【導讀】鋰離子電池不僅被用作為電腦
、智能手機的充電式電池
，也被廣泛用於我們生活中的電器產品
、電動汽車
、產業機械、尖jian端duan科ke技ji等deng各ge個ge領ling域yu。為wei何he會hui被bei眾zhong多duo產chan品pin所suo采cai用yong？它ta給gei我wo們men的de生sheng活huo帶dai來lai了le哪na些xie變bian化hua？以yi及ji今jin後hou的de發fa展zhan趨qu勢shi，讓rang我wo們men基ji於yu專zhuan家jia的de見jian解jie來lai了le解jie一yi下xia吧ba～

在本係列中，我們就鋰離子電池的特點、使用場景、曆史以及今後的可能性等，在東京工業大學特命教授菅野了次先生的監修下
，分五講做一個全麵介紹。

監修人：菅野了次

東京工業大學 科學技術創成研究院 特命教授（名譽教授）

菅野了次先生於1980年大阪大學研究生院理學研究科無機及物理化學專業課程結業。1985年成為理學博士。任神戶大學理學部副教授後，2001年任東京工業大學研究生院綜合理工學研究科教授，2016年任該大學物質理工學院教授，2018年任該大學科學技術創成研究院教授
、全固態電池研究組組長
，2021年任該科學技術創成研究院特命教授、全固態電池研究中心主任。

1. 什麼是鋰離子電池？

鋰離子電池是裝在我們日常所用的智能手機和筆記本電腦等設備裏的充電式電池。電池的原型發明於18世紀末，其後經過二百多年的歲月發展至今。鋰離子電池是在電池發展過程中誕生的現在最新型電池之一。

圓柱形鋰離子電池

疊層形鋰離子電池

鋰離子電池的特點：

電池分為隻能用一次的幹電池“一次電池”和能多次充電使用的電池“二次電池”。鋰離子電池是能夠充電的二次電池，與其他類型的電池相比
，不僅能小型輕量化，而且能儲存的電能高。

2. 鋰離子電池產生電的工作原理

除了鋰離子電池之外
，電池還有其他各種類型，實際上電池產生電的基本工作原理都相同。

電池裏有使用金屬材料的正電極（正極）和負電極（負極）

，借由離子而導電的物質（電解質）充chong滿man在zai正zheng負fu極ji之zhi間jian。金jin屬shu電dian極ji被bei電dian解jie質zhi熔rong化hua
，分fen為wei離li子zi和he電dian子zi，電dian子zi從cong負fu極ji向xiang正zheng極ji移yi動dong產chan生sheng電dian流liu，這zhe時shi便bian產chan生sheng電dian。二er次ci電dian池chi是shi在zai開kai始shi使shi用yong電dian池chi之zhi前qian通tong過guo充chong電dian，預yu先xian將jiang電dian子zi儲chu蓄xu在zai負fu極ji，使shi用yong電dian池chi時shi儲chu蓄xu的de電dian子zi向xiang正zheng極ji移yi動dong從cong而er產chan生sheng電dian。

鋰離子電池是預先在正極使用含鋰金屬化合物
，負極使用能吸儲鋰的碳(石墨)。tongguozheyangdejiegou

，wuxuruchuantongdianchiyibanyoudianjiezhironghuadianjijiunengfadian

，congerjianhuanledianchibenshendelaohua
，bujinnengchuxugengduodedian，chongfangdiandecishuyedeyizengjia。ciwai，lishifeichangxiaoerqingdewuzhi，congernengshidianchijuyouxiaoxingqinglianghuadenggezhongyoudian。

鋰離子電池產生電流的工作原理

3. 鋰離子電池也有不同的種類嗎？

根gen據ju正zheng極ji所suo用yong的de金jin屬shu材cai料liao的de不bu同tong
，鋰li離li子zi電dian池chi分fen為wei幾ji個ge種zhong類lei。最zui初chu鋰li離li子zi電dian池chi的de正zheng極ji所suo用yong的de金jin屬shu材cai料liao是shi鈷gu。不bu過guo鈷gu的de產chan量liang幾ji乎hu與yu鋰li同tong樣yang少shao，也ye是shi稀xi有you金jin屬shu，製zhi造zao成cheng本ben高gao。因yin此ci開kai始shi使shi用yong廉lian價jia且qie環huan境jing負fu荷he小xiao的de材cai料liao，例li如ru錳meng、鎳、鐵等金屬。鋰離子電池按其所使用的材料而分類。

