1.4.1 鋰電池的發展歷史

20世紀60～70年代，幾乎在鋰電池發明的同時，研究發現許多化合物（層板上的原子以強烈的共價鍵相互作用。層間是以分子間作用力維持的層狀、柱狀化學物質，常見有黏土、硅酸鹽、磷酸鹽等）可以與金屬鋰進行可逆反應構成鋰電池。20世紀70年代提出的分層組織作為電池系統的負極金屬鋰作為電池系統的正極，是最有代表性的一種。1976年英國科學家Whittingham證實了此系統的可靠性。隨后，埃克森公司對電池系統進行深入研究，并希望其商業化。但是，系統很快就暴露出許多致命的缺陷。首先，活性金屬鋰容易導致有機電解液的分解，產生電池內部壓力。其次，由于鋰電極表面的電位分布不均勻，金屬鋰將在負極沉積，產生鋰“枝晶”（晶體在偏離平衡條件較大的情況下，容易枝蔓狀生長，形成樹枝狀晶體），一方面會造成可逆嵌鋰容量損失，另一方面枝晶可以穿透隔膜和負極連接，造成電池內部短路，瞬間吸收大量的熱，發生爆炸。這一系列因素導致鋰金屬電池的循環性能和安全性能變差，所以系統未能實現商業化。

1980年，法國科學家Armand首次提出“搖椅電池”的想法，在充放電過程中，鋰離子處于正極—負極—正極的運動狀態，搖椅兩端為電池兩極。使用低嵌鋰電位的鋰化合物代替金屬鋰作為正極，采用高嵌鋰電位的鋰化合物作為負極。同年，美國德州大學的Goodenough教授提出了一系列的鋰過渡金屬氧化物（M=Co、Ni或Mn）為電池正極材料。1987年，奧邦成功組裝了濃差電池并證明搖椅電池想法的可行性，但由于負極材料的嵌入電位高、嵌鋰容量較低，并沒有顯示出高電壓的鋰離子二次電池比容量高的優點。1987年，日本的索尼公司使用鋰嵌入焦炭（Li_XC₆）取代鋰金屬作為正極，通過（M=Co、Ni、Mn）的電池系統，使用可逆的嵌脫鋰的碳材料為負極，在延長使用壽命的同時，能保持高電壓穩定性，成功地解決了鋰離子二次電池的循環壽命低、安全性能差的缺點。

純鋰電池的研究起步于1989年，日本Nagoura等人發明的鋰電池中，石油焦為正極、鋰離子鈷為負極。在同一年，索尼公司正式推入市場結構為焦炭的第一代商用鋰電池，并首次采用鋰電池的概念。此后，隨著鋰電池材料研究的不斷深入和系統的研究，1997年索尼公司將石墨正極鋰電池商業化。鋰電池快速發展時代已到來，目前在相機、手機、筆記本計算機和電動工具等小型二次電池市場占有最大份額，近幾年也在電動汽車電池市場得到了快速的發展。

在鋰電池的發展史上，可以看到世界電池工業發展的三個特點：一是綠色環保電池的快速發展，包括鋰電池和鎳氫電池等；二是電池的轉換，這是一個可持續發展策略；三是光電池進一步向小、薄的方向發展。在電池的商業化過程中，鋰電池的比例是最高的，特別是聚合物鋰電池，可實現薄形的充電電池。由于鋰電池體積小、能量高和重量輕，并且可以充電、無污染，具有電池行業發展的三個主要特點，所以它在發達國家迅速發展。近年來，電子信息市場的發展，特別是手機和筆記本計算機的使用，為鋰電池帶來了更多的市場機會。

以煤炭、石油和天然氣的化石燃料為主要能源的能源結構，使得環境污染日益嚴重，并且由此導致的全球變暖問題和生態環境惡化問題受到越來越多的關注。所以，可再生能源和新能源的發展，成為未來技術領域和未來經濟世界的一個最具有決定性的影響。鋰電池作為一種新的二次清潔能源且可再生能源，具有安全的獨特優勢，它將逐步取代傳統電池成為主流。聚合物鋰電池被稱為21世紀的電池，這是一個鋰電池的新時代，其發展前景非常樂觀。