1.4.1 锂电池的发展历史

20世纪60～70年代，几乎在锂电池发明的同时，研究发现许多化合物（层板上的原子以强烈的共价键相互作用。层间是以分子间作用力维持的层状、柱状化学物质，常见有黏土、硅酸盐、磷酸盐等）可以与金属锂进行可逆反应构成锂电池。20世纪70年代提出的分层组织作为电池系统的负极金属锂作为电池系统的正极，是最有代表性的一种。1976年英国科学家Whittingham证实了此系统的可靠性。随后，埃克森公司对电池系统进行深入研究，并希望其商业化。但是，系统很快就暴露出许多致命的缺陷。首先，活性金属锂容易导致有机电解液的分解，产生电池内部压力。其次，由于锂电极表面的电位分布不均匀，金属锂将在负极沉积，产生锂“枝晶”（晶体在偏离平衡条件较大的情况下，容易枝蔓状生长，形成树枝状晶体），一方面会造成可逆嵌锂容量损失，另一方面枝晶可以穿透隔膜和负极连接，造成电池内部短路，瞬间吸收大量的热，发生爆炸。这一系列因素导致锂金属电池的循环性能和安全性能变差，所以系统未能实现商业化。

1980年，法国科学家Armand首次提出“摇椅电池”的想法，在充放电过程中，锂离子处于正极—负极—正极的运动状态，摇椅两端为电池两极。使用低嵌锂电位的锂化合物代替金属锂作为正极，采用高嵌锂电位的锂化合物作为负极。同年，美国德州大学的Goodenough教授提出了一系列的锂过渡金属氧化物（M=Co、Ni或Mn）为电池正极材料。1987年，奥邦成功组装了浓差电池并证明摇椅电池想法的可行性，但由于负极材料的嵌入电位高、嵌锂容量较低，并没有显示出高电压的锂离子二次电池比容量高的优点。1987年，日本的索尼公司使用锂嵌入焦炭（Li_XC₆）取代锂金属作为正极，通过（M=Co、Ni、Mn）的电池系统，使用可逆的嵌脱锂的碳材料为负极，在延长使用寿命的同时，能保持高电压稳定性，成功地解决了锂离子二次电池的循环寿命低、安全性能差的缺点。

纯锂电池的研究起步于1989年，日本Nagoura等人发明的锂电池中，石油焦为正极、锂离子钴为负极。在同一年，索尼公司正式推入市场结构为焦炭的第一代商用锂电池，并首次采用锂电池的概念。此后，随着锂电池材料研究的不断深入和系统的研究，1997年索尼公司将石墨正极锂电池商业化。锂电池快速发展时代已到来，目前在相机、手机、笔记本计算机和电动工具等小型二次电池市场占有最大份额，近几年也在电动汽车电池市场得到了快速的发展。

在锂电池的发展史上，可以看到世界电池工业发展的三个特点：一是绿色环保电池的快速发展，包括锂电池和镍氢电池等；二是电池的转换，这是一个可持续发展策略；三是光电池进一步向小、薄的方向发展。在电池的商业化过程中，锂电池的比例是最高的，特别是聚合物锂电池，可实现薄形的充电电池。由于锂电池体积小、能量高和重量轻，并且可以充电、无污染，具有电池行业发展的三个主要特点，所以它在发达国家迅速发展。近年来，电子信息市场的发展，特别是手机和笔记本计算机的使用，为锂电池带来了更多的市场机会。

以煤炭、石油和天然气的化石燃料为主要能源的能源结构，使得环境污染日益严重，并且由此导致的全球变暖问题和生态环境恶化问题受到越来越多的关注。所以，可再生能源和新能源的发展，成为未来技术领域和未来经济世界的一个最具有决定性的影响。锂电池作为一种新的二次清洁能源且可再生能源，具有安全的独特优势，它将逐步取代传统电池成为主流。聚合物锂电池被称为21世纪的电池，这是一个锂电池的新时代，其发展前景非常乐观。