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    鋰元素與電池的不解之緣

    2019-08-05 12:56:03 來源: 汽車電子資訊
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    在這個基于移動互聯網的智能時代,隨著智能手機的普及,鋰電池已成為幾乎所有人耳熟能詳的名詞了。但是鋰元素和電池的不解之緣從何而來,就是本文試圖說明的。

     

    鋰元素在1817年被發現后,一直到1893年,工業化提取鋰的技術才逐漸成熟。

     

    到了1912年,著名的美國化學家G.N.路易斯(G.N.Lewis)就開始提出鋰金屬電池的概念。

     

    1970年,一次性使用的金屬鋰電池開始進入市場銷售。而可充電的金屬鋰電池則由于研發失敗而終止。

     

    1991年,日本索尼公司(SONY)成功研發出非金屬態,且可反復充電的鋰離子電子。

     

    電池設計開發的基于電化學的理論。所謂電化學是研究化學能與電能之間相互轉化的裝置,過程和效率的科學。簡單來說,電化學就是專門研究在電解液環境下,化學能和電能的相互轉化的原理和過程控制的科學。

     

     電化學有兩個分支,一個是電解質學,專門研究電解質的導電特性,離子的傳輸性質和化學反應的平衡特性。另一個則是電極學,專門研究電極的平衡特性和通電后的極化特性。

     

    電池的核心部分是電極。我們知道,電極是由活性物質作為添加劑,并外加導電骨架組成的。

     

    鋰電池的電極有正極和負極之分,正極一般是鋰或鋰的化合物組成,負極則是由碳材組成。其正極材料中均采用了鋰元素作為主要的活性物質

     

     對電池的電極設計而言,選擇性能良好的活性物質是重中之重的工作。理想的活性物質(Active Material)一般具有這些特點:具有較高的比容量,具有較高的電化學活性,同時,在電解液中具有很好的化學穩定性。

     

    鋰元素的原子量時6.94,是金屬中最輕的。鋰元素的標準電極電位是-3.045V,也是金屬中最低的,此外,鋰元素的比容量也是金屬中最高的,同時鋰元素的電化學當量則最小。以上四大特點使鋰元素具備了成為高能量密度儲能裝置中核心元素的先天優勢。

     

    從市場使用的情況來看,用鋰元素作為電極材料的鋰離子電池表現極為優異,在各種領域中被廣泛使用。在汽車動力電池領域,鋰元素更是大放異彩,成為目前市場占有率最大的充電電池。

     

    據有關數據統計,2018年中國新能源汽車產量達122萬輛,同比增長50.62%。和2014年相比,產量增長了14.66倍。受到新能源汽車市場快速發展的驅動,2017-2018年我國動力電池市場繼續保持高速增長。據統計,2018年我國動力電池市場產量達65GWh,同比增長46.07%。可見其發展勢頭還是非常迅猛的。

     

    未來的一段時間內,汽車動力電池仍將是鋰離子電池領域增長最大的引擎,其主要的發展趨勢是高能量密度、高安全方向。動力電池及高端數碼鋰離子電池將成為鋰離子電池市場主要增長點。

     
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