一文了解鋰離子電池
鋰離子電池：是一種二次電池（充電電池），主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池。手機和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池，通常人們俗稱其為鋰電池。而真正的鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。由於鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高。所以，鋰電池沒有得到長期應用。
鋰離子電池的發展歷程
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鋰離子電池產生階段（1950—1980年）
1970年埃克森的M.S.Whittingham採用硫化鈦作為正極材料，金屬鋰作為負極材料，製成首個鋰電池。
日本的三洋公司在1975年開發了LiMnO2電池（鋰電池），隨後鋰二次電池開始量產。這種電池負極採用的是金屬鋰材質，在充放電過程中容易造成電池短路，引起爆炸等安全性問題，些因素無疑限制了鋰離子電池的發展。
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鋰離子電池快速發展階段（1980—2000年）
1980年Armand提出以可嵌入式材料替代金屬鋰作為電池負極材料。
1982年伊利諾伊理工大學的R.R.Agarwal和J.R.Selman發現鋰離子具有嵌入石墨的特性，人們嘗試利用鋰離子嵌入石墨的特性製作充電電池。首個可用的鋰離子石墨電極由貝爾實驗室試製成功。
1992年日本SONY公司最早開發了商業化的鋰離子電池。用LiCoO2作為正極材料和碳作為負極材料，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，大地推動了鋰離子電池商業化的進程。
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鋰離子電池發展的新階段（2000年至今）
2000年以後鋰離子電池的發展逐漸成熟，直至今日鋰離子電池在生活中的應用隨處可見，小到手機、筆記本電腦，大到電動汽車、航空領域等，極材料與負極材料也越來越豐富。
鋰離子電池性能特點
鋰離子電池由於其比能量高、無記憶效應、工作電壓高、安全、壽命長及循環性能好等優點，被廣泛用於電動汽車、電子設備以及儲能設備中。
比能量高
鋰離子電池的質量比能量是酸鉛電池的4倍，是鎳鎘電池的2倍以上。也就是說同樣儲能條件下體積僅是鎳鎘電池的一半。所以現代化的攜帶型電子設備使用鋰離子電池可以減輕重量，縮小體積。
工作電壓高
一般單體鋰離子電池的電壓約為3.6V，有些可達到4V以上。是鉛酸電池的2倍，鎳鎘電池和鎳氫電池的3倍。
循環使用壽命長
80%DOD(放電深度)充放電可達1200次以上，遠遠高於其他電池，具有非常高的經濟實用性。
自放電小
一般月均放電率在10%以下，Ni-Cd電池為25-30%，Ni-MH電池為30-35%，不到鎳鎘電池和鎳氫電池的一半。
綠色、實用
電池材料不會造成環境污染，被稱為「綠色電池」；具有較好的加工靈活性，可製成各種形狀的電池；工作溫度為-25~45℃，隨著電解液和正極的改進，期望能擴寬到-40～70℃。
表1四種二次電池性能比較
鋰離子電池的工作原理
當對電池進行充電時，正極失去電子，鋰離子從正極材料的晶格脫出，進入電解池，穿過隔膜後運動到負極。同時到達負極一側的鋰離子嵌入到負極材料，此外電子也經由外電路到達負極，負極得到的電子與嵌入的鋰離子結合形成鋰碳層間化合物。
當電池放電時，發生相反的過程。由此可見，在充放電過程中，鋰離子和電子的運動方向是一致的。不同的是鋰離子是在電路中往返運動，而電子則是經過外電路傳輸。
商業化使用的鋰離子電池的正極材料按結構可以分為三類：
六方層狀晶體結構的LiCoO2
立方尖晶石晶體結構的 LiMn2O4
正交橄欖石晶體結構的 LiFePO4
負極材料分類：
電解質分類：
電解質鹽種類很多，主要有LiPF6、LiClO4和LiAsF6等。
LiPF6：離子電導率較好、穩定性也不錯而且對環境污染較輕，是目前首選的鋰離子電池電解質，缺點是價格較高。
LiClO4：是早期研究的電解質鋰鹽，具有很強的氧化性，容易引起電池安全性問題，目前使用較少。
LiAsF6：導電性較好，但是As元素的毒性限制了它的使用。
鋰離子電池具有明顯優於傳統二次電池的特點，但在實際應用中也還是存在一些缺點，例如能量密度低、倍率性能不夠等問題。所以下一步鋰離子電池的發展將重點在提升能量密度的方向，其中包括採用金屬鋰作為負極材料、嵌入式化合物作為正極材料、聚合物固態電解質和採用鋰-硫電池、鋰-空氣電池等。
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