电池的起源和发展史.docx

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电池的起源和发展史2009012306胡文青电池的诞生电池的诞生，基于人们对于获取持续而稳定的电流的需要。

不过，电池的发明，是来源于一次青蛙的解剖实验所产生的灵感，多少有些偶然。

1780年的一天，意大利解剖学家伽伐尼（Luigi Galvani）在做青蛙解剖时，两手分别拿着不同的金属器械，无意中同时碰在青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到电流的刺激，而如果只用一种金属器械去触动青蛙，就无此种反应。

伽伐尼认为，出现这种现像是因为动物躯体内部产生的一种电，他称之为“生物电”。

伽伐尼的发现引起了物理学家们的极大兴趣，他们竞相重复伽伐尼的实验，企图找到一种产生电流的方法。

而意大利物理学家伏特（Alessandro Volta）在多次实验后则认为：

青蛙的肌肉之所以能产生电流，大概是肌肉中某种液体在起作用。

为了论证自己的观点，伏特把两种不同的金属片浸在各种溶液中进行试验。

结果发现，这两种金属片中，只要有一种与溶液发生了化学反应，金属片之间就能够产生电流。

1799年，伏特成功制成了世界上第一个电池“伏特电堆”。

这个“伏特电堆”实际上就是串联的电池组。

1836年，英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良，又陆续有效果更好的“本生电池”和“格罗夫电池”等问世。

然而在当时，无论哪种电池都需在两个金属板之间灌装液体，搬运很不方便，特别是蓄电池所用液体是硫酸，在挪动时很危险。

干电池的诞生干电池的鼻祖在19世纪中期诞生。

1860年，法国的雷克兰士（George Leclanche）发明了碳锌电池，这种电池更容易制造，且最初潮湿水性的电解液，逐渐被黏浊状类似糨糊的方式取代，于是装在容器内时，“干”性的电池出现了。

1887年，英国人赫勒森（Wilhelm Hellesen）发明了最早的干电池。

相对于液体电池而言，干电池的电解液为糊状，不会溢漏，便于携带，因此获得了广泛应用。

如今，干电池已经发展成为一个庞大的家族，种类达100多种。

常见的有普通锌-锰干电池、碱性锌-锰干电池、镁-锰干电池等。

不过，最早发明的碳锌电池依然是现代干电池中产量最大的电池。

在干电池技术的不断发展过程中，新的问题又出现了。

人们发现，干电池尽管使用方便、价格低廉，但用完即废，无法重新利用。

另外，由于以金属为原料容易造成原材料浪费，废弃电池还会造成环境污染。

于是，能够经过多次充电放电循环，反复使用的蓄电池成为新的方向。

事实上，蓄电池的最早发明同样可以追溯到1860年。

当年，法国人普朗泰（Gaston Plante）发明出用铅做电极的电池。

这种电池的独特之处是，当电池使用一段时间电压下降时，可以给它通以反向电流，使电池电压回升。

因为这种电池能充电，并可反复使用，所以称它为“蓄电池”。

1890年，爱迪生发明可充电的铁镍电池，1910年可充电的铁镍电池商业化生产。

如今，充电电池的种类越来越丰富，形式也越来越多样，从最早的铅蓄电池，铅晶蓄电池，到铁镍蓄电池以及银锌蓄电池，发展到铅酸蓄电池、太阳能电池以及锂电池等等。

与此同时，蓄电池的应用领域越来越广，电容越来越大，性能越来越稳定，充电越来越便捷。

锂电池的产生在电池这个领域，锂离子电池和燃料电池成为最令人瞩目的明星。

从上面的故事可以看出，整个电池的发展史也可以说是一个“试试各种金属能不能造电池”的历史。

现在电池界最红的金属是“锂”。

锂是所有金属里最轻的，比水还轻，而且特别活泼，需要保存在石蜡里。

实际上，当初爱迪生就曾经发明过锂电池，但是由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高，所以锂电池长期没有得到应用。

现在，人们对电池“求贤若渴”，这些问题也就不是问题了。

恰好锂电池具有能量重量比高、电压高、自放电小、可长时间存放等优点，所以它在近30年中取得了巨大发展。

我们用的计算机、计算器、照相机、手表中的电池都是锂电池。

锂电池组装完成后电池即有电压，不需充电。

这种电池也可以充电，但循环性能不好，在充放电循环过程中，容易形成锂枝晶，造成电池内部短路，所以一般情况下这种电池是禁止充电的。

后来，索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物做正极，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。

锂离子电池的优势十分明显：

工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长。

锂离子电池通过锂离子在正负极之间跑来跑去来充电和放电。

这个领域最牛的技术是“层迭电池结构”，也就是把好多个电池做成很薄的层然后迭在一起，这样可以用很小的体积达到很高的效率。

所以，锂离子电池被广泛应用于汽车、笔记本、手机等行业。

电池的发展史由1836年丹尼尔电池的诞生到1859年铅酸电池的发明，至1883年发明了氧化银电池，1888年实现了电池的商品化，1899年发明了镍-镉电池，1901年发明了镍-铁电池，进入20世纪后，电池理论和技术处于一度停滞时期。

但在第二次世界大战之后，电池技术又进入快速发展时期。

首先是为了适应重负荷用途的需要，发展了碱性锌锰电池，1951年实现了镍-镉电池的密封化。

1958年Harris提出了采用有机电解液作为锂一次电池的电解质，20世纪70年代初期便实现了军用和民用。

随后基于环保考虑，研究重点转向蓄电池。

镍-镉电池在20世纪初实现商品化以后，在20世纪80年代得到迅速发展。

随着人们环保意识的日益增加，铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制，因此需要寻找新的可代替传统铅酸电池和镍-镉电池的可充电电池。

