“鋰電池”,是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí),M. S. WhitTIngham提出并開(kāi)始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?;顫?,使得鋰金屬的加工、保存、使用,對(duì)環(huán)境要求非常高。所以,鋰電池長(zhǎng)期沒(méi)有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。鋰電池大致可分為兩類:鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰,并且是可以充電的??沙潆婋姵氐牡谖宕a(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生,其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。
鋰電池的發(fā)展進(jìn)程:
1970年,??松腗.S.WhitTIngham采用硫化鈦?zhàn)鳛檎龢O材料,金屬鋰作為負(fù)極材料,制成首個(gè)鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯,負(fù)極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不需充電。鋰離子電池(Li-ion Batteries)是鋰電池發(fā)展而來(lái)。舉例來(lái)講,以前照相機(jī)里用的扣式電池就屬于鋰電池。這種電池也可以充電,但循環(huán)性能不好,在充放電循環(huán)過(guò)程中容易形成鋰結(jié)晶,造成電池內(nèi)部短路,所以一般情況下這種電池是禁止充電的。1980年,J. Goodenough 發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰可以作為鋰離子電池正極材料。
1982年伊利諾伊理工大學(xué)(the Illinois InsTItute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性,此過(guò)程是快速的,并且可逆。與此同時(shí),采用金屬鋰制成的鋰電池,其安全隱患備受關(guān)注,因此人們嘗試?yán)娩囯x子嵌入石墨的特性制作充電電池。首個(gè)可用的鋰離子石墨電極由貝爾實(shí)驗(yàn)室試制成功。
1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料,具有低價(jià)、穩(wěn)定和優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)鋰性能。其分解溫度高,且氧化性遠(yuǎn)低于鈷酸鋰,即使出現(xiàn)短路、過(guò)充電,也能夠避免了燃燒、爆炸的危險(xiǎn)。
1989年,A.Manthiram和J.Goodenough發(fā)現(xiàn)采用聚合陰離子的正極將產(chǎn)生更高的電壓。
1992年日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負(fù)極,以含鋰的化合物作正極的鋰電池,在充放電過(guò)程中,沒(méi)有金屬鋰存在,只有鋰離子,這就是鋰離子電池。隨后,鋰離子電池革新了消費(fèi)電子產(chǎn)品的面貌。此類以鈷酸鋰作為正極材料的電池,至今仍是便攜電子器件的主要電源。
1996年P(guān)adhi和Goodenough發(fā)現(xiàn)具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽,如磷酸鐵鋰(LiFePO4),比傳統(tǒng)的正極材料更具安全性,尤其耐高溫,耐過(guò)充電性能遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)鋰離子電池材料。因此已成為當(dāng)前主流的大電流放電的動(dòng)力鋰電池的正極材料。
縱觀電池發(fā)展的歷史,可以看出當(dāng)前世界電池工業(yè)發(fā)展的三個(gè)特點(diǎn),一是綠色環(huán)保電池迅猛發(fā)展,包括鋰離子蓄電池、氫鎳電池等;二是一次電池向蓄電池轉(zhuǎn)化,這符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略;三是電池進(jìn)一步向小、輕、薄方向發(fā)展。在商品化的可充電池中,鋰離子電池的比能量最高,特別是聚合物鋰離子電池,可以實(shí)現(xiàn)可充電池的薄形化。正因?yàn)殇囯x子電池的體積比能量和質(zhì)量比能量高,可充且無(wú)污染,具備當(dāng)前電池工業(yè)發(fā)展的三大特點(diǎn),因此在發(fā)達(dá)國(guó)家中有較快的增長(zhǎng)。電信、信息市場(chǎng)的發(fā)展,特別是移動(dòng)電話和筆記本電腦的大量使用,給鋰離子電池帶來(lái)了市場(chǎng)機(jī)遇。而鋰離子電池中的聚合物鋰離子電池以其在安全性的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),將逐步取代液體電解質(zhì)鋰離子電池,而成為鋰離子電池的主流。聚合物鋰離子電池被譽(yù)為 “21世紀(jì)的電池”,將開(kāi)辟蓄電池的新時(shí)代,發(fā)展前景十分樂(lè)觀。
2015年3月,日本夏普與京都大學(xué)的田中功教授聯(lián)手成功研發(fā)出了使用壽命可達(dá)70年之久的鋰離子電池。此次試制出的長(zhǎng)壽鋰離子電池,體積為8立方厘米,充放電次數(shù)可達(dá)2.5萬(wàn)次。并且夏普方面表示,此長(zhǎng)壽鋰離子電池實(shí)際充放電1萬(wàn)次之后,其性能依舊穩(wěn)定。
