BU-204：锂电池工作原理

了解为什么锂离子电池是一种优质电池系统。

锂电池的开创性工作始于1912年的GNLewis，但直到20世纪70年代初，第一批非可充电锂电池才开始商业化。随后在20世纪80年代开发可再充电的锂电池，但由于用作阳极材料的金属锂的不稳定性而失败。（金属锂电池使用锂作为阳极;锂离子使用石墨作为阳极，而阴极使用活性材料。）

锂是所有金属中最轻的，具有最大的电化学势，并且每单位重量提供最大的比能。阳极上带有锂金属的可充电电池可以提供非常高的能量密度;然而，在20世纪80年代中期发现，电流循环在阳极上产生不需要的枝晶。这些生长颗粒穿透隔板会导致短路。电池温度会迅速上升并接近锂的熔点，导致热失控，也被称为“火焰通风”。1991年，一部手机电池产生的火焰气体烧伤一位男子在脸部后，大量可充电金属锂电池被召回日本。

在充电过程中，锂金属的固有不稳定性引导研究转移到使用锂离子的非金属溶液中。1991年，索尼将第一款锂离子电池商业化，如今这种化学物质已成为市场上最有前途、发展最快的电池。虽然比锂金属的比能低，但锂离子是安全的，只要严格把关电压和电流的限制。

发明锂钴氧化物电池应该归功于JohnB.Goodenough（1922）。据说在开发过程中，一位受日本电话电报公司（NTT）雇用的研究生在美国与Goodenough合作。在突破后不久，学生带着他的发现成果回到日本。之后在1991年，索尼宣布了一项关于锂钴氧化物阴极的国际专利。多年的诉讼随之而来，但索尼能够保留专利，Goodenough却没有因他的努力获得任何回报。为了表彰其在锂离子开发方面做出的贡献，美国国家工程院于2014年授予Goodenough和其他贡献者CharlesStarkDraper奖。2015年，以色列授予Goodenough100万美元的奖金。

优异比能的关键是3.60V的高电池电压。活性材料和电解质的改进有可能进一步提高能量密度。负载特性良好，并且平稳放电曲线提供了有效利用的储能理想稳定电压频谱：3.70-2.80V/cell。

1994年，在18650圆柱形电池中制造锂离子电池的成本超过10美元，容量为1,100mAh。2001年，价格降至3美元以下，而产能上升至1,900mAh。如今，高能量密度的18650电池可提供超过3,000mAh的电流，成本也在下降。降低成本，增加比能和不含有毒物质，使锂离子电池成为便携式应用、重工业、电动动力系统和卫星普遍接受的电池。18650的直径为18毫米，长度为65毫米。

锂离子电池是一种低维护电池，这是大多数其他化学品无法提出的优势。电池没有记忆，不需要运动（完全放电）以保持良好状态。自放电不到镍基系统的一半，这有助于燃料表的应用。标称的3.60V电池电压可以直接为手机、平板电脑和数码相机供电，与多电池设计相比，可以简化和降低成本，缺点是需要保护电路以防止滥用以及高价格。