锂电池是一个什么样的电池？

北京时间10月9日下午5点45分，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2019年度诺贝尔化学奖授予美国得州大学奥斯汀分校约翰·古迪纳夫(John B Goodenough)教授、纽约州立大学宾汉姆顿分校斯坦利·惠廷厄姆(M.stanley Whittlingham)教授和日本化学家吉野彰(Akira Yoshino)，以表彰其在锂离子电池的发展方面作出的贡献。他们将分享900万瑞典克朗（约合人民币647万元）的奖金。

是他们创造了一个可再充电世界。

高中我们学过氧化还原反应，就此提出了原电池。锂电池的本质也是氧化还原反应，在此，我们也就不需要再多讲解这部分。

能量不能凭空产生和创造，只是不同形式能量之间的转换

锂电池的提出，主要是其便携性，在此我们提出一个新概念：比能量，即比能量=物质提供的能量/自身的质量。参照元素周期表，金属锂（Li）是个不错的选择。例如，将Ag-Zn电池中的Zn替换为Li，同质量下后者的电容量远远大于前者。

自锂原子被发现，人们就一直想用锂原子制作成电池。从化学角度分析，Li是一种碱金属，其化学性质过于活泼，常温下与水反应，而作为原电池的电解质一般为盐溶液，由此做的电池可能在没使用前，其负极材料已经消耗殆尽。当然也有人知道，电解质可以是糊状物质，可以将盐溶液电解质替换为糊状电解质，可是金属锂在常温下也可与氧气发生反应，仍不能有效利用锂做电池，且两者反应后的生成物中有氢气这种易燃易爆的气体，着实不现实。

1958年，有人提出了用有机溶剂做为电解质，这样可以有效的避免上面讲的问题，一经提出，美国军方便提出“锂非水电解质体系”方案，并着手研究。

1973年，日本松下研究出以金属锂为负极，碳氟化物为正极，无机锂盐+有机溶剂为电解质的锂电池，并且量产，主要用于电动渔船。

同样是1973年，第一次石油危机爆发，美国埃克森公司（即现在的“埃克森美孚”，当时两公司并未合并）不愿任人宰割，拓展出一条业务线用于研究新型能源，英国的斯坦利·惠廷厄姆作为主将，研究用嵌入式化合物（IC，Intercalation Compound，IC的优点是在离子嵌入后，不改变IC的体积）作为锂电池正极。斯坦利·惠廷厄姆教授发现二硫化钽（tan）可嵌入离子（二硫化钽为分层结构，层与层之间可以嵌入离子，如Li+，K+），该反应为可逆，即放电时嵌入，充电时脱嵌。且水合碱金属离子嵌入二硫化钽中时，有两个优点，其一为有盐的稳定性，其二为拥有金属良好的导电性。

于是世界上第一块二次电池诞生了，其采用锂做负极，二硫化钛（与二硫化钽类似，且质量更轻）做正极，有机溶剂做电解质。经过测验，其思路是正确的，但在实际使用中却从在诸多问题，主要问题是：再次充电时锂离子并不是得电子变为锂棒，而是形成锂枝晶，若锂枝晶脱离，则这部分锂将不会再参与反应（成为“死锂”）；若锂枝晶不是脱落而是刺破隔离膜，这就不是简简单单的电容量降低了，而是发生爆炸。当然，历史中有采用此原理量产的锂电池，最终因为经常爆炸而被下线。此后，不断有人提出改进方法，如用锂合金替代锂，其缺点是可充电次数少和电池的容量、性能大幅下降。如何消除锂枝晶带来的影响呢？

法国的米歇尔·阿曼德（Michel Armand）给出了很好的解决方案。他提出将负极也用IC替代，即正负极两端均嵌入Li+，这确实解决了锂枝晶带来的影响，可随之而来的却是负极的电压升高，可选材料少，电池提供的电压降低。1980年，美国的约翰·古迪纳夫用钴酸锂做为正极，使得电池提供的电压大幅提高，钴酸锂也成为目前主流材料之一。

1983年，日本的吉野彰发现聚乙炔可嵌入Li+，且负极电压低，密度不高。在随后的研究中，炭基材料（如石墨，集炭等）也具有此性质。终于，1991年，日本索尼和吉野彰所在公司旭化成合作，生产出第一批商用锂电池(18650的前身），并制定了锂电池的标准，此时，真正意义上的锂离子电池问世。

现在，市面上的锂电池的正极主要分为两种，一种是磷酸锂铁LEP，另一种是在钴酸锂基础上掺杂锰酸锂和镍酸锂。

由于篇幅原因，其中的一些细节，如IC是附着在某些金属上形成集流体；SEI膜（附着在石墨表面）是只允许Li+通过而溶剂不能通过。

就目前的技术来说，锂电池的发展还是有很大的空间的，如若将锂枝晶这个问题攻克，你将会是下一个诺奖得主！！！