天天都在用的鋰離子電池，你知道多少？

鋰離子電池

在20世紀80年代，可擕式電子產品如攝像機、筆記型電腦和手機的發展導致對具有更大容量而尺寸更小、重量更輕的可再充電電池的需求日益增長。

然而，當時正在開發的常規可充電電池如鉛酸蓄電池和鎳鎘電池以及鎳氫電池很難在體積和重量上進一步縮小。而這時，一種新型的可充電電池橫空出世，進入了消費使用領域。比起常規的可充電電池，具有小型化、輕量化的特徵。

電池的一種主要分類是以一次性和可再充電來區分，

同時也可以按照水性或非水性的電解質類型進行分類。水電解質電池具有這樣的缺點：每個電池的可用電壓原則上限制在約1.5V。使用含水電解質的電池因此在容量方面面臨自然限制，因此限制了尺寸和重量減小的範圍。另一方面，非水電解質電池可以獲得更多電池的電動勢，在增加容量方面提供更大的可能性。其中重要的例子就是金屬鋰電池，使用非水電解質和金屬鋰作為負極材料的商業化電池。

但是金屬鋰電池還是有很大的問題，導致其不能成為可充電電池，一是充電期間鋰容易在負極沉澱引發短路，一個金屬鋰過於活潑，有安全風險。我（編者注：作者，下同）專注于發明一種具有非水電解質的實用新型可充電電池，

以滿足新興可擕式電子設備所需的小型輕便電源。我在20世紀80年代初設想了鋰離子電池（LIB），並在1986年完成了一個實用的原型（優先權專利申請於1985年提交）。鋰離子電池的完整描述是“使用含有鋰離子的金屬氧化物的非水性電解質的可充電電池，LiCoO2為正極，碳質材料為負極。”

1981年，我開始使用聚乙炔消泡電極對非水可充電電池進行基礎研究。

聚乙炔是由Shirakawa教授發現的導電聚合物，他為此獲得2000年諾貝爾化學獎。 1983年，發明了採用LiCoO2作為正極、聚乙炔作為負極的新型可充電電池。然而，由於聚乙炔的化學穩定性還不夠，在實際應用中還有問題，因此，我找到一種新型碳質材料作為負極。在研究了幾種碳質材料作為負極的適用性之後，我發現具有一定結晶結構的碳質材料具有更大的容量，且不會像石墨那樣導致電解質溶液分解。具有一定晶體結構的碳質材料的第一個例子是VGCF（vapor-phase-grown carbon fibe），這是Oberlin，Endo和Koyama於1976年報導的新型碳纖維。基於這種複合材料的新組合，我成功研製出可充電電池，它能夠在多個週期內穩定地進行充放電。這種新的電池系統是在1985年發明的，該電池系統包括使用包含鋰離子的過渡金屬氧化物（例如LiCoO2作為正極，碳質材料作為負極）的非水可充電電池。這就是鋰離子電池（lithium ion battery，LIB）。

電極材料和電池反應原理的組合賦予了LIB以下特徵：

1）避免了金屬鋰化學活性高的問題。

2）鋰離子由正極的LiCoO2供給，並轉移到負極的碳質材料上，這是一種新型可充電電池。

3）可以實現4V以上的電動勢，同時使用非水電解質使得能量密度得到飛躍提高。這使得能夠顯著地減小電池的尺寸和重量。

4）電池反應不利於化學轉化。這使得電池可以長時間穩定使用。

5）電池生產工藝簡單高效。由於正負極的材料都比較穩定，使得組裝工作不需要特別的保護措施。

接下來，我必須證明鋰離子電池的安全性。我在1986年進行了世界上第一個鋰離子電池的安全測試。經過測試，金屬鋰電池發生了劇烈爆炸，而鋰離子電池則沒有爆炸。這是鋰離子電池商業化的關鍵轉捩點。我認為這些測試的成功才是“鋰離子電池誕生的那一刻”。經過進一步的發展，鋰離子電池分別於1991年由SONY和1992年由Asahi Kasei和Toshiba的合資企業商業化。鋰離子電池的商業化使得可擕式設備的電源變得小型化輕量化，這對可擕式設備來說是非常重要的。此外，由於可提供4V以上的電動勢，LIB可以用單個電池驅動手機。

