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从金属锂到锂离子的变迁

锂电池的研究始于1912年的G.N.刘易斯，但是，直到70年代初，锂一次电池才首次得以商业化。到了20世纪80年代，科学家们开始尝试开发锂二次电池，但用作负极材料的金属锂具有很大的不稳定性，原材料的限制从而导致进展缓慢。

锂无疑是所有金属中最轻的，因此单位重量下具有最高的电化学电位和最大的比能量，以金属锂为阳极(负极)[1]的二次电池能量密度是非常高的。然而，上世纪80年代中期，人们发现在电池循环过程中金属锂负极会产生有害的枝晶，枝晶生长过程中容易刺穿隔膜导致电池短路。接着，电池温度迅速上升并接近锂的熔点，最终热失控导致电池着火甚至引起爆炸。例如在1991年，由于手机锂电池在使用过程中释放的可燃气体造成人脸灼伤，使得大量销售到日本的金属锂二次电池被全部召回。

金属锂具有固有的不稳定性，在充电过程中表现尤为明显，因此科研人员把重点转移到对非金属溶液中锂离子的研究。虽然相对于金属锂而言，锂离子电池比能量较低，但只要电池制造商和电池组封装按照安全条例实施，同时保持电压和电流的安全水平，那么锂离子电池的安全性是可以保障的。从1991年索尼公司商业化生产第一批锂离子电池至今，锂离子电池已然成为最有前途和发展最快的市场。不过与此同时，研究人员依旧没有放弃对安全的金属锂电池的开发。

正极材料锂钴氧化物的发现应归功于John Goodenough(1992)。据说，当时John Goodenough与一位受雇于日本NTT公司的毕业生一起工作。John Goodenough发明了锂离子电池后不久，那学生便将这一发明带回了日本。1991年，索尼便宣布获得了一个锂钴氧化物正极材料的国际专利，随后多年，诉讼接踵而至，但是索尼仍能够持有专利而John Goodenough却一无所获。

锂离子电池体系的闪光点

锂离子电池的比能量是镍镉电池的两倍，此外相比于镍系统的1.20V，有较高的理论电压(3.60V)，前者更有益于理论比能量的增加。同时，电极活性材料的改进在提升能量密度方面具有更大的潜力。锂离子电池的负载性能很好，理想的单电池在3.7至2.8V的电压范围内具有平坦的放电曲线，呈现出良好的能量储备性能，而镍基单电池只具有1.25到1.0V的较窄范围的平坦放电区间。

1994年，18650型号[2]的圆柱形锂离子电池容量仅1100mAh成本却超过了10美元，而到2001年，成本则降为2美元，容量升至1900mAh。今天，高能量密度的18650柱形电池可提供超过3000mAh的容量而且成本更加低廉。成本的降低，比能量的增加以及不含有毒物质使得锂离子电池在便携式设备上的应用得到普遍认同，也逐渐从最初的消费品市场一步步走向了电动汽车动力系统在内的重工业领域。

原标题：锂离子电池是如何工作的

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