从2019年诺贝尔化学奖到今天：锂离子电池的下一步是什么？

锂离子电池花几十年的时间才得以完善，直到几十年后，我们才认识到它们的全部潜力。如今，锂离子电池为世界各地的手机、笔记本电脑、医疗器械和电动汽车提供动力。锂离子电池也支持可再生能源，因为它们可以储存来自风能和太阳能等间歇性能源的能量。在整个开发过程中，锂离子电池向科学家们提出了挑战，要求最大限度地提高电池性能，同时降低不良反应的风险。现今的电池科学家必须在以往成果的基础上再接再厉，同时改进电池特性，推动领先应用领域的进步。

锂离子电池简史

由于锂离子电池技术的重要性，2019 年诺贝尔化学奖授予科学家 John B. Goodenough、M. Stanley Whittingham 和 Akira Yoshino，以表彰他们在锂离子电池开发领域作出的贡献。每位科学家都对先进锂离子电池的发现做出了巨大贡献，直到它们成为我们现今所知道的广泛使用的形式。他们从锂元素（原子序数为 3）开始，锂元素有一个未配对的电子，它往往会失去并变成带正电的离子。这种失去电子的倾向为电池应用提供巨大的潜力，并使电能通过电芯从阳极流向阴极。锂离子的高能量密度也是手机和笔记本电脑等小型便携设备的理想选择。最后，锂离子在充电过程中很容易向负极移动，利于充电。诺贝尔化学奖得主成功地利用了锂离子的优势，并率先提出了在控制材料挥发性的同时利用本身能量的解决方案。

Wittingam 在 20世纪70年代中期发现了二硫化钛可作为电池正极，并首次完成现代锂离子电池的雏形，。Wittingham 的电池提供令人印象深刻的 2 伏电压，但很容易自发起火。在 20世纪80年代，Goodenough 用钴酸锂代替二硫化钛，电池的容量因此提升到 4 伏，但易燃性问题仍然存在。80 年代后期，Yoshino 用石油焦代替锂金属负极，在保持高电压的同时使电池更安全。 

他们发现的锂离子电池重量轻、可再充电，而且电力强大。他们的电池使移动电子产品、电动汽车和自行车的实现成为可能。当然，正如诺贝尔委员会成员所说，科学进步永远不会结束。研究人员将继续改进锂离子电池技术，其他电池技术可能很快就会加入锂离子电池的行列，实现可再充电、可再生能源的转变。 

锂离子电池的新需求

现今的电池开发人员仍然像上面提到的三位锂离子电池发明者一样，肩负着平衡安全性和功率的任务。然而，由于我们使用电池的方式，其他因素已成为焦点。 

消费电子产品制造商最关心的是锂离子电池的能量密度，或者说锂离子电池能够以轻量形式储存多少能量。手机和笔记本电脑制造商一直在寻找可以容纳更多电量的电池升级，同时继续制造轻巧的可携式产品。他们也强调电池续航时间，这样消费者一次充电就可以使用更长的时间。

电动汽车最注重续航时间—如果电动汽车的充电频率高于燃料汽车所需的汽油，电动汽车对消费者来说就不是一项有吸引力的投资。此外，电动巴士、货运卡车和航空需要更长的续航时间。电力运输还需要强大的循环寿命，这样他们的锂离子电池可以在性能退化和容量衰减之前充电数千次。

锂离子电池愈来愈广泛用于绿色能源储存应用。在这种容量下，锂离子电池需要具有较长的循环寿命才能最大限度地发挥影响。这些电池不需要是便携式，它们将保持在发电设备附近，而且这些电池将经常通过风能和太阳能充电，不需要很长的续航时间，因为。

在所有应用领域，锂离子电池都需要确保安全无虞。无论是在仓库中储存风力涡轮机的能量，还是为您的电动汽车提供动力，锂离子电池都不会由于高易燃性而危及我们的环境或使用者。

优化创新锂离子电池设计

锂离子电池科学家不再简单地重复过去的成功，需要满足愈来愈多的需求，。新电池需要超越以前的能力，同时提高效能和安全性。 

锂离子电池安全的最大威胁是热量。电池组件过热，无论是环境温度过高还是内部电化学反应引起，都可能导致热失控反应并导致灾难性故障或燃烧。因此，电池研究人员转向通过热分析测量电池在很宽的温度范围内的性能。热分析数据支撑材料选择、设计或添加剂修改，以实现最安全的配置。 

其他流行的锂离子电池材料分析仪器包括流变仪和微量热仪。流变学是对材料流动和变形的研究。流变仪可帮助科学家制造出具有理想黏度的浆料和电极涂层，以实现最佳储存、混合、涂层和干燥。微量热法可测量电化学或物理化学过程中产生的最小热量。微量热仪可帮助电池开发人员优化热管理、结构演变、以及热量与寄生反应的隔离。 

访问 TA Instruments的电池页面，深入了解这些分析技术以及它们如何推进电池研究。如有任何关于电池分析和相关仪器使用地疑问请联络我们—我们的专家将随时为您提供帮助！