鋰離子電池的使用迅速擴大，預計將繼續增加。分類為“消費者使用”的應用包括可擕式設備，如攝像機、移動電腦、手機以及各種其他電子產品。隨著高容量、高電流放電和優異迴圈耐久性的鋰離子電池得到開發，鋰離子電池正在越來越多地用於電動交通工具，由於其具有環境友好的特徵，預計其產量和種類會大幅增加。大量生產鋰離子電池，並持續改進以達到更高的性能，也在推動碳質材料、聚合物材料和陶瓷領域的許多技術進步，以及電化學及其相關領域的發展。

作者簡介：

Dr. Akira Yoshino于1948年出生於日本大阪，於1972年從京都大學石油化學系獲得工程碩士學位。1972年，他加入 Asahi Kasei 公司的研究部門，在那裡進行功能性聚合物和電子材料的研究。1981年，他開始研究可充電電池。1985年，他發明了一種新的電池系統C / LiCoO2，後來命名為鋰離子電池。 他還開發了金屬箔集電器以及聚乙烯隔板，碳酸鹽電解質，安全裝置和電極製造方法。 他現在是Asahi Kasei研究員，也是京都大學兼職教授。

1）避免了金屬鋰化學活性高的問題。

2）鋰離子由正極的LiCoO2供給，並轉移到負極的碳質材料上，這是一種新型可充電電池。

3）可以實現4V以上的電動勢，同時使用非水電解質使得能量密度得到飛躍提高。這使得能夠顯著地減小電池的尺寸和重量。

4）電池反應不利於化學轉化。這使得電池可以長時間穩定使用。

5）電池生產工藝簡單高效。由於正負極的材料都比較穩定，使得組裝工作不需要特別的保護措施。

接下來，我必須證明鋰離子電池的安全性。我在1986年進行了世界上第一個鋰離子電池的安全測試。經過測試，金屬鋰電池發生了劇烈爆炸，而鋰離子電池則沒有爆炸。這是鋰離子電池商業化的關鍵轉捩點。我認為這些測試的成功才是“鋰離子電池誕生的那一刻”。經過進一步的發展，鋰離子電池分別於1991年由SONY和1992年由Asahi Kasei和Toshiba的合資企業商業化。鋰離子電池的商業化使得可擕式設備的電源變得小型化輕量化，這對可擕式設備來說是非常重要的。此外，由於可提供4V以上的電動勢，LIB可以用單個電池驅動手機。

鋰離子電池的使用迅速擴大，預計將繼續增加。分類為“消費者使用”的應用包括可擕式設備，如攝像機、移動電腦、手機以及各種其他電子產品。隨著高容量、高電流放電和優異迴圈耐久性的鋰離子電池得到開發，鋰離子電池正在越來越多地用於電動交通工具，由於其具有環境友好的特徵，預計其產量和種類會大幅增加。大量生產鋰離子電池，並持續改進以達到更高的性能，也在推動碳質材料、聚合物材料和陶瓷領域的許多技術進步，以及電化學及其相關領域的發展。

作者簡介：

Dr. Akira Yoshino于1948年出生於日本大阪，於1972年從京都大學石油化學系獲得工程碩士學位。1972年，他加入 Asahi Kasei 公司的研究部門，在那裡進行功能性聚合物和電子材料的研究。1981年，他開始研究可充電電池。1985年，他發明了一種新的電池系統C / LiCoO2，後來命名為鋰離子電池。 他還開發了金屬箔集電器以及聚乙烯隔板，碳酸鹽電解質，安全裝置和電極製造方法。 他現在是Asahi Kasei研究員，也是京都大學兼職教授。