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锂离子电池是谁发明的,锂电池是谁发明的?

九游会俱乐部LARGE  |  点击量:11517次  |  2018年07月31日  

摘要
锂离子电池:是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。

锂离子电池:是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。


锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池,通常人们俗称其为锂电池。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极,是现代高性能电池的代表。而真正的锂电池由于危险性大,很少应用于日常电子产品。


1970年,埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成首个锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯,负极是锂。电池组装完成后电池即有电压,不需充电。锂离子电池(Li-ionBatteries)是锂电池发展而来。举例来讲,以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。这种电池也可以充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中容易形成锂结晶,造成电池内部短路,所以一般情况下这种电池是禁止充电的。


1982年伊利诺伊理工大学(theIllinoisInstituteofTechnology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性,此过程是快速的,并且可逆。与此同时,采用金属锂制成的锂电池,其安全隐患备受关注,因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。


1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料,具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高,且氧化性远低于钴酸锂,即使出现短路、过充电,也能够避免了燃烧、爆炸的危险。


1989年,A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。


1992年日本索尼公司发明了以炭材料为负极,以含锂的化合物作正极的锂电池,在充放电过程中,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。随后,锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。此类以钴酸锂作为正极材料的电池,至今仍是便携电子器件的主要电源。


1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐,如磷酸铁锂(LiFePO4),比传统的正极材料更具安全性,尤其耐高温,耐过充电性能远超过传统锂离子电池材料。


纵观电池发展的历史,可以看出当前世界电池工业发展的三个特点,一是绿色环保电池迅猛发展,包括锂离子蓄电池、氢镍电池等;二是一次电池向蓄电池转化,这符合可持续发展战略;三是电池进一步向小、轻、薄方向发展。在商品化的可充电池中,锂离子电池的比能量最高,特别是聚合物锂离子电池,可以实现可充电池的薄形化。正因为锂离子电池的体积比能量和质量比能量高,可充且无污染,具备当前电池工业发展的三大特点,因此在发达国家中有较快的增长。电信、信息市场的发展,特别是移动电话和笔记本电脑的大量使用,给锂离子电池带来了市场机遇。而锂离子电池中的聚合物锂离子电池以其在安全性的独特优势,将逐步取代液体电解质锂离子电池,而成为锂离子电池的主流。聚合物锂离子电池被誉为“21世纪的电池”,将开辟蓄电池的新时代,发展前景十分乐观。


2015年3月,日本夏普与京都大学的田中功教授联手成功研发出了使用寿命可达70年之久的锂离子电池。此次试制出的长寿锂离子电池,体积为8立方厘米,充放电次数可达2.5万次。并且夏普方面表示,此长寿锂离子电池实际充放电1万次之后,其性能依旧稳定。[3]


“锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。所以,锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展,现在锂电池已经成为了主流。锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制,现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。


1780年,意大利波罗那大学解剖学教授伽伐尼(LuigiGalvani1737年9月9日-1798年12月4日)做青蛙腿肌肉运动的解剖学研究,他在实验中发现,在起电机放电的同时,如果用金属手术刀触动蛙腿神经,蛙腿肌肉立刻收缩,为了找出这一现象的原因,在进一步的实验中意外地发现,若用两种金属分别接触蛙腿的筋腱和肌肉,当两种金属的另一端相碰时,蛙腿也会发生抽动。伽伐尼认为这是青蛙体内存在一种“神经电流体”引起的,这种可以使神经、肌肉活动,脑是分泌电液的重要器官。


意大利的物理学家伏达(AlessandroVlota1745年2月18日—1827年3月5日)在1792年对伽伐尼的发现做了研究,他发现电流的产生并不需要动物组织,1793年他否认了动物电的存在,认为伽伐尼发现的电产生于两种不同金属的接触,他认为蛙腿的抽动是一种对电流的灵敏的反应,这个电流是由于两种金属插在了由肌肉提供的溶液中,并构成回路而产生的。


1799年伏达用铜片、浸盐水的纸片、锌片依次重叠起来,创制了最早的获得连续电流的伏达电堆。1800年他公布了在1795-1796年间发现的电池原理,1801年他为拿破仑一世演示了伏达电堆,拿破仑授予他金质奖章并封他为伯爵。


1799年,伏特把一块锌板和一块银板浸在盐水里,发现连接两块金属的导线中有电流通过。于是,他就把许多锌片与银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸片,平叠起来。用手触摸两端时,会感到强烈的电流刺激。伏特用这种方法成功的制成了世界上第一个电池——“伏特电堆”。这个“伏特电堆”实际上就是串联的电池组。它成为早期电学实验,电报机的电力来源。


1803年,德国化学家里特尔制造出一台蓄电池。


1836年,英国化学家J.F.丹聂尔制造出了第一块古典原电池。伏打电堆的一个缺点是由于极化作用而使电流很快减小。他发现的电池是用多细孔的陶罐(开始用动物膜)把浸入硫酸铜溶液中的电极铜棒和锌棒分开。它能比过去的电池提供更长时间的稳定电流。


1859年,法国物理学家普朗特制造出了第一台可实用的铅酸蓄电池。他包括两块卷成螺旋形的铅皮,中间用橡皮隔开,浸没在10%的硫酸溶液中,然后送入电流,使其中一块铅皮镀上,另一块铅皮成为粗糙的多孔表面。这种电池比当时的任何电池都具有更高的电动势。但是由于加工成型过程复杂和冗长,很难批量生产,没有受到重视。


1865年,法国化学家勒克朗谢制造出第一块干电池。他采用导电的氯化铵溶液、锌和石墨作电极,并用二氧化锰作去极剂。这种电池由于使用氯化铵溶液带来很多不便。


1881年法国化学家C.A.福尔改革了普朗特的铅蓄电池。他回避了成型的工序,把直接涂布在铅板上,这样使铅蓄电池引起了商业界的兴趣,很快得到批量生产,在汽车、无线电设备、电化学实验过程中得到应用,成为了通常使用的重要电源。


1888年,化学家卡斯尼尔改进了勒克朗谢的电池。他以潮湿的氯化铵代替其溶液,以锌皮兼代容器,一举二用,使用方便,得到了广泛应用。


原电池的发明历史可追溯到18世纪末期,当时意大利生物学家伽伐尼正在进行著名的青蛙实验,当用金属手术刀接触蛙腿时,发现蛙腿会抽搐。大名鼎鼎的伏打认为这是金属与蛙腿组织液(电解质溶液)之间产生的电流刺激造成的。1800年,伏打据此设计出了被称为伏打电堆的装置,锌为负极,银为正极,用盐水作电解质溶液。1836年,丹尼尔发明了世界上第一个实用电池,并用于早期铁路信号灯。

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