锂离子电池@@不仅被用作为电脑@@、智能手机的充电式电池@@，也被广泛用于我们生活中的电器产品@@、电动汽车@@、产业机械@@、尖端科技等各个领域@@。为何会被众多产品所采用@@？它给我们的生活带来了哪些变化@@？以及今后的发展趋势@@，让我们基于专家的见解来了解一下吧@@～
在本系列中@@，我们就锂离子电池@@的特点@@@@、使用场景@@、历史以及今后的可能性等@@，在东京工业大学@@特命教授@@菅野了次@@先生的监修下@@，分五讲做一个全面介绍@@。
监修人@@：
菅野了次@@
东京工业大学@@ 科学技术@@创成研究院@@ 特命教授@@（名誉教授@@）
菅野了次@@先生于@@1980年大阪大学研究生院理学研究科无机及物理化学专业课程结业@@。1985年成为理学博士@@。任神户大学理学部副教授后@@，2001年任东京工业大学@@研究生院综合理工学研究科教授@@，2016年任该大学物质理工学院教授@@，2018年任该大学科学技术@@创成研究院@@教授@@、全固态电池研究组组长@@，2021年任该科学技术@@创成研究院@@特命教授@@@@、全固态电池研究中心主任@@。
1. 什么是锂离子电池@@@@？
锂离子电池@@是装在我们日常所用的智能手机和笔记本电脑@@等设备@@里的充电式电池@@。电池的原型发明于@@18世纪末@@，其后经过二百多年的岁月发展至今@@。锂离子电池@@是在电池发展过程中诞生的现在最新型电池之一@@。
锂离子电池@@的特点@@：
电池分为只能用一次的干电池@@“一次电池@@”和能多次充电使用的电池@@“二次电池@@”。锂离子电池@@是能够充电的二次电池@@@@，与其他类型的电池相比@@，不仅能小型轻量化@@，而且能储存的电能高@@。
2. 锂离子电池@@产生电的工作原理@@
除了锂离子电池@@之外@@，电池还有其他各种类型@@，实际上电池产生电的基本工作原理都相同@@。
电池里有使用金属材料的正电极@@（正极@@）和负电极@@（负极@@），借由离子而导电的物质@@（电解质@@）充满在正负极@@之间@@。金属电极被电解质@@熔化@@，分为离子和电子@@@@，电子@@从负极@@向正极@@移动产生电流@@，这时便产生电@@。二次电池@@是在开始使用电池之前通过充电@@，预先将电子@@储蓄在负极@@@@，使用电池时储蓄的电子@@向正极@@移动从而产生电@@。
锂离子电池@@是预先在正极@@使用含锂金属化合物@@，负极@@使用能吸储锂的碳@@(石墨@@)。通过这样的结构@@，无须如传统电池一般由电解质@@熔化电极就能发电@@，从而减缓了电池本身的老化@@，不仅能储蓄更多的电@@，充放电的次数也得以增加@@。此外@@，锂是非常小而轻的物质@@，从而能使电池具有小型轻量化等各种优点@@。
3. 锂离子电池@@也有不同的种类吗@@？
根据正极@@所用的金属材料的不同@@，锂离子电池@@分为几个种类@@。最初锂离子电池@@的正极@@所用的金属材料是钴@@。不过钴的产量几乎与锂同样少@@，也是稀有金属@@，制造成本高@@。因此开始使用廉价且环境负荷小的材料@@，例如锰@@、镍@@、铁等金属@@。锂离子电池@@按其所使用的材料而分类@@。
下面来看看各种类分别都有哪些特点@@。
钴系锂离子电池@@@@
正极@@使用钴@@酸锂@@。钴酸锂比较容易合成@@，便于使用@@，因而锂离子电池@@最早量产的是钴酸锂离子电池@@@@。但由于钴是稀有金属@@，价格昂贵@@，几乎没有被用于汽车零件@@。
锰系锂离子电池@@@@
