首先，源於自然
鋰是由瑞典化學家Bezilius，Alfetson的學生於1817年發現的，他將其命名為Lithium。到1950年，Nakamoto和Maggien採用電解熔融氯化鋰的方法獲得金屬鋰，而Gensa於1893年提出了工業鋰。鋰仍然是由電解LiCl生產的。該方法消耗大量電能，每噸鋰消耗6,000至70,000kWh。
鋰離子在出生後100多年來一直作為一種抗痛風藥物服務於醫學界。美國國家航空航天局（NASA）首先認識到鋰電池可以用作高效電池。這是因為電池電壓與負極金屬的活性密切相關。作為非常活躍的鹼金屬，鋰電池可以提供更高的電壓。例如，鋰電池可以提供3V的電壓，而鉛電池僅提供2.1V，而碳鋅電池僅提供1.5V。根據P = UI，鋰電池可以在相同電流下輸出更高的功率。
作為元素3，自然界中存在的鋰由兩種穩定的同位素6Li和7Li組成，因此鋰的相對原子質量僅為6.9。這意味著金屬鋰比相同質量的其他活性金屬提供更多的電子。此外，鋰還有另一個優點。由於鋰離子具有小的離子半徑，鋰離子比其他大離子更容易在電解質中移動，並且在充電和放電期間可以實現正極和負極之間的有效且快速的遷移，從而允許整個電化學反應繼續進行。
金屬鋰具有許多優點，但在製造鋰電池方面仍有許多困難需要克服。首先，鋰是一種非常活潑的鹼金屬元素，它與水和氧反應，並在室溫下與氮氣反應。這導致金屬鋰的儲存，使用或加工比其他金屬複雜得多，並且環境要求非常高。因此，鋰電池已經很長時間沒有使用。隨著科學家的研究，鋰電池的技術障礙逐一被打破，鋰電池逐漸進入階段，鋰電池已進入大規模實用階段。
二，金屬鋰電池
在金屬鋰一次電池的開發中，傳統的陰極材料如Ag，Cu和Ni的電化學性能尚未得到滿足，人們不得不尋找新的陰極材料。 1970年，日本三洋公司使用二氧化錳作為正極材料，製造出第一款商用鋰電池。 1973年，松下開始大規模生產鋰一次電池，其中正極活性材料為氟化碳材料作為正極。 1976年，引入了以碘為正極的鋰碘原電池。 20世紀80年代以後，鋰礦開採成本大大降低，鋰電池開始商業化。
早期的金屬鋰電池是原電池，只能使用一次，無法充電。鋰電池的成功極大地刺激了人們繼續開發可充電電池的積極性，並且鋰可充電電池的發展前奏已經開啟。 1972年，埃克森公司開發出二硫化鈦作為陰極材料和鋰金屬作為陽極材料，開發出世界上第一個鋰金屬可充電電池。這種可充電鋰電池具有優異的深度充放電性能1000次，每次循環損失不超過0.05％。
已經對鋰可充電電池進行了非常深入的研究，但到目前為止，鋰金屬作為負極的可充電電池尚未商品化。這是因為鋰可充電電池還沒有解決充電的安全問題。當鋰電池充電時，鋰離子在陰極處獲得電子沉澱金屬鋰。在理想狀態下，金屬鋰應該像水（金屬鋰）一樣傾倒在地面（電極）上並鋪設平坦的層。然而，金屬鋰在陰極上的沉積，如在地面上生長的樹，形成樹枝狀結構。這些樹枝狀鋰金屬被多次充放電，當分支長度足夠大時，它可以從正極連接到負極，導致電池內部短路，這可能導致電池點燃或爆炸。 1989年以後，大多數公司停止開發鋰二次電池。
三，Rocking Chair Battery
為了避免金屬鋰沉澱過程中產生的樹枝狀晶體問題，1980年，阿爾芒首先提出了RCB的概念。金屬桿不再使用金屬鋰，而是鋰基嵌合體。在鋰嵌合體中，嵌合體中存在三維或二維空隙，並且金屬鋰不以晶體形式存在，而是以空隙中的鋰離子和電子的形式存在。將鋰煙囪視為漢堡包。嵌合體相當於兩片麵包，鋰原子（鋰離子和電子）是中間的牛排，可以很容易地提取和添加。因此，鋰離子電池實體可以取代鋰金屬作為電池中鋰離子的供應商。由於鋰離子被置於嵌合體的空隙中，因此枝晶問題不再嚴重。更重要的是，嵌合體通常對空氣等不敏感。因此，鋰嵌合體大大提高了鋰電池的安全性。
