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鋰離子電池（Lithium-ion battery）是一種可充電電池，它的工作原理主要依賴鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)。在充電過(guò)程中，鋰離子從正極移動(dòng)到負(fù)極；在放電過(guò)程中...
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鋰離子電池（Lithium-ion battery）是一種可充電電池，它的工作原理主要依賴鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)。在充電過(guò)程中，鋰離子從正極移動(dòng)到負(fù)極；在放電過(guò)程中，鋰離子從負(fù)極移動(dòng)到正極。在這個(gè)過(guò)程中，電池能夠存儲(chǔ)和釋放能量。
鋰離子電池在很多方面都優(yōu)于其他類型的可充電電池，例如它們的能量密度高，自放電率低，沒(méi)有記憶效應(yīng)，并且能夠經(jīng)受大量的充電和放電循環(huán)。這些優(yōu)點(diǎn)使得鋰離子電池在許多應(yīng)用中得到了廣泛使用，包括手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)汽車、電動(dòng)叉車和可充電家用電器。 然而，鋰離子電池也有一些挑戰(zhàn)和限制。例如，它們的制造成本相對(duì)較高，需要復(fù)雜的充電電路，以及在某些情況下可能存在安全風(fēng)險(xiǎn)，例如過(guò)度充電或損壞時(shí)可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)。 在過(guò)去的幾十年中，科學(xué)家和工程師一直在研究如何改進(jìn)鋰離子電池的性能和安全性，并開(kāi)發(fā)出了許多新的鋰離子電池技術(shù)，包括磷酸鐵鋰電池等。 1970年代初：Stanley Whittingham，當(dāng)時(shí)在?？松?a href="http://m21363.cn/company/" title="公司" target="_blank">公司工作，首次開(kāi)發(fā)出了鋰離子電池。他在研究中使用了一個(gè)可以插入鋰離子的鈦酮（TiS2）正極和一個(gè)鋰金屬負(fù)極。這個(gè)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題是，鋰金屬負(fù)極在重復(fù)充放電過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生鋰的“枝晶”生長(zhǎng)，這可能會(huì)導(dǎo)致電池短路甚至爆炸。 1970年代末：John Goodenough在牛津大學(xué)進(jìn)行的研究中發(fā)現(xiàn)了鈷酸鋰可以作為鋰離子電池的正極材料。鈷酸鋰正極電池的工作電壓可以達(dá)到4V，比Whittingham的設(shè)計(jì)高了兩倍。然而，這些早期的鋰離子電池仍然使用鋰金屬作為負(fù)極，因此安全問(wèn)題仍然存在。 1980年，Rachid Yazami研發(fā)出了使用石墨作為負(fù)極的鋰離子電池。這種設(shè)計(jì)在提供大量可供鋰離子插入的空間的同時(shí)，避免了使用鋰金屬可能帶來(lái)的安全問(wèn)題。 1982年伊利諾伊理工大學(xué)（the Illinois Institute of Technology）的R.R.Agarwal和J.R.Selman發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性，此過(guò)程是快速的，并且可逆。與此同時(shí)，采用金屬鋰制成的鋰電池，其安全隱患備受關(guān)注，因此人們嘗試?yán)娩囯x子嵌入石墨的特性制作充電電池。首個(gè)可用的鋰離子石墨電極由貝爾實(shí)驗(yàn)室試制成功。
1983年M.Thackeray、約翰·B·古迪納夫等人發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料。錳尖晶石具有低價(jià)、穩(wěn)定和優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)鋰性能。其分解溫度高，且氧化性遠(yuǎn)低于鈷酸鋰，即使出現(xiàn)短路、過(guò)充電，也能夠避免了燃燒、爆炸的危險(xiǎn)。雖然純錳尖晶石隨充放電循環(huán)會(huì)變衰弱，但這是可以通過(guò)材料的化學(xué)改性克服的。截至2013年錳尖晶石用于商業(yè)電池。
1985年，日本旭化成的吉野彰運(yùn)用鈷酸鋰開(kāi)發(fā)電池陰極，徹底消除金屬鋰，完成世界最初可商業(yè)化的含鋰堿性鋰離子電池。
