近日，NatureEnergy發表題為"Batteryrevolutiontoevolution"的社論。文中稱在便攜式電子產品領域以及交通運輸和電網規模存儲領域，鋰離子電池（LIBs）所帶來的驚人進步和社會變革被人們津津樂道，以至于人們覺得諾貝爾委員會應該早早認可三位LIBs先驅所做出的貢獻。盡管如此，他們在奠定鋰離子化學基礎上的開創性工作的故事卻屢見不鮮。因此，認識到目前商業LIBs發展道路上的關鍵里程碑，考慮未來電池的發展道路是非常重要的。

這場革命始于20世紀70年代的石油危機，當時社會迫切要替代能源來取代化石燃料。當時的電池如鉛酸和鎳鎘，并沒有給高