电池发明历史

人类在搞清楚电的本质后，想进一步研究电的性质。要研究电，就必须把电创造出来并存储起来，这就有了电池的发明。

1、伽尔瓦尼发现流电

1780年，意大利科学家伽尔瓦尼在解剖青蛙时发现两种不同的金属接触青蛙会产生微弱电流。这是人类历史上第一次发现了流动的电，这种流电为制造电池创造了可能性。但是当时的伽尔瓦尼以为这是来自青蛙体内的生物电。

2、伏特电堆

而意大利物理学家伏特发现后，意识到这可能是由于两种不同金属之间有电势差，因此产生流动，而青蛙的作用相当于今天说的电解质。于是在1800年，伏特用盐水代替了青蛙，将银和锌两种不同的金属串联放在盐水中，产生了电流，称之为伏特电堆。有了电池，电学的研究就不断取得重大突破。当时意大利正在拿破仑的控制之下，这位酷爱科学的将军在得知伏特的发明后，专门在巴黎接见了他，赐封他为伯爵并给了他一大笔奖金。后来人们将他的名字作为电压的单位。

3、丹尼尔铜锌电池

1836年，丹尼尔发明了现代用的电池，铜锌原电池。顾名思义就是一极是铜，一极是锌。两极板放在水槽中，加入硫酸溶液作为电解液。锌的化学性质很活泼，失去的电子顺外电路到了负极，硫酸中有氢离子，电子与氢离子结合形成氢气。后来人们认为硫酸不是很方便，用浆糊状的物质代替硫酸。现在用的干电池，里面就是浆糊状的电解液。

为啥用两种不同的金属就可以产生电流呢，这在化学上叫金属的电极电位不同，这里不详细解释了。反正两种不同的不同的金属放在一起就会产生电流。人们就开始不断尝试什么样的金属更好些。后来人们就逐渐爱上一种金属，这种金属就是锂。我们来说一下锂电池。

4、锂电池

锂是3号元素，质量非常轻。锂是6个原子质量单位，锌大概是66个原子质量单位。放一个电荷，锂需要6份质量，锌需要33份质量。对不对。因为锂比较轻，所以能量密度大。同样质量的电池它可以放出更多能量。其实锂电池不是现在发明的，最早发明人是爱迪生，100多年前就发明了。只是因为锂化学性质非常活泼，很容易和其他物质发生反应。所以锂电池发明出来就被搁置了。一直搁置了100多年。直到1991年索尼推出18650电池，玩航模的朋友都知道，像5号电池一样，结构简单性能稳定价格便宜，被用在充电宝，笔记本电脑里。18650电池就是一种锂电池。从那个时候开始人们开始重新研究锂电池了。

锂电池是一种可充电的电池，由四个部分构成：正、负极（和普通电池一样的），隔膜（阻止电子通过的），电解液。为啥这四个部分可以供电呢？充电时连接外电路，正极上锂原子分解为一个电子和一个锂离子，顺着外电路跑到负极，锂离子透过隔膜也跑到右边去了，那么他们俩在右边又相会了。锂离子和电子相聚又变回什么了，又变回锂原子。其实就是正极的锂原子跑到了负极。锂原子在正极变成锂离子和电子的这个过程有个专有名词叫脱嵌。再来说一下放电过程，锂原子在负极待不住，分解成电子和锂离子，在正极一结合又变成锂原子。锂原子在负极分解的过程脱插。那么我们发现，充电放电的过程就是锂原子在两极来回摆动的过程。所以锂离子电池我们也管他叫摇摆电池。

