锂电池包括一次锂电池和二次锂电池。一次锂电池包括Li/MnO2电池、Li/SOCl2电池和其他一次锂电池。二次锂电池包括锂离子电池、金属锂负极二次电池、水系锂离子电池等。
锂在金属中原子量最小(6.94)、密度低(0.534g/cm 3 , 20℃)、电化学当量最小[0.26g/(A·h)]、标准电极电位最低(-3.045V)周期表。金属。锂离子电池出现在 1990 年代。锂电池从电池研究成功到规模化生产只用了2-3年时间。
1、一次锂电池
如果能选择合适的材料作为正极，与锂相匹配，可以获得更高的电动势。正是基于这种考虑，锂电池的研发在20世纪60年代初开始在全球范围内展开。由于金属锂与水反应剧烈，当时一般采用非水电解质作为电解液，正极材料多采用CuF 2 。然而，这些阴极材料容易溶解在电解质溶液中。此外，初期的电池结构材料无法经受住电解液中的长期腐蚀，因此锂电池并没有真正的商业化生产。1970年后，日本松下电器公司研制成功Li/(C F x)n电池，首次解决了上述缺陷，真正得到应用。1971年被誉为日本十大新产品之一。1976年，日本三洋电机公司推出Li/Mn O 2电池，已广泛应用于计算器等领域。从 20 世纪 70 年代初期最早开发 Li/(CF x )n 电池，到 20 世纪 80 年代初，日本的锂电池产量大幅增加。锂电池推广应用最大的国家。
同时，美国于1970年成立Power Conversion Co., Ltd.，专门从事Li/SO 2电池的研究，1971年后正式投入商业化生产，品牌名称为Eternacell，主要是用于军事目的。很有前途的锂电池。
法国SAFT公司于1960年代开始研究锂电池。公司的Gabano博士于1970年率先获得Li/SOCl 2电池专利。1973年，美国GTE公司和以色列Tadilang Industrial Co., Ltd.相继正式生产Li/SOCl 2电池。Israel Tadiran Industries Ltd.于1975年与特拉维夫大学合作建厂，1977年重新设计厂房，建成量产设备并投入生产，1978年开始在全球销售Li/SOCl 2电池。
90年代发展起来的锂电池可以提供单节电压高达4V，能量密度可以达到100~200W.h·kg -1，甚至更高，并且可以长期储存。工作温度范围（-40~70℃）。与此同时，市场对锂电池的需求进一步扩大。常用的一次锂电池包括Li/MnO 2、Li/SO 2、Li/SOCl 2和Li/CuO等，已广泛应用于电子计算机、心脏起搏器、信标和鱼雷、潜艇、飞机、自动日期标记照相机、收音机、电子记录簿和记忆辅助电源等。虽然一次锂电池性能好，但价格昂贵，存在安全性能差、电压滞后、生产条件高等问题。
2、二次锂电池
1964年开始研究常温二次锂电池。以锂为负极的锂电池具有开路电压高（3V以上）、能量密度高（200W.h·kg -1和400W·h·L -1以上）、放电电压稳定、应用范围广等特点使用寿命长。. 锂电池广泛应用于各个领域，尤其是尖端技术和国防工业。
电极材料的活性越高，电极反应越不可逆。电极在充电过程中，金属锂会沉积在锂负极上，产生树枝状晶体（dendrites）。更严重的是，枝晶穿过隔膜连接正负极，造成电池内部短路，导致电池燃烧甚至爆炸，造成严重的安全隐患。从热力学的角度来看，二次锂电池在充电过程中沉积在锂负极上的高纯度锂非常活泼，部分锂会与电解液（或其杂质）发生反应，使充电二次锂电池的放电效率非常低。,
解决这些缺点的方案有两种：一种是用聚合物固态电解质代替液态电解质，即所谓的全固态二次锂电池；另一种是M. Armand提出的摇椅充电电池。全固态二次锂电池并没有从根本上消除锂枝晶形成的问题。摇椅电池使用一些具有开放结构的材料，可以让锂离子嵌入或脱嵌，并具有较低的电极电位，以取代金属锂作为负极。对于正极材料，那些具有正电位、分子量小、能量密度高、电化学性能好、导电性好的材料，以及允许锂离子嵌入和脱嵌的几何空隙结构。电极材料的活性物质由嵌锂化合物组成，其中低电位材料用作负极活性材料，高电位材料用作正极活性材料。正负极之间的电位差越大，电池的电动势就越高。电池充电时，锂离子可以从正极脱嵌，通过电解液嵌入负极；当电池放电时，锂离子可以从负极脱嵌并通过电解液插入正极。