第一個嵌入的物質是我們熟悉石墨。眾所周知，石墨具有層間結構，層間距為0.355nm，鋰離子僅為0.07nm，因此鋰離子容易插入石墨中，形成具有C 2 Li組成的石墨鋰嵌合體。 1982年，美國伊利諾伊理工學院的R.R. Agarwal和J.R. Selman發現鋰離子具有嵌入石墨中的性質。他們發現鋰離子嵌入石墨的過程不僅速度快。在充電時，石墨電極接收電子並插入Li +離子以形成具有反應式C 1 + Li 2 + e 2→C 2 Li的石墨 - 鋰化合物。當排出時，發生上述過程的逆反應。
因此，改進的鋰電池能夠釋放或儲存能量，因為鋰離子在兩個電極之間反復行進。在充電期間，電流驅除正極配件中的鋰離子，並且這些鋰離子通過正極和負極之間的電解質“遊”到負極配件中;在放電時，鋰離子從負極嵌入。化合物通過電解質“遊”回到正極組件中。鋰在整個分離和嵌入循環中保持穩定的離子形式。鋰離子可以在電池的雙極結處振盪，因此稱為“Rocking Chair Battery”（RCB）
四，鋰離子電池
石墨價格低廉且結構穩定。它是理想的陽極材料，所以正電極應該使用什麼材料？ 1970年，M.S。 Whittingham發現鋰離子可以可逆地嵌入層狀材料TiS2中，這適用於鋰電池陽極。 1980年，美國物理學教授John Goodenough發現了新物質LiCoO2。該材料還具有類似於石墨的分層結構。 1982年，Goodenough發現LiMn2O4具有三維空隙，為鋰離子遷移提供了三維通道。 1996年，Goodenough發現了LiFePO？橄欖樹結構。該材料具有更高的安全性，特別是耐高溫性，其過充電電阻遠遠優於傳統的鋰離子電池材料。
日本索尼公司在1990年開發了一種新的可充電鋰電池，其結合了鋰鈷氧化物（正極材料）和石墨（負極材料）並使用含有鋰鹽的有機溶劑（例如六氟磷酸鋰）作為電解質。這種類型的電池已商業化。這種電池可以在高於3.7伏的電壓下工作，索尼已經將這項技術重新命名為“鋰離子電池”。這個標誌可以在許多手機電池或筆記本電池上找到。高性能，低成本，安全性好。這款鋰離子電池一經推出就立即受到歡迎，幫助索尼成為行業領導者。由於鋰離子電池不含重金屬鉻，與鎳鉻電池相比，大大減少了環境污染。
典型電池的主要結構包括三個元件：正電極，負電極和電解質。鋰離子電池的下一個重要更新是聚合物材料主要取代電解質溶液。 1973年，賴特等人。發現某些聚合物能夠更快地傳導鋰離子。 1975年，Feullade和Perche發現PEO，PAN，PVDF和其他聚合物的鹼金屬鹽配合物具有離子導電性。 1978年，法國的Armadnd博士預測，這種材料可以用作儲能電池的電解質，並提出了用於電池的固體電解質的想法。 1995年，日本索尼公司發明了聚合物鋰電池，電解質是凝膠聚合物。 1999年，聚合物鋰離子電池商業化。
五，鋰電池的未來
1958年，哈里斯考慮了鋰與水和空氣的反應，並提出使用有機電解質作為鋰金屬電池的電解質。這一概念一直影響著鋰離子電池的發展。然而，液體電解質具有一定的安全隱患，因此許多科研機構和企業決定開發固體電解質技術的新方法。全固態電池用新的固體電解質取代原有的液體有機電解槽。固體電解質不僅可以確保原始的儲存性能，還可以防止枝晶問題，並且更安全，更便宜。
鋰金屬電池是近年來科學研究的另一個重點。這是因為鋰嵌合體解決了枝晶等安全問題，但由於嵌合體不具有失去電子的功能，因此電池容量大大降低。例如，電池的金屬鋰負極的比容量是石墨鋰化合物C6Li負極的11倍以上！如果鋰金屬可充電電池可以成功開發，我們的電子設備將更輕，電動汽車將進一步運行！
目前，鋰電池仍存在一些安全問題。例如，一些移動電話製造商對隔膜材料或工藝缺陷的質量控制不良，導致隔膜部分變薄，這不能有效地隔離正負電極，從而導致電池安全問題。其次，鋰電池在充電期間容易發生短路。雖然大多數鋰離子電池現在都有防短路保護電路和防爆線，但在很多情況下，這種保護電路不一定能在各種條件下工作，防爆線可以發揮有限的作用。 。因此，提高鋰電池的安全性也是研究的重點。
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