老能回收 | 锂离子电池的发展历程
老能科普
发布时间:2023-08-18 作者:老能回收 来源:本站

近年来,锂离子电池凭借其高能量密度、寿命长和对环境友好等优势,在众多领域都得到广泛应用,成为当今电池技术中的翘楚。

然而,你是否有想过,这款如今被广泛使用的电池,它究竟是如何走进我们生活的呢?

接下来,让我们一起走进锂离子电池的发展历程

 

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1970年,埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成了首个锂电池。

锂电池的正极材料通常是二氧化锰或亚硫酰氯,负极则为锂。这种电池组装完成后即有电压,无需充电。

 

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锂离子电池(Li-ionBatteries)是由锂电池发展而来。

举例来讲,以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。这种电池也可以充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中容易形成锂结晶,造成电池内部短路,所以一般情况下这种电池是禁止充电的。

1982年,伊利诺伊理工大学的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性,此过程是快速的,并且可逆。与此同时,采用金属锂制成的锂电池,其安全隐患备受关注,因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。

1983年,M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料,具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高,且氧化性远低于钴酸锂,即使出现短路、过充电,也能够避免了燃烧、爆炸的危险。

1985年,索尼投身锂离子电池研发,索尼信心很足,材料准备惊人,正负极电解液的组合达到1亿种以上。

1987年,“大哥大时代来临”,使用镍铬电池的大哥大电池需要一天一充,电池体积占了手机的一半。


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1988年,索尼申请第一份锂电池专利,并且把新产品命名为Li-ion battery,虽然索尼申请专利的配合和Goodenough早期论文相似,但Goodenough并未追究。

1989年,A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。

 

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1990年,锂离子电池宿敌镍氢电池上线,多以标准的五号、七号电池为主。镍氢电池50%DOD的循环寿命比不过锂离子电池100%DOD的寿命。镍氢本来能量密度本来就比锂电池低,DOD还要少一半,除了高倍率充放电,镍氢电池在其他方面都比不过被锂离子电池。

(DOD:放电深度Depth of Discharge,即:电池放电量占据额定电池容量的比例,当一颗电池达到80%的DOD,就算是深度放电了。)

1990年,业界老大:铅酸电池。

1991年,经过6年研发,索尼第一款锂离子电池产品上线。

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1992年,日本索尼公司发明了以炭材料为负极,以含锂的化合物作正极的锂电池,在充放电过程中,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。

 

随后,锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。此类以钴酸锂作为正极材料的电池,至今仍是便携电子器件的主要电源。

 

1994年,锂离子电池走向大众,锂离子电池初期只存在于索尼自家的产品,但这一僵局在1994年被戴尔打破,戴尔笔记本电脑开始使用锂离子电池。

1995年,锂离子电池摆脱形状限制,三洋推出铝壳锂离子电池103450。

1995年,索尼郡山工程火灾,100万只锂离子电池被烧毁,锂离子电池安全问题被提上议程。

1996年,Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐,如磷酸铁锂(LiFePO4),比传统的正极材料更具安全性,尤其耐高温,耐过充电性能远超过传统锂离子电池材料。因此已成为当前主流的大电流放电的动力锂电池的正极材料。

1996年,磷酸铁锂开发成功,Goodenough 再次一鸣惊人,提出磷酸铁锂商品化。

 

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1997年,天津力神神成立,上有国企背景,下有天大南开为其提供技术资源。开启国产锂电池时代。

1997年,日本首台锂离子电池纯电动车 Prairie JoyEV出产。

1998年,中国锂电之父陈立泉院士使用全套国产设备打造首条锂电生产线。

1999年,以松下为首的8家日本公司在这一年皆推出自己的首款聚锂产品,被日本人称为聚合物锂离子电池元年。

1999年,韩国进军锂离子电池市场,韩国首只电池产品由LG化学完成。

1999年,上海杉杉成立,实现负极材料的国产化。

 

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2000年,比亚迪获Moto订单,过去比亚迪仅用3年就把镉镍电池业务做到全球第一,2000年投入巨资进入锂电池研发,当年获得摩托罗拉订单。