鋰電池的發(fā)展前景:
為了開(kāi)發(fā)出性能更優(yōu)異的品種,人們對(duì)各種材料進(jìn)行了研究。從而制阿聯(lián)酋鋰電池公交車(荷蘭制造)造出前所未有的產(chǎn)品。比如,鋰二氧化硫電池和鋰亞硫酰氯電池就非常有特點(diǎn)。它們的正極活性物質(zhì)同時(shí)也是電解液的溶劑。這種結(jié)構(gòu)只有在非水溶液的電化學(xué)體系才會(huì)出現(xiàn)。所以,鋰電池的研究,也促進(jìn)了非水體系電化學(xué)理論的發(fā)展。除了使用各種非水溶劑外,人們還進(jìn)行了聚合物薄膜電池的研究。
鋰電池廣泛應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽(yáng)能電站等儲(chǔ)能電源系統(tǒng),郵電通訊的不間斷電源,以及電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車、軍事裝備、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。
鋰離子電池以其特有的性能優(yōu)勢(shì)已在便攜式電器如手提電腦、攝像機(jī)、移動(dòng)通訊中得到普遍應(yīng)用。開(kāi)發(fā)的大容量鋰離子電池已在電動(dòng)汽車中開(kāi)始試用,預(yù)計(jì)將成為21世紀(jì)電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿﹄娫粗?,并將在?cè)面人造衛(wèi)星、航空航天和儲(chǔ)能方面得到應(yīng)用。隨著能源的緊缺和世界的環(huán)保方面的壓力。鋰電被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車行業(yè),特別是磷酸鐵鋰材料電池的出現(xiàn),更推動(dòng)了鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用。
《規(guī)劃》出臺(tái) 有望改變世界鋰電池格局
4月18日,國(guó)務(wù)院討論通過(guò)了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012~2020年)》(下稱《規(guī)劃》),明確了以純電驅(qū)動(dòng)為汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向,推廣普及非插電式的混合動(dòng)力汽車,并提出了在2015年純電動(dòng)以及混合動(dòng)力車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量達(dá)到50萬(wàn)輛,到2020年超過(guò)500萬(wàn)輛的目標(biāo)。
《規(guī)劃》的出臺(tái),在坊間引發(fā)巨大關(guān)注。諸多專家認(rèn)為,此舉將促進(jìn)汽車業(yè)進(jìn)入新一輪發(fā)展期,此外,還在無(wú)形中為節(jié)能與新能源汽車的核心部件動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)勾勒出一個(gè)龐大的市場(chǎng)輪廓。
《2013-2017年中國(guó)鋰電池行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù)測(cè)分析報(bào)告》數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),2012年我國(guó)新能源汽車、電網(wǎng)儲(chǔ)能、特種車、通信基站等領(lǐng)域的成品鋰電池組市場(chǎng)規(guī)模為35億元,比2011年的26億元增長(zhǎng)34.6%。其中新能源汽車的應(yīng)用占比為57%。
自從2007年蘋(píng)果公司發(fā)布智能手機(jī),隨后又推出平板電腦以來(lái),全球便進(jìn)入了智能化時(shí)代,對(duì)智能手機(jī)和平板電腦的強(qiáng)烈需求快速推動(dòng)了數(shù)碼鋰電池的銷量,其中以手機(jī)鋰電池銷量最大。
2012年數(shù)碼鋰電池行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的快速調(diào)整,一方面使軟包鋰電池、圓柱鋰電池的銷量快速增加,并保持30%以上的增速,另一方面又使鋁殼方形鋰電池的市場(chǎng)規(guī)模迅速萎縮。整個(gè)數(shù)碼鋰電池行業(yè)正在經(jīng)歷深刻的變化,對(duì)投資者而言,能否在變革中把握市場(chǎng)趨勢(shì)的變化決定了公司未來(lái)命運(yùn)。
鋰電池的應(yīng)用:
隨著二十世紀(jì)微電子技術(shù)的發(fā)展,小型化的設(shè)備日益增多,對(duì)電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進(jìn)入了大規(guī)模的實(shí)用階段。
最早得以應(yīng)用的是鋰亞原電池,用于心臟起搏器中。由于鋰亞電池的自放電率極低,放電電壓十分平緩。使得起搏器植入人體長(zhǎng)期使用成為可能。
鋰錳電池一般有高于3.0伏的標(biāo)稱電壓,更適合作集成電路電源,廣泛用于計(jì)算機(jī)、計(jì)算器、手表中。
鋰離子電池大量應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)工具、電動(dòng)車、路燈備用電源、航燈、家用小電器上,可以說(shuō)是最大的應(yīng)用群體。