池”）。

相較于其他二次電池（如鎳鎘、鎳氫、鉛蓄電池），鋰離子電池具有工作電壓高、能力密度大、循環壽命長且無重金屬污染等優點（見表1-1），在高端消費類電子通信產品等中小功率電池領域取得了長足發展，目前已成為全球消費類電子產品的首選電池，同時也在動力和儲能領域具有很大市場份額。

表1-1 鋰離子電池與其他電池性能對比

表1-1 鋰離子電池與其他電池性能對比-續表

（二）鋰電池發展歷史

電池的發明可以追溯到兩百多年前。電池不斷“成長”，到目前已經有各種各樣的電池出現在我們眼前，其中鋰電池已成為用量最大的二次電池。

回顧電池發展的歷史，可以看出鋰電池能夠得到廣泛應用是電池發展的必然結果與趨勢。從1600年美國科學家吉爾伯特建立了對電池的研究基礎開始，電池的發展便一直未停歇。從1836年丹尼爾電池的誕生到1859年鉛酸電池的發明，至1883年氧化銀電池的發明，1899年鎳鎘電池的發明……電池在19世紀便已進入商品化階段。進入20世紀后，電池理論和技術一度處于停滯時期，但在第二次世界大戰之后，電池技術又進入了快速發展時期：1951年實現了鎳鎘電池的密封化，1958年美國哈里斯公司提出了采用有機電解液作為鋰一次電池的電解質……20世紀80年代基于環保考慮，研究重點轉向蓄電池并使其迅速發展；20世紀90年代進入了鋰離子電池的天下，大大減少了鉛酸電池等可充電電池所帶來的污染；進入21世紀后，隨著能源緊缺和環保理念日益深化，全球也在努力尋求與時代發展同步且功能更強大的新型電池。

具體來看，堿性鋅錳電池是最早商業化的一次電池。隨著第二次世界大戰的結束，為了適應重負荷用途的需要，進一步發展了堿性鋅錳電池并由德國埃貝爾公司首先制成了商業堿性鋅錳電池。20世紀50年代末的深入研究發現，堿性鋅錳電池能提供比酸性鋅錳電池高得多的電流和容量，使得堿性鋅錳電池的前景大為改觀，并于20世紀60～70年代成為堿性鋅錳電池的新時代。1970年至今，堿性鋅錳電池發展并逐步完善，由于堿性鋅錳電池能重負載、電容量大、低溫性能和防漏性能好、性能價格比高，其廣泛用于民用和工業。特別適用于閃光照相機、微型收錄機、對講機、剃須刀、游戲機、遙測器、計算器、助聽器等儀器設備。

1859年英國科學家普蘭第發明了鉛酸電池并于1870年采用西門子發電機將鉛酸電池改為二次電池，這便是世界上最早的二次電池。但是隨著人們環保意識的日益增強，鉛、鎘、汞等有毒金屬的使用日益受到限制，于是在20世紀70年代發明了傳統鉛酸電池的替代者——鋰離子電池。1991年，索尼公司將鋰離子電池正式投入消費電子產品市場，這正式開啟了鋰電池的商用時代。相對于鉛酸電池等二次電池而言，鋰離子電池更清潔，加之其具有工作電壓高、能量密度大、質量輕等優點，在短短十幾年的時間里鋰離子電池已經徹底占領了消費電子市場，并擴展到了電動汽車領域，取得了輝煌的成就。

鋰電池從根本上改善了我們存儲和使用能源的方式，它不僅適用于我們的日常生活，還可以儲存太陽能和風能，讓無化石燃料的世界成為可能。

綜觀電池發展的歷史，在商品化的可充電電池中，鋰離子電池的比能量最高，正因為鋰離子電池的體積比能量和質量比能量高，可充電且無污染，具備當前電池工業發展的三大特點，因此在發達國家中有較快的增長。隨著新能源汽車的發展，鋰電池也受到世人矚目。

現階段，鋰離子電池應用非常廣泛。汽車行業，在特斯拉、比亞迪、銀隆等企業推動下，鋰離子電池成為主流動力電池技術的趨勢越來越明顯。如今，以鋰電池作為“心臟”的新能源汽車發展得如火如荼。在醫療行業，鋰電池被廣泛應用于心臟起搏器，其性能穩定，一般試用期可達十年之久。在航天航空領域，鋰離子電池為發射和飛行中的校正、地面操作提供支持，同時有利于提高電池的功效并支持夜間作業。在日常生活方面，電動工具、數碼相機、應急電源等領域大量使用鋰離子電池。