2019諾貝爾化學獎頒給了鋰電池領(lǐng)域,諾貝爾獎委員會表示,“他們(獲獎者)創(chuàng)造了一個可充電的世界”。你可能不知道,最初的鋰電池體積龐大,使用條件也極為有限,鋰電池發(fā)展到目前的極致大小,中間經(jīng)歷了無數(shù)次失敗。本期專題,Maigoo網(wǎng)編輯帶您了解鋰電池發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,告訴您鋰電池的發(fā)展歷史。
“鋰電池”,是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。
鋰電池大致可分為鋰離子電池和鋰金屬電池兩類。
鋰離子電池一般使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質(zhì)的電池,是目前的主流電池;
鋰金屬電池一般使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。
鋰金屬電池技術(shù)要求較高,但是其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池,目前只有有少數(shù)幾個國家的公司生產(chǎn)。
大多數(shù)人在衡量鋰電池的壽命時以充放電的次數(shù)來計算,事實上,鋰電池電量完全耗盡再充對電池的傷害比較大。所以,如果每次用到一般的電量再充,這樣鋰電池的壽命反而會延長。
一般來說,鋰電池的壽命有2—3年的時間,但是高品質(zhì)的電池充放電多個周期后,仍然會保留原始容量的80%,所以很多鋰電供電產(chǎn)品在經(jīng)過兩三年后仍然可以使用。
準確來說,鋰電池確實存在不安全的可能性,一些手機品牌、汽車品牌使用的鋰電池都出現(xiàn)過自燃、爆炸的現(xiàn)象。
鋰電池出現(xiàn)爆炸的原因主要分為三種,第一種是外部短路,第二種是內(nèi)部短路,第三種是過充。前兩者是因為鋰電池自身設計不良導致的;而過充往往是因為使用了質(zhì)量不達標的充電器。
2019年的諾貝爾化學獎給了鋰電池領(lǐng)域,諾獎官網(wǎng)稱“他們(獲獎者)創(chuàng)造了一個可充電的世界”。鋰離子電池被廣泛應用在手機、筆記本電腦、電動汽車等領(lǐng)域,遍布我們生活的各個角落,而鋰電池的發(fā)展史還要追溯到上世紀70年代。
1970年,美國化學家威廷漢使用金屬鋰制成了首個鋰電池,但是此時的鋰電池對工作環(huán)境的要求較高,體積也較大,僅能在室溫下使用。
1980年,美國化學家古迪納夫在威廷漢的研究基礎上,發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰可作為鋰離子電池的正極材料。這一發(fā)現(xiàn)使得鋰離子電池的電位翻了一番,同時體積縮小了很多,鋰電池商用距離人類又近了一步。
1981年,日本科學家吉野彰開始對鋰電池進行研究,并在19世紀80年代后期,使用石油焦和古迪納夫的鋰-鈷氧化物,研制出了更安全的可商用鋰離子電池。
1991年,索尼公司將鋰離子電池正式投入市場,這一年,一直停留在實驗室階段的鋰電池正式開啟了商用時代,鋰離子電池革新了消費電子產(chǎn)品的面貌。
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。上述三位科學家也因為鋰電池在2019年共同獲得諾貝爾化學獎。
能源存儲技術(shù)發(fā)展至今,針對不同的領(lǐng)域、不同的需求,人們已提出和開發(fā)了多種儲能技術(shù)來滿足應用。與其它商業(yè)化的可充放電池相比,鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬和安全可靠等優(yōu)點,是目前儲能產(chǎn)品開發(fā)中最可行的技術(shù)路線。
在汽車行業(yè),在特斯拉、比亞迪、銀隆等企業(yè)推動下,鋰離子電池成為儲能主流電池技術(shù)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(fā)展得如火如荼。
在醫(yī)療行業(yè),鋰電池被廣泛應用于心臟起搏器,性能穩(wěn)定,一般試用期可達十年之久。
在航天航空領(lǐng)域,鋰離子電池為發(fā)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(yè)。
在日常生活方面,鋰電池的應用更是五花八門,小到智能手表、手機、數(shù)碼相機、攝影機、剔須刀、兒童玩具、電動工具等,大到從醫(yī)院、賓館、超市、等場合的應急電源,都使用鋰離子電池。
中國在鋰電領(lǐng)域制造優(yōu)勢非常明顯,2018年,中國鋰電池產(chǎn)量達到120G瓦時,同比增長了26.71%,產(chǎn)量超過全球產(chǎn)量一半。
特斯拉創(chuàng)始人馬斯克曾表示,“對特斯拉來說,電池未來可能是比電動車更大的生意?!?/p>
雖然目前商業(yè)化鋰電池已經(jīng)比較成熟,但是展望未來,鋰電池的安全問題和比容量低的問題仍然需要解決。
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