鋰離子電池的種類和特點

下麵來看看各種類分別都有哪些特點。

鈷係鋰離子電池

正zheng極ji使shi用yong鈷gu酸suan鋰li。鈷gu酸suan鋰li比bi較jiao容rong易yi合he成cheng
，便bian於yu使shi用yong
，因yin而er鋰li離li子zi電dian池chi最zui早zao量liang產chan的de是shi鈷gu酸suan鋰li離li子zi電dian池chi。但dan由you於yu鈷gu是shi稀xi有you金jin屬shu，價jia格ge昂ang貴gui，幾ji乎hu沒mei有you被bei用yong於yu汽qi車che零ling件jian。

錳係鋰離子電池

正zheng極ji使shi用yong錳meng酸suan鋰li。優you點dian是shi電dian壓ya能neng與yu鈷gu係xi鋰li離li子zi電dian池chi差cha不bu多duo，而er且qie製zhi造zao成cheng本ben廉lian價jia。缺que點dian是shi充chong放fang電dian中zhong錳meng可ke能neng會hui熔rong化hua於yu電dian解jie質zhi
，縮suo短duan電dian池chi的de壽shou命ming。

磷酸鐵係鋰離子電池

正(zheng)極(ji)使(shi)用(yong)磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)。磷(lin)酸(suan)鐵(tie)係(xi)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)優(you)點(dian)在(zai)於(yu)即(ji)使(shi)內(nei)部(bu)發(fa)熱(re)結(jie)構(gou)也(ye)難(nan)以(yi)損(sun)壞(huai)
，安(an)全(quan)性(xing)高(gao)，而(er)且(qie)以(yi)鐵(tie)為(wei)原(yuan)料(liao)
，製(zhi)造(zao)成(cheng)本(ben)比(bi)錳(meng)係(xi)更(geng)低(di)。但(dan)是(shi)電(dian)壓(ya)比(bi)其(qi)他(ta)的(de)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)低(di)。

三元係鋰離子電池

三元係鋰離子電池是為了減少鈷的用量，使用鈷、鎳、錳三種材料製造的電池。現在三元係鋰離子電池大多鎳的比例較高。雖然電壓比鈷係
、錳係略低，但能減少製造成本。不過雖說如此，各個材料的合成製備較難，穩定性低等，作為實用材料尚存在有待解決的課題。

4. 鉛蓄電池與鋰離子電池的區別是什麼？

除chu鋰li離li子zi電dian池chi之zhi外wai
，還hai有you幾ji種zhong能neng充chong電dian的de電dian池chi。其qi中zhong鉛qian蓄xu電dian池chi是shi一yi百bai多duo年nian前qian就jiu使shi用yong的de曆li史shi悠you久jiu的de電dian池chi，在zai鋰li離li子zi電dian池chi等deng新xin型xing電dian池chi開kai發fa問wen世shi的de現xian今jin，依yi然ran還hai繼ji續xu用yong作zuo汽qi車che的de蓄xu電dian池chi。

鉛蓄電池與鋰離子電池的區別

鉛(qian)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)正(zheng)負(fu)極(ji)材(cai)料(liao)都(dou)使(shi)用(yong)鉛(qian)，因(yin)而(er)與(yu)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)相(xiang)比(bi)，製(zhi)造(zao)成(cheng)本(ben)非(fei)常(chang)廉(lian)價(jia)。但(dan)由(you)於(yu)鉛(qian)比(bi)其(qi)他(ta)金(jin)屬(shu)重(zhong)，因(yin)此(ci)蓄(xu)電(dian)池(chi)自(zi)身(shen)也(ye)就(jiu)重(zhong)。此(ci)外(wai)電(dian)壓(ya)最(zui)高(gao)隻(zhi)能(neng)到(dao)2V
，自放電大也是鉛蓄電池的缺點。