1989年，A.Manthiram和古迪納夫發(fā)現(xiàn)采用聚電解質(zhì)(例如，硫酸鹽)的正極將產(chǎn)生更高的電壓，原因是聚電解質(zhì)的電磁感應(yīng)效應(yīng)。 這些早期的發(fā)展為后來(lái)鋰離子電池的商業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。雖然早期的鋰離子電池技術(shù)存在許多問(wèn)題，但它們的開(kāi)發(fā)過(guò)程中積累的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為后來(lái)的研究人員提供了寶貴的參考，幫助他們解決了這些問(wèn)題，并最終實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的商業(yè)化。 1991年日本索尼成功開(kāi)發(fā)鋰離子電池。它的實(shí)用化，使人們的移動(dòng)電話、筆記型電腦等攜帶式電子設(shè)備重量和體積大大減小，使用時(shí)間大大延長(zhǎng)。由于鋰離子電池中不含有重金屬鎘，與鎳鎘電池相比，大大減少了對(duì)環(huán)境的污染。 1991年 –索尼公司和旭化成公司發(fā)布首個(gè)商用鋰離子電池[18]。隨后，鋰離子電池革新了消費(fèi)電子產(chǎn)品的面貌。 1996年 – Padhi和古迪納夫發(fā)現(xiàn)具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽，如磷酸鐵鋰電池（LiFePO4），比傳統(tǒng)的正極材料在安全性和壽命方面有所進(jìn)步，但低溫性能和壓實(shí)密度有待提高。 2001年 –約翰·B·古迪納夫獲頒日本國(guó)際獎(jiǎng)。 2002年 – 蔣業(yè)明教授和他的小組在麻省理工學(xué)院表明通過(guò)與鋁，鈮和鋯的摻雜[20]提高材料的導(dǎo)電性，使鋰電池的性能顯著改善。導(dǎo)致增加的確切機(jī)制成為廣泛辯論的議題。 2004年 – 蔣業(yè)明通過(guò)采用磷酸鹽的直徑小于100納米的顆粒再次增加性能。這降低顆粒密度差不多一百倍，增加了正極的表面面積和改進(jìn)的容量和性能。商業(yè)化導(dǎo)致了更高容量的鋰離子電池市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，以及蔣業(yè)明和古迪納夫之間的專利侵權(quán)戰(zhàn)。 2008年，特斯拉公司推出了其第一款電動(dòng)汽車——Roadster，這款車使用的就是鋰離子電池，標(biāo)志著鋰離子電池在汽車上的應(yīng)用開(kāi)始走向成熟。 2011年 – 在日本的所有便攜式二次（即，可充電）電池的銷售中，鋰離子電池占66％。 2012年 –約翰·B·古迪納夫，拉奇德·雅扎米和吉野彰獲得了IEEE環(huán)境與安全技術(shù)獎(jiǎng)?wù)拢?a href="http://m21363.cn/company/search.php?area=200" title="美國(guó)" target="_blank">美國(guó)IEEE）。 2013年 – 可再充電鋰電池已經(jīng)進(jìn)展到磷酸釩鋰電池，在正向和反向反應(yīng)中以增加能量效率[來(lái)源請(qǐng)求]。 2014年 – Amprius公司商業(yè)電池達(dá)到650瓦時(shí)/升（比以前高20％），使用硅陽(yáng)極，并分別交付給智能電話廠家[24]。美國(guó)國(guó)家工程學(xué)院公認(rèn)約翰·B·古迪納夫，西美緒，拉奇德·雅扎米和吉野彰為今天的鋰離子電池所做的先驅(qū)性和領(lǐng)先性的基礎(chǔ)工作[25]。 2015年 –特斯拉汽車公司推出的Tesla Powerwall和PowerPack電池，分別用于住宅和商業(yè)用途。預(yù)計(jì)由于Gigafactory 1工廠所提供的規(guī)模經(jīng)濟(jì)將顯著降低可充電的鋰離子電池價(jià)格。 2018年 –吉野彰獲頒日本國(guó)際獎(jiǎng) 2019年 –約翰·B·古迪納夫、斯坦利·惠廷厄姆、吉野彰因發(fā)展鋰離子電池獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。水島公一獲得東京大學(xué)總長(zhǎng)特別表彰。
2009年，中國(guó)民營(yíng)汽車制造商比亞迪開(kāi)始研發(fā)以磷酸鐵鋰為動(dòng)力的電動(dòng)平衡重叉車。
2011年3月，中國(guó)叉車網(wǎng)（m21363.cn)報(bào)道，中國(guó)民營(yíng)汽車制造商比亞迪正在介入叉車制造業(yè)，并首次推出以磷酸鐵鋰為動(dòng)力的3噸電動(dòng)平衡重叉車。最初使用于比亞迪內(nèi)部的各事業(yè)部。
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