锂一次电池：优势与挑战——锂金属与二次电池比较

锂一次电池以其轻质的锂金属作为负极，具有显著的能量密度优势，工作温度范围广泛，放电电压稳定，储存寿命较长。常见的商业化品种包括Li/I2、Li/Ag2CrO4、Li/(CF)n、Li/MnO2、Li/SO2和Li/SOCl2等，然而，由于其单次使用性质，导致资源浪费严重和使用成本较高。这些电池的局限性主要表现在不能重复充电，不适用于需要多次充放电的应用场景。 锂离子电池的发展历程则有所不同。在20世纪六七十年代，尽管金属锂二次电池的概念被提出，但由于锂的活泼性导致电解液分解、枝晶形成、有效比容量下降以及循环性能和安全性问题，这些电池并未实现大规模商用。直到1980年代，锂离子电池才开始崭露头角，以金属锂为负极，TiS2或MoS2等化合物为正极，LiClO4有机溶液为电解液。然而，锂离子二次电池在充电性能和安全性方面的问题仍然没有得到很好的解决，MoliEnergy公司的Li/MoS2电池的火灾事故曾导致研发一度受阻。 锂离子电池的转折点在于Manley Stanley Whittingham的贡献，这位电池领域的重要发明家在1977年获得了美国专利，并在1975年的科学期刊上发表关于嵌入式锂离子电池的研究。他的创新包括水热合成法制备电极材料，这一方法后来被Phostech公司用于磷酸铁锂电池的专利生产。Whittingham因其杰出贡献而受到多项荣誉，包括1971年的青年作家奖、2004年的电池研究奖以及当选为会员。 锂离子电池的负极材料经历了从金属锂一次电池到TiS2和Li-ion电池的转变。1972年，Exxon公司首次推出了以金属锂为负极的二次电池，这是锂离子电池发展的重要里程碑。随后，负极材料的研究不断深入，追求更高的能效和稳定性，以适应更广泛的电池应用需求。如今，锂离子电池已经成为主流的可充电电池技术，广泛应用于移动设备、电动汽车和储能系统等领域，尽管仍有改进空间，如提高循环寿命和安全性能，但整体上已经取得了显著的进步。