1990年，日本NEC能源开发株式会社首先用嵌锂负极材料代替了原来的金属锂，克服了金属锂的高活性，避免了电极表面锂枝晶的形成。3.6V的工作电压已经研制成功。，一种能量密度（质量）78W·h·kg -1，能量密度（体积）192W·h·L -1，循环次数1200次，月自充电的新型锂离子二次电池-放电率12%，快速实现电池商业化。这种锂离子电池的工作原理与M.Armand提出的摇椅电池完全相同。后来加拿大森能源公司研制成功C/LiNiO 2锂离子电池。这些电池既能保持原锂电池的优点，又具有柔韧性好、重量轻、循环寿命长、安全性能优异、单体电压高、能量密度高、不含有毒重金属等优良特性如镉、铅、汞等；具有环保、后处理成本低、可回收等特点。
锂离子二次电池一般包括正极、负极、电解液、隔膜、正负极引线、中心端子、绝缘材料、安全阀、PTC正温控端子和电池外壳等附件。根据正极材料的不同，锂离子二次电池主要分为锂离子电池和锂/聚合物二次电池两大类。锂离子电池是指由两种可以可逆地嵌入和脱嵌锂离子的化合物分别作为正极和负极组成的二次电池；导电聚合物在锂/聚合物二次电池中用作正极材料，如聚乙炔、聚合物苯胺等。
比较成熟的锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO 2）、氧化镍锂（LiNiO 2）和氧化锰锂（LiMnO 4）；负极有石油焦，可以嵌入锂离子（Li +). 、石墨及层状石墨混合碳材料等。目前，锂离子二次电池市场主要集中在移动通讯和笔记本电脑领域，占整个锂离子电池的90%以上。例如，2002年锂离子电池总产量为8.62亿只，5亿多只用于移动通信，2亿多只用于笔记本电脑，1亿多只用于用于摄像机和数码相机。
1994年，Bellcore公司首先指出可以使用一类含有聚合物并导电的材料作为电解质来制造可充电锂电池，即聚合物锂离子二次电池。聚合物锂二次电池正极采用氧化钴锂，负极采用石墨化碳材料，铝和铜作为集流体。此类电池在外形、面积、质量、安全性等方面都有了很大的提升，迅速受到各大电池企业的青睐。但聚合物锂离子二次电池在整个锂离子二次电池中所占比例仍然很小，2002年约占锂离子二次电池的6%~7%，其市场主要集中在个人数码设备。约 41%；手机应用占8%；而在笔记本电脑中的应用仅占2%左右。
全固态金属二次锂电池仍处于开发阶段。加拿大Hygro-Quebec和美国3M公司在USABC的赞助下开展了卓有成效的研发工作。全固态金属二次锂电池采用交联PEO基共聚物，负极采用金属锂。其理论容量是碳负极的10倍以上，电池的安全性也大幅提高。
3、锂电池的应用
由于锂电池具有比能量高、放电电压平坦、工作温度范围宽、湿货架寿命长等诸多优点，且不含汞、镉、铅等对环境有害的金属，因此具有用于军事和日常生活。已被广泛使用。一次锂电池和二次锂电池的应用大致可分为一般消费类、工业和医疗类应用、军事类应用三类。消费类应用大致可分为三类，即家居用品、便携产品和汽车用品。家用产品最常用作电唱机、电话、闹钟、手表、照相机、汽车收音机等的电源。
美国和日本是世界上最大的锂电池生产国。美国的锂电池主要用于军事用途。日本以民用为主，几乎垄断了世界民用锂电池市场。
四、锂离子电池的发展趋势
锂离子电池的发展趋势如下：①从液态锂离子电池到固态（聚合物凝胶电解质）锂离子电池；② 在现有的三种钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂中，2000年的锂离子电池中，锰酸锂是研究热点，解决循环性能差和高温容量衰减的关键问题；镍酸锂也是关注的焦点，通过掺杂钴或其他元素，可以生产出具有良好容量和循环性能的锂镍氧化物，两者前景看好；③非碳负极材料、金属锂或锂合金作为负极材料的研发也很有前景；④ 由于手机向小型轻量化方向发展的需要，
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本文由
日本NEC锂电池中国营销中心于2023-04-23 18:43:23 整理发布。
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