現在依然使用鉛蓄電池的原因

suiranqianxudianchiyouzhezhexiequedian，danqichedexudianchimeiyouhuanchenglilizidianchidenggaoxingnengercidianchideyuanyinhaishizaiyutadelianjia，yijijishujibenchengshu
，kekaoxinggao。qichechongfenliyongqianxudianchidetexing，quelilezaixunhuanxitong。ruguohuanchengxinxingdianchi，xuyaoxiugaidianlusheji
，jiyumuqianqianxudianchirengzuyinengfahuizuoyongdezhuangkuang
，changjiayebuxianggewaiduofuchuchengben。

鉛蓄電池與鋰離子電池的比較

雖說如此
，鋰離子電池已被用作驅動電動汽車、電油混合動力車等的發動機的二次電池，說不定未來汽車也會不使用鉛蓄電池了。

5. 鋰離子電池被用於哪些領域？

1990niandaishangbanyeshoukuanshangpinhuadejiadianyonglilizidianchibeiyongyushexiangjiyimanzuqixiaoxingqinglianghuadexuqiu。qihoujielianbuduandibeiyongyudangshixunsupujideshouji，shichangxuqiushunjiangaozhang。

如今鋰離子電池已被廣泛用於我們生活中的各個場景
，諸如智能手機
、筆記本電腦
，以及電動汽車
、電動自行車等各個領域。

6. 鋰離子電池的安全性如何？

其qi實shi電dian池chi可ke以yi說shuo是shi能neng源yuan罐guan頭tou。能neng以yi每mei單dan位wei體ti積ji大da密mi度du儲chu能neng的de鋰li離li子zi電dian池chi比bi其qi他ta種zhong類lei的de電dian池chi更geng需xu要yao考kao慮lv到dao安an全quan性xing。而er且qie從cong使shi用yong具ju有you可ke燃ran性xing的de有you機ji溶rong劑ji這zhe一yi點dian來lai說shuo，在zai操cao作zuo使shi用yong上shang也ye需xu要yao比bi使shi用yong水shui溶rong液ye的de其qi他ta電dian池chi更geng加jia小xiao心xin謹jin慎shen。

最(zui)應(ying)該(gai)避(bi)免(mian)的(de)是(shi)內(nei)部(bu)短(duan)路(lu)問(wen)題(ti)。內(nei)部(bu)短(duan)路(lu)指(zhi)外(wai)部(bu)施(shi)力(li)造(zao)成(cheng)電(dian)池(chi)變(bian)形(xing)
，正(zheng)極(ji)與(yu)負(fu)極(ji)直(zhi)接(jie)接(jie)觸(chu)的(de)狀(zhuang)態(tai)。電(dian)流(liu)集(ji)中(zhong)於(yu)此(ci)，導(dao)致(zhi)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)
，電(dian)池(chi)起(qi)火(huo)之(zhi)類(lei)的(de)嚴(yan)重(zhong)事(shi)故(gu)。即(ji)便(bian)是(shi)極(ji)小(xiao)的(de)雜(za)質(zhi)
，一(yi)旦(dan)混(hun)入(ru)電(dian)池(chi)內(nei)部(bu)，就(jiu)可(ke)能(neng)會(hui)造(zao)成(cheng)內(nei)部(bu)短(duan)路(lu)，這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)設(she)計(ji)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)
，使(shi)電(dian)池(chi)內(nei)無(wu)多(duo)餘(yu)的(de)電(dian)流(liu)流(liu)動(dong)，讓(rang)電(dian)池(chi)具(ju)備(bei)防(fang)事(shi)故(gu)功(gong)能(neng)。

其他還有使用冷卻裝置等手段，將電池的工作環境保持在60℃yixia

，kongzhidianchidewenduyehenzhongyao。zaizhengfujizhijianshezhigemo
，ruguochaoguoyidingdewendu，gemozaizhengfujizhijianqidaowanquanzugedezuoyongdengdeng，dongnaojinyonggezhongfangfatigaoanquanxing。

如本講所述，與以前的二次電池相比，小型輕量且高性能的鋰離子電池似乎今後仍會被用於我們生活中的各個場景。

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