在这个基于移动互联网的智能时代,随着智能手机的普及,锂电池已成为几乎所有人耳熟能详的名词了。但是锂元素和电池的不解之缘从何而来,就是本文试图说明的。

 

锂元素在 1817 年被发现后,一直到 1893 年,工业化提取锂的技术才逐渐成熟。

 

到了 1912 年,著名的美国化学家 G.N. 路易斯(G.N.Lewis)就开始提出锂金属电池的概念。

 

1970 年,一次性使用的金属锂电池开始进入市场销售。而可充电的金属锂电池则由于研发失败而终止。

 

1991 年,日本索尼公司(SONY)成功研发出非金属态,且可反复充电的锂离子电子。

 

电池设计开发的基于电化学的理论。所谓电化学是研究化学能与电能之间相互转化的装置,过程和效率的科学。简单来说,电化学就是专门研究在电解液环境下,化学能和电能的相互转化的原理和过程控制的科学。

 

 电化学有两个分支,一个是电解质学,专门研究电解质的导电特性,离子的传输性质和化学反应的平衡特性。另一个则是电极学,专门研究电极的平衡特性和通电后的极化特性。

 

电池的核心部分是电极。我们知道,电极是由活性物质作为添加剂,并外加导电骨架组成的。

 

锂电池的电极有正极和负极之分,正极一般是锂或锂的化合物组成,负极则是由碳材组成。其正极材料中均采用了锂元素作为主要的活性物质

 

 对电池的电极设计而言,选择性能良好的活性物质是重中之重的工作。理想的活性物质(Active Material)一般具有这些特点:具有较高的比容量,具有较高的电化学活性,同时,在电解液中具有很好的化学稳定性。

 

锂元素的原子量时 6.94,是金属中最轻的。锂元素的标准电极电位是 -3.045V,也是金属中最低的,此外,锂元素的比容量也是金属中最高的,同时锂元素的电化学当量则最小。以上四大特点使锂元素具备了成为高能量密度储能装置中核心元素的先天优势。

 

从市场使用的情况来看,用锂元素作为电极材料的锂离子电池表现极为优异,在各种领域中被广泛使用。在汽车动力电池领域,锂元素更是大放异彩,成为目前市场占有率最大的充电电池。

 

据有关数据统计,2018 年中国新能源汽车产量达 122 万辆,同比增长 50.62%。和 2014 年相比,产量增长了 14.66 倍。受到新能源汽车市场快速发展的驱动,2017-2018 年我国动力电池市场继续保持高速增长。据统计,2018 年我国动力电池市场产量达 65GWh,同比增长 46.07%。可见其发展势头还是非常迅猛的。

 

未来的一段时间内,汽车动力电池仍将是锂离子电池领域增长最大的引擎,其主要的发展趋势是高能量密度、高安全方向。动力电池及高端数码锂离子电池将成为锂离子电池市场主要增长点。