锂离子电池自然成为有力的候选者之一。

1990年前后发明了锂离子电池。

1991年锂离子电池实现商品化。

1995年发明了聚合物锂离子电池，（采用凝胶聚合物电解质为隔膜和电解质）1999年开始商品化。

现代社会电池的使用范围已经由40年代的手电筒、收音机、汽车、和摩托车的启动电源发展到现在的40-50种用途。

小到从电子表手表、CD唱机、移动电话、MP3、MP4、照相机、摄影机、各种遥控器、剔须刀、手枪钻、儿童玩具等。

大到从医院、宾馆、超市、电话交换机等场合的应急电源，电动工具、拖船、拖车、铲车、轮椅车、高尔夫球运动车、电动自行车、电动汽车、风力发电站用电池、导弹、潜艇和鱼雷等军用电池。

还有可以满足各种特殊要求的专用电池等。

电池已经成为人类社会必不可少的便捷能源。

锌锰电池发展至今经历了漫长的演变，早在1868年法国工程师乔治-勒克兰社采用二氧化锰和炭粉作正极粉料，将它压入多孔陶瓷的圆筒体中，并插上一根炭棒集流器作正极，用一根锌棒部分插入溶液中作负极，电解液是用20%的氯化铵水溶液，电池的容器是用玻璃瓶，做成第一个锌锰湿电池。

1886年盖斯将氯化铵水溶液改用氯化铵，氯化锌，石膏和水合成的糊状物，并将锌片作成圆筒形作电池的容器，同时用石蜡封口，从而做成原电池的雏形。

此后不久，又将面粉和淀粉作为电解质溶液的凝胶剂，是锌锰电池的便携性大大提高，为这种电池的工业化生产和广泛地使用打下了良好的基础。

1890年前后这种电池在全世界范围内投入工业化生产。

1870年前后采用了汞齐化锌阳极，以减轻锌的自放电。

1877年对碳棒采用浸蜡处理，以防止炭棒爬液，减轻对金属集流体的腐蚀。

1923年采用乙炔黑代替石墨粉，使容量提高40%-50%，1945年电解二氧化锰在电池中的应用使锌锰电池的放电性能进一步有大的提高。

然而，随着时代的发展，普通碱性锌锰电池不能满足市场的需求。

早在100多年前就有人提出过用锌做负极，MnO2做正极，KOH或NaOH做电解液，在漫长的研究过程中主要围绕四个问题进行:

一是用粉状多孔锌电极代替片状电极，降低放电电流密度和解决锌片在碱液中易于钝化的缺点;二是采用反极结构，提高MnO2的填充量，使正负极容量相匹配;三是对锌粉汞齐化处理和碱液中加ZnO，解决锌在碱液中的腐蚀;四是密封结构和密封材料的改进，解决爬碱现象。

直到1950代前后在锌锰干电池的基础上成功研制出碱性锌锰电池，。

它以锌粉为负极，电解二氧化锰为正极，电解液采用NaOH或KOH，使电池性能成倍的提高。

它不仅容量高，还适合于大电流连续放电。

还具有优良的低温性能，储存性能和防漏性能。

但在前期的碱锰电池中要控制负极锌粉在碱液中的气量，当时电池的用汞量非常大，用汞量在2%-6%，八十年代末随着人们环保意识的加强，掀起了无汞碱锰电池的研究热潮，寻找有机或无机代汞缓蚀剂和锌粉中合金元素（主要是Al，Bi，In，Pb）成为主要的研究方向。

到九十年代中旬，无汞碱锰电池进入市场。

同时，从60年代开始，对可充的碱性锌锰二次电池开展了广泛的研究，经过30多年的研究已取得突破性的进展，但由于其放电深度浅，循环寿命短，还未能实现商品化。

进入二十一世纪以来，碱性锌锰电池得到飞速的发展，大有替代普通锌锰电池和其他电池的趋势。

同时用电器具的发展对碱锰电池高容量和大电流放电提出更高的要求。

因此，未来碱锰电池的研究主要集中在高功率重负荷放电性能，电池容量的提升以及储存寿命的提高上。

锂电池（Lithium Battery,简写成LB）分为锂一次电池（又称锂原电池,Primary LB）与锂二次电池（又称锂可充电电池,Rechargeable LB）。

锂原电池通常以金属锂或者锂合金为负极，用MnO2，SOCl2，（CF） n等材料为正极。

锂二次电池研发分为金属锂二次电池、锂离子电池与锂聚合物电池三个阶段。

锂原电池的研究开始于20世纪50年代，在70年代实现了军用与民用。

后来基于环保与资源的考虑，研究重点转向可反复使用的二次电池。

锂金属二次电池研究只比锂原电池晚了十年，它在80年代推出市场。

但由于安全性等问题，除以色列Tadiran电池公司和加拿大的Hydro Quebec公司仍在研发外，锂金属二次电池发展基本处于停顿状态。

锂离子电池（Li-ion Battery,LIB）的设计贯彻了全新的电池概念。

一般来讲，普通电池的工作原理大都基于“氧化-还原反应”；而锂离子电池原理除“氧化-还原”以外，还基于电化学嵌入/脱嵌反应。

在两极形成的电压降的驱动下，锂离子（Li +）可以从电极材料提供的“空间”（如图1锂宿主1提供的“空穴”和锂宿主2提供的“夹层空间”）中“嵌入”或者“脱嵌”，在充放电过程中,锂离子在正负极间定向的移动，如图1所示［1］。

由于“嵌入与脱嵌”并没有造成电极材料晶格结构的变化，反应具有良好的可逆性。

这让锂离子电池具有一般高能量密度可充电电池所不具备的高循环寿命。