现在人们对锂电池的研究主要集中在正负极材料用什么，不能用纯锂，得用一些东西去装载锂原子。用什么样的材料呢？材料的选择是很重要的，现在人们基本统一了。负极就是石墨。石墨是分层结构，所以在层间可以存在很多锂离子。关键是正极材料。正极材料现在常用的有两种，比如很多时候我们用的是磷酸铁，管这种材料电池较磷酸铁锂电池。还有一种是现在新发明的材料叫三元材料，比较火热。哪三元呢？镍钴锰或镍钴铝，这个镍它可以提升电池能量密度，钴让电池比较稳定，锰铝作为支撑材料降低电池成本。这三种材料按照一定比例混合就够成了三元材料。那么两种材料各有什么优点呢？我们从三个方面来比较下：1是能量密度，磷酸铁100~150wh/kg，三元材料200~300wh/kg。100wh什么概念呢？1000wh一度电，100wh就是0.1度电。后边是前边的大概两倍，这说明了什么？这说明同样质量的电池后边的多一倍，这个就很夸张，磷酸铁锂电池手机续航1天，三元就能续航2天，磷酸铁的电车能跑200km，三元就能跑400km。2是低温性能，低温性能就是温度比较低的时候，电池还能不能比较好的放电。磷酸铁锂电池低温性能很差，一旦温度低了，它基本上就没电了。我们以前用的手机经常出现这种情况。就是天气冷的时候，甭管有多少电，它立刻就没电。为什么？因为我们用的是磷酸铁锂电池。这种锂电池低温性能很差，但是三元材料就比较好。它的低温性能可以在零下20摄氏度的时候，依然能保持85%的电能输出。所以在这点上三元材料好些，但是凡事没有尽善尽美。从安全性上来讲磷酸铁电池好些，为什么这么说呢？3是安全性，磷酸铁锂电池自燃温度800摄氏度，而三元200摄氏度就开始融化，然后自燃爆炸。很显然磷酸铁锂电安全性要好些。不仅如此，磷酸铁在收到冲击穿刺的时候也不容易爆炸，但是相反三元材料 就比较容易爆炸。所以安全性上磷酸铁更好些。那么综上所述我们到底应该用哪一种锂电池呢？其实没有定论，比如大客车要求安全性比较高，可能就需要磷酸铁，国家电动公交车还是要求不允许使用三元材料。但是反过来说呢？小轿车对空间要求比较高，然后我们把安全性提升一些就可以了。对不对？！工业部文件对新能源汽车补贴，要求电池能量密度低于105wh/kg不予补贴，120~140给与正常补贴，超过140给与高额补贴。为了领取高额补贴，新能源汽车也会更多考虑三元材料锂电池。就是一直以磷酸铁锂电池为主要材料的比亚迪，也推出了一些列的三元材料锂电池汽车。工信部批准的新能源汽车中，三元材料占绝大多数。从这个角度看，可能三元材料是未来的发展方向。

但是怎么保证三元材料的安全性呢？我们来讨论下安全性的问题。首先说一下电池为什么会自燃？电池自燃都是一个原因，就是热失控。因为我们知道化学反应中温度越高反应越剧烈，反应越剧烈就会放出更多能量，于是温度就失控，这一瞬间电池就爆炸了。热失控原因很多。比如高温，可能环境温度高，电池散热不好，造成温度超标。比如三元超过200°它就会自燃。再比如说异物撞击针刺，如果用一根针或者异物撞击或直接把他掰弯了，这个中央薄膜就会破裂，薄膜破裂，正负极会直接相接造成短路。一旦短路后会放出大量的热，大量的热会将中央这个材料融化。于是整个电池就炸了。可见针刺也是很可怕的。另外还有一种就是过充过放，一般电池都有过充保护。如果过充保护一旦失灵，在充电特别厉害或放电特别厉害的时候，这个锂原子会和电解液形成一种沉淀，这个沉淀逐渐堆积，也会将这个博隔膜刺破，造成短路，热失控。还有一种就是外电路短路，也会超温造成热失控。

居然有这样的自然危险，如何保证大家使用锂电池的安全呢？我们以特斯拉为例，他用的就是三元材料的锂电池。你把特斯拉汽车先开，发现地下全是密密麻麻的，全是一节一节的5号电池，那其实不是5号电池，而是18650电池。有多少节呢？近8000节。 这么多电池管理起来很困难的，因为不能有一节过充，其他还没有充，所以特斯拉号称使用了世界上最先进的电池管理软件，可以保证这些电池可以同步充放电。第二呢，有的厂家用气凝胶，熔点高导热率低；第三传感器，国际认证；第四被动，国家严格的测试才能上路。确保自燃以前人能够跑出来，比如针刺一个小时电池会不会自燃。