锂金属电池向锂离子电池的转换

      锂电池是金属锂电池(负极是金属锂)和锂离子电池(用嵌锂化合物作负极)的总称。锂在已知金属中具有最小的原子量和最大的电极电位，因此锂电池具有能量密度大、电池电压高的特性。另外，锂电池还具有放电电压平稳、储存寿命长等优点。
      20世纪60年代发展了第一代锂电池，当时电池负极材料是金属锂。锂电池的锂电极与非水有机电解质反应，在其表面生成一层电解质界面膜(SEl)，保护了锂电极，从而使金属锂在电解质中能够稳定存在。但是在充电过程中锂将重新回到负极，形成的新沉积锂的表面没有钝化膜保护，以游离态的锂或树枝状晶态存在，容易造成电池的短路。
      为了解决这一难题，研究工作集中于以下三个方面：①开发替代金属锂的负极材料和相应的正极材料；②改进非水有机电解液的配方；③采用聚合物电解质取代非水有机溶剂。
      在1970年前后，人们发现锂离子可在TiS2和MoS2等嵌入化合物的晶格中嵌入或脱出，后来发现llco(h、LiNi02、LiMn02等过渡金属氧化物更适合作为锂离子电池的正极材料。由于这些嵌锂材料在充电时的氧化产物与水可发生化学反应，因此采用该类材料为正极的三洋锂电池均采用含有无机锂盐的非水有机电解质。但是，有机液体电解质的缺点是容易挥发、泄漏，遇到高温会燃烧爆炸，安全性能不好。
      采用碳取代金属锂作负极材料也取得重大进展。性能优良的碳材料，如石墨、碳纤维、无定形碳、石油焦等，有着良好的可逆充放电性能，且容量大、放电平台低。另外，锂离子电池负极材料还可选用合金、氧化物等其他材料。
      1990年，日本索尼公司首先推出了移动电话中应用的锂离子可充电电池，其中采用了可以使锂离子嵌入和脱出的非石墨化碳作为负极材料和可以可逆脱出和嵌入锂离子的高电位钻酸锂(L真CoQ)为正极材料，从而使新型三洋电池成为实用化研究的热点。在20世纪90年代末期，日本松下公司采用导电聚合物为电解质，碳或其他嵌入械出的活性物质为负极材料，LiMn02或LiCo(2~为正极材料，成功研制了一种全新的聚合物锂离子电池，它综合了锂离子电池的高能量密度和锂聚合物电池的高安全性，同时这种聚合物电池材料比较柔软，类似塑料片，甲苎可以做成超薄型锂离子电池，有着巨大的潜在市场。目前使用的聚合物电解甲苎际上是把高聚物添加到传统的有机电解液中，其安全性能和机械加工性能虽苎竺大提高，却仍然不能使用金属锂做负极。要实现锂电池能量密度的最大化，必需使用金属锂电极，也要求使用纯粹(干态)的固体聚合物电解质，这是最近几年的基础研究前沿。
      1999年，全球锂电池的产量约为三亿只，到2003年随着移动电话、笔记本电脑的大量使用，锂电池的产量已经增长到六亿只。锂电池的生产以日本公司为主：索尼公司最多，其他厂商包括三洋、松下、NEC、美国的GS公司、A&T和Maxell。锂电池在各种小型电器的市场占有率为：移动电话占43％、笔记本电脑占4l％、便携式摄影机占7％、小型光碟机占4％、数码相机占2％。