正极@@使用锰酸锂@@。优点是电压能与钴系锂离子电池@@@@差不多@@，而且制造成本廉价@@。缺点是充放电中锰可能会熔化于电解质@@@@，缩短电池的寿命@@。
磷酸铁系锂离子电池@@@@
正极@@使用磷酸铁锂@@。磷酸铁系锂离子电池@@@@的优点在于即使内部发热结构也难以损坏@@，安全性高@@，而且以铁为原料@@，制造成本比锰系更低@@。但是电压比其他的锂离子电池@@低@@。
三元系锂离子电池@@@@
三元系锂离子电池@@@@是为了减少钴的用量@@，使用钴@@、镍@@、锰三种材料制造的电池@@。现在三元系锂离子电池@@@@大多镍@@的比例较高@@。虽然电压比钴系@@、锰系略低@@，但能减少制造成本@@。不过虽说如此@@@@，各个材料的合成制备@@较难@@，稳定性低等@@，作为实用材料尚存在有待解决的课题@@。
4. 铅蓄电池与锂离子电池@@的区别@@是什么@@？
除锂离子电池@@之外@@，还有几种能充电的电池@@。其中铅蓄电池是一百多年前就使用的历史悠久的电池@@，在锂离子电池@@等新型电池开发问世的现今@@，依然还继续用作汽车的蓄电池@@。
铅蓄电池与锂离子电池@@的区别@@
铅蓄电池的正负极@@材料都使用铅@@，因而与锂离子电池@@相比@@，制造成本非常廉价@@。但由于铅比其他金属重@@，因此蓄电池自身也就重@@。此外@@电压最高只能到@@2V，自放电大也是铅蓄电池的缺点@@。
现在依然使用铅蓄电池的原因@@
虽然铅蓄电池有着这些缺点@@，但汽车的蓄电池没有换成锂离子电池@@等高性能二次电池@@的原因还是在于它的廉价@@，以及技术@@基本成熟@@，可靠性高@@。汽车充分利用铅蓄电池的特性@@，确立了再循环系统@@。如果换成新型电池@@，需要修改电路设计@@，基于目前铅蓄电池仍足以能发挥作用的状况@@，厂家也不想格外多付出成本@@。
虽说如此@@，锂离子电池@@已被用作驱动电动汽车@@@@、电油混合动力车等的发动机的二次电池@@@@，说不定未来汽车也会不使用铅蓄电池了@@。
5. 锂离子电池@@被用于哪些领域@@？
1990年代上半叶首款商品化的家电用锂离子电池@@被用于摄像机以满足其小型轻量化的需求@@。其后接连不断地被用于当时迅速普及的手机@@，市场需求瞬间高涨@@。
如今锂离子电池@@已被广泛用于我们生活中的各个场景@@，诸如智能手机@@、笔记本电脑@@，以及电动汽车@@@@、电动自行车等各个领域@@。
6. 锂离子电池@@的安全性如何@@？
其实电池可以说是能源罐头@@。能以每单位体积大密度储能的锂离子电池@@比其他种类的电池更需要考虑到安全性@@。而且从使用具有可燃性的有机溶剂这一点来说@@，在操作使用上也需要比使用水溶液的其他电池更加小心谨慎@@。
最应该避免的是内部短路问题@@。内部短路指外部施力造成电池变形@@，正极@@与负极@@直接接触的状态@@。电流集中于此@@，导致温度升高@@，电池起火之类的严重事故@@。即便是极小的杂质@@，一旦混入电池内部@@，就可能会造成内部短路@@，这就需要设计保护电路@@，使电池内无多余的电流流动@@，让电池具备@@防事故功能@@。
其他还有使用冷却装置等手段@@，将电池的工作环境保持在@@60℃以下@@，控制电池的温度也很重要@@。在正负极@@之间设置隔膜@@，如果超过一定的温度@@，隔膜在正负极@@之间起到完全阻隔的作用等等@@，动脑筋用各种方法提高@@安全性@@。
如本讲所述@@，与以前的二次电池@@相比@@，小型轻量且高性能的锂离子电池@@似乎今后仍会被用于我们生活中的各个场景@@。
下一讲我们将谈谈锂离子电池@@是如何实际使用的@@。
未完待续@@！敬请期待@@！
文章来源@@：Murata村田中国@@