2019诺贝尔化学奖颁给了锂电池领域,诺贝尔奖委员会表示,“他们(获奖者)创造了一个可充电的世界”。你可能不知道,最初的锂电池体积庞大,使用条件也极为有限,锂电池发展到目前的极致大小,中间经历了无数次失败。本期专题,Maigoo网编辑带您了解锂电池发展现状和趋势,告诉您锂电池的发展历史。
“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。
锂电池大致可分为锂离子电池和锂金属电池两类。
锂离子电池一般使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池,是目前的主流电池;
锂金属电池一般使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。
锂金属电池技术要求较高,但是其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池,目前只有有少数几个国家的公司生产。
大多数人在衡量锂电池的寿命时以充放电的次数来计算,事实上,锂电池电量完全耗尽再充对电池的伤害比较大。所以,如果每次用到一般的电量再充,这样锂电池的寿命反而会延长。
一般来说,锂电池的寿命有2—3年的时间,但是高品质的电池充放电多个周期后,仍然会保留原始容量的80%,所以很多锂电供电产品在经过两三年后仍然可以使用。
准确来说,锂电池确实存在不安全的可能性,一些手机品牌、汽车品牌使用的锂电池都出现过自燃、爆炸的现象。
锂电池出现爆炸的原因主要分为三种,第一种是外部短路,第二种是内部短路,第三种是过充。前两者是因为锂电池自身设计不良导致的;而过充往往是因为使用了质量不达标的充电器。
2019年的诺贝尔化学奖给了锂电池领域,诺奖官网称“他们(获奖者)创造了一个可充电的世界”。锂离子电池被广泛应用在手机、笔记本电脑、电动汽车等领域,遍布我们生活的各个角落,而锂电池的发展史还要追溯到上世纪70年代。
1970年,美国化学家威廷汉使用金属锂制成了首个锂电池,但是此时的锂电池对工作环境的要求较高,体积也较大,仅能在室温下使用。
1980年,美国化学家古迪纳夫在威廷汉的研究基础上,发现钴酸锂可作为锂离子电池的正极材料。这一发现使得锂离子电池的电位翻了一番,同时体积缩小了很多,锂电池商用距离人类又近了一步。
1981年,日本科学家吉野彰开始对锂电池进行研究,并在19世纪80年代后期,使用石油焦和古迪纳夫的锂-钴氧化物,研制出了更安全的可商用锂离子电池。
1991年,索尼公司将锂离子电池正式投入市场,这一年,一直停留在实验室阶段的锂电池正式开启了商用时代,锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。
锂电池从根本上改善了我们存储和使用能源的方式,它不仅适用于我们的日常生活,还可以储存太阳能和风能,让无化石燃料的世界成为可能。上述三位科学家也因为锂电池在2019年共同获得诺贝尔化学奖。
能源存储技术发展至今,针对不同的领域、不同的需求,人们已提出和开发了多种储能技术来满足应用。与其它商业化的可充放电池相比,锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、工作温度范围宽和安全可靠等优点,是目前储能产品开发中最可行的技术路线。
在汽车行业,在特斯拉、比亚迪、银隆等企业推动下,锂离子电池成为储能主流电池技术的趋势越来越明显。如今,以锂电池作为“心脏”的新能源汽车发展得如火如荼。
在医疗行业,锂电池被广泛应用于心脏起搏器,性能稳定,一般试用期可达十年之久。
在航天航空领域,锂离子电池为发射和飞行中的校正、地面操作提供支持,同时有利于提高电池的功效并支持夜间作业。
在日常生活方面,锂电池的应用更是五花八门,小到智能手表、手机、数码相机、摄影机、剔须刀、儿童玩具、电动工具等,大到从医院、宾馆、超市、等场合的应急电源,都使用锂离子电池。
中国在锂电领域制造优势非常明显,2018年,中国锂电池产量达到120G瓦时,同比增长了26.71%,产量超过全球产量一半。
特斯拉创始人马斯克曾表示,“对特斯拉来说,电池未来可能是比电动车更大的生意。”
虽然目前商业化锂电池已经比较成熟,但是展望未来,锂电池的安全问题和比容量低的问题仍然需要解决。
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