隨著社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展，人類所需要的能量越來越多，傳統(tǒng)的化石能源不僅不能再生，，過多的使用加劇了環(huán)境的惡化。雖然現(xiàn)在的能源結(jié)構(gòu)基本構(gòu)建在化石燃料的基礎(chǔ)之上，但人們也已了解到充分利用風(fēng)能、太陽能等可再生能源的重要性。然而這些能源作用不連續(xù)，需要有能量貯存器，電池作為一種將電能以化學(xué)能形式儲(chǔ)存起來的的裝置是十分合適的。尤其是二次電池，在現(xiàn)代人的手機(jī)、手表乃至汽車?yán)锒加袘?yīng)用。電池在幾十年的發(fā)展中，性能在逐漸優(yōu)化，這其中比能量高是人們不斷追求的目標(biāo)。由于在所有的金屬中鋰比重很小（M=6.94g/mol）、電極電勢(shì)極低（標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)-3.045V），它是能量密度極大的金屬，鋰電池體系理論上能獲得最大的能量密度，因此它順理成章地進(jìn)入了研究者們的視野。

鋰電池又分為鋰一次電池（又稱鋰原電池）與鋰二次電池（鋰充電電池），與1912年由GilbertN.Lewis第一次提出，將人們的視線引向了活潑金屬電池上。在鋰二次電池的基礎(chǔ)上，又發(fā)展起來鋰離子電池。大致發(fā)展歷程如圖1。

Li-MnO2電池（鋰一次電池）Li-MnO2電池是鋰電池中應(yīng)用較多的一種有機(jī)電解質(zhì)電池，一般做成鈕扣型或圓柱形，開路電壓為3.5V，負(fù)荷電壓為2.8V，比能量可達(dá)200W·h/kg和500W·h/L，常溫下電池儲(chǔ)存壽命超過10年，且儲(chǔ)存和放電過程中無氣體放出，安全性能好。

（-）Li∣LiClO4，pC+DMG∣MnO2（+）

負(fù)極反應(yīng)：Li-e-→Li+

正極反應(yīng)：MnO2+Li++e-→MnOOLi

電池反應(yīng)：Li+MnO2→MnOOLi

按照上述反應(yīng)，Li-MnO2放電時(shí)負(fù)極鋰生成Li+進(jìn)入電解質(zhì)溶液，正極二氧化錳得電子還原成三價(jià)錳，同時(shí)，鋰離子進(jìn)入二氧化錳晶格中形成MnO2（Li），即MnOOLi。這類電池主要用于低倍率放電。其能量比約為鉛酸蓄電池的5到7倍。電池儲(chǔ)存和放電過程中無氣體放出，自放電小，不會(huì)因活性物質(zhì)分解引起電池內(nèi)壓增大。中小容量的電池適合于小型電子計(jì)算機(jī)、照相機(jī)及小型通訊機(jī)的電源，大容量的電池適合于要求電池比能量高、使用時(shí)間長(zhǎng)的場(chǎng)合，因此可作為特種領(lǐng)域的理想電源。

Li-SOCl2電池（鋰一次電池）

Li-SOCl2電池是一種研究較為成熟的有機(jī)電解質(zhì)電池。其開路電壓高達(dá)3.6～3.7V，且電壓平穩(wěn)、負(fù)荷電壓精度高，同時(shí)還有較高的比能量。表1中給出一些常用小型電池系列活性物質(zhì)成本比較，可以看出，Li-SOCl2電池是常用電池中成本最低的。

Li-SOCl2電池的電化學(xué)表達(dá)式為：（-）Li∣LiAlCl4-SOCl2∣C（+）

電解液是LiAlCl4的SOCl2溶液。SOCl2即是電解質(zhì)的溶劑，又是正極活性物質(zhì)。電池反應(yīng)：

4Li+2SOCl2→4LiCl+S+SO2

放電產(chǎn)物二氧化硫部分溶于SOCl2中，硫單質(zhì)大量析出，沉積在正極炭黑中，LiCl是不容物。

這種電池的負(fù)極鋰與SOCl2接觸時(shí)會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)

：8Li+3SOCl2→6LiCl+Li2S2O4+S2Cl2

由于產(chǎn)物L(fēng)iCl形成致密的保護(hù)膜阻礙了反應(yīng)的進(jìn)行，又由于它還是固體電解質(zhì)膜，允許離子通過，所以不妨礙鋰電極的正常陽極溶解。

但是SOCl2電池存在兩個(gè)突出問題，即“電壓滯后”和“安全問題”。電壓滯后是因?yàn)長(zhǎng)iCl的產(chǎn)生，它以薄膜的形式覆蓋在鋰陽極表面，雖然可以防止電池自放電，但導(dǎo)致了電壓滯后。另外，儲(chǔ)存時(shí)間越長(zhǎng)，儲(chǔ)存溫度越高，膜就會(huì)越厚，滯后現(xiàn)象越明顯。

當(dāng)SOCl2電池短路時(shí)，會(huì)引發(fā)Li和S的熱反應(yīng)：

2Li+S→Li2S

Li2S在145度下又可與SOCl2發(fā)生劇烈反應(yīng)，導(dǎo)致爆炸。

還有一種爆炸的原因是在正極上沉積的鋰形成枝晶，造成短路。Li與S反應(yīng)，或者SO2也可以在負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，最終生成Cl2O這種十分不穩(wěn)定的爆炸性物質(zhì)。

鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)

1．能量比較高。具有高儲(chǔ)存能量密度，已達(dá)到460-600Wh/kg，是鉛酸電池的約6-7倍；

2．使用壽命長(zhǎng)，使用壽命可達(dá)到6年以上，磷酸亞鐵鋰為正極的電池1C（100%DOD）充放電，有可以使用10，000次的記錄；

3．額定電壓高（單體工作電壓為3.7V或3.2V），約等于3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組；鋰電池可以通過一種新型的鋰電池調(diào)壓器的技術(shù)，將電壓調(diào)至3.0V，以適合小電器的使用；

4．具備高功率承受力，其中電動(dòng)汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達(dá)到15-30C充放電的能力，便于高強(qiáng)度的啟動(dòng)加速；

5．自放電率很低，這是該電池最突出的優(yōu)越性之一，一般可做到1%/月以下，不到鎳氫電池的1/20；

6．重量輕，相同體積下重量約為鉛酸產(chǎn)品的1/6-1/5；

7．高低溫適應(yīng)性強(qiáng)，可以在-20℃--60℃的環(huán)境下使用，經(jīng)過工藝上的處理，可以在-45℃環(huán)境下使用；

8．綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報(bào)廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)。

9．生產(chǎn)基本不消耗水，對(duì)缺水的我國來說，十分有利。比能量指的是單位重量或單位體積的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L來表示。Wh是能量的單位，W是瓦、h是小時(shí)；kg是千克（重量單位），L是升（體積單位）。

缺點(diǎn)

1．鋰原電池均存在安全性差，有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。

2．鈷酸鋰的鋰離子電池不能大電流放電，價(jià)格昂貴，安全性較差。

3．鋰離子電池均需保護(hù)線路，防止電池被過充過放電。

4．生產(chǎn)要求條件高，成本高。

5．使用條件有限制，高低溫使用危險(xiǎn)大。