關(guān)于作者
中國科學(xué)院金屬研究所
鋰電驅(qū)動未來（上）
材料新視野
2015年08月11日
鋰離子（搖椅式）電池的提出
1980 年，Armand 等人提出了用嵌入和脫出物質(zhì)作為二次鋰電池正負極的新構(gòu)想，即采用低插鋰電位的LiyMnYm 層間化合物代替金屬鋰作為負極，以高插鋰電位的嵌鋰化合物AzBw 作為正極，組成沒有金屬鋰的電池。充放電過程中鋰離子在正負極間來回穿梭，反復(fù)循環(huán)，相當(dāng)于鋰的濃差電池。
當(dāng)對電池進行充電時，正極的含鋰化合物中鋰離子脫出，鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。負極的炭材料呈層狀結(jié)構(gòu)，到達負極的鋰離子嵌入到碳層中，形成LixC6，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。當(dāng)對電池進行放電時，嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。
鋰離子電池充放電原理
充電時，外界電流從負極流向正極，相應(yīng)地鋰離子從LiCoO2 中脫嵌，經(jīng)過電解液，透過隔膜，到達負極，嵌入負極的石墨中。放電時，鋰離子從石墨脫插，經(jīng)過電解液和多孔隔膜后，最終插入到正極材料中，相應(yīng)地電流從正極經(jīng)外界負載流向負極。
Armand教授是鋰離子電池的奠基人之一，是國際學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界公認的、在電池領(lǐng)域具有原始創(chuàng)新成果的電池專家。Armand教授主要原創(chuàng)性學(xué)術(shù)貢獻有：1. 1977年，首次發(fā)現(xiàn)并提出石墨嵌鋰化合物作為二次電池的電極材料。在此基礎(chǔ)上，于1980年首次提出“搖椅式電池”概念，成功解決了鋰負極材料的安全性問題。日本Sony公司正是在此概念指導(dǎo)下，于1990年完成了“搖椅式電池”從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化的突破，實現(xiàn)了鋰離子電池的應(yīng)用。2. 1978年，首次提出了高分子固體電解質(zhì)應(yīng)用于鋰電池。3. 提出了碳包覆解決磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極材料的導(dǎo)電性問題，為動力電池及電動汽車的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。
鋰離子電池的商品化
1990 年日本SONY 能源技術(shù)公司開始了以石油焦為負極，LiCoO2 為正極的鋰離子電池的商業(yè)化生產(chǎn)，并首次提出了“鋰離子電池”這一全新的概念，并于1991 年5月投放市場。其鋰電池體系實現(xiàn)了商業(yè)化，并最終被廣為接受。
Jean-Marie Tarascon教授是發(fā)明聚合物鋰離子電池的鼻祖，他開創(chuàng)了將軟包裝應(yīng)用于鋰電池的先例從而使得聚合物鋰離子電成為目前的主流電池產(chǎn)品。
Tarascon教授于1980年在美國康奈爾大學(xué)畢業(yè)，后在法國波爾多大學(xué)獲得固態(tài)化學(xué)博士學(xué)位，之后他加入舉世聞名的美國貝爾實驗室。90年代初期，Tarascon研究小組研制了用于高電位正極材料的電解液，從而創(chuàng)造了以鋁箔包裝錳酸鋰鋰離子電池為特征的BELLCORE 技術(shù)。1994年，Tarascon應(yīng)邀回法國擔(dān)任庇卡底大學(xué)的教授。