2001年,纳米电极研发失败,理论上颗粒越小,倍率性能越好,但经过十一年研发,项目失败。

2002年,新乡市中科科技成立,格恩隔膜打破国外对隔膜市场的垄断,锂电四大主材完全具备国产化。

2004年,石墨烯研发成功。


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2004年,CATL成为ipod供应商。

2004年,中国锂电行业崛起,随着力神、光宇、CATL、比克等大型电池厂的投产,我国锂离子电池年产8亿只,占全球份额38%,仅次于日本。

2006年,比亚迪首款电动车F3e,由于当时政策力度不够,充电设施不配套,F3e并没有上市销售。

2006年,索尼电池安全事故,一场国际会议上,一台戴尔笔记本起火,索尼为此耗资4.4亿美元,召回1000万只电池。

2008年,中日韩三分天下,随着LG、三星等韩国企业的崛起,国际锂电市场中日韩三分天下。

2010年,国产六氟磷酸锂量产化,天津金牛率先将营销重点转向六氟磷酸锂,后续随着以多氟多为首的国内企业进入该领域

2011年,我国兆瓦级储能站并网,储能领域是大选锂离子电池除电动汽车外有一个应用舞台,这也是全球首个采用磷酸铁锂正极的兆瓦级储能站。

2012年,特斯拉Model S上市。

 

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2012年,4.35V钴酸锂产品面世。

2012年,松下高能量密度18650一骑绝尘,凭借NCA材料的运用,松下量产了但是能量密度最高的常规电压电芯18650-3400mAh。


根据国家统计局的数据,到2013年,我国锂离子电池的年产量已接近47.68亿,成为世界上重要的电池生产国。

2013年,播音787在飞行过程中因为电池故障猫眼并降落,经过事故分析是因为锂离子电池在高温中经历了低温所导致,这让锂离子在航天领域的应用蒙上阴影。

2014年,无人机产量大爆炸,全球民用无人机销量达到39万架,同比增长50%。

2016年,索尼出售电池事业部,由于上有松下把持高端乘用车电池市场,下有LG、三星和中国厂家的成本战,连续亏损的索尼电池事业部扭亏无望,向村田制作转卖电池事业部。

2016年,华为石墨烯增强电池,这款使用大单晶改性三元,水含量抑制的改善型电解液并辅以石墨烯散热,耐热温度比同类产品高10度,高温循环寿命长1倍。

2017年,钴酸锂价格暴涨。

2017年,全固态电池的开发,94岁高龄的锂电池之父Goodnough再度出山,带领团队研发出固态电池,完成循环1200次循环,可以在20-60度条件试用,再一次引发锂电行业革命。



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2018年,氢燃料电池冲击。

 

2019年,三位为锂离子作出重大贡献的人获得诺贝尔化学奖。



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2020年,比亚迪推出“刀片电池”,通过结构创新,在成组时可以跳过“模组”,大幅提高体积利用率,最终达成在同样的空间内装入更多电芯,体积利用率超过传统锂电池50%以上,达到高能量密度三元锂电池的同等水平,自此开始,磷酸铁锂电池市场比重逐渐超越三元锂电池。


 

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2022年,宁德时代发布CTP3.0麒麟电池,其系统集成度创全球新高,体积利用率达到72%,能量密度255Wh/kg,可实现整车1000公里续航。


 

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时至今日,锂离子电池已经成为人们生活中不可或缺的一部分。从智能手机到笔记本电脑,从无人机到无线耳机,锂离子电池的应用无所不在,深入到我们的日常生活。此外,锂离子电池还被广泛应用于新能源车辆、储能系统等领域,在能源转型中发挥着重要的作用。

锂离子电池的发展还远未停止。科学家们仍在继续探索更高能量密度、更快充电速度、更长循环寿命的新材料和新技术,力图推动锂离子电池技术的进一步突破,以满足人们对电池能源不断增长的需求。

在不久的将来,我们或许还能够看到更轻巧、更高效的锂离子电池问世,为我们人类生活带来更便捷、可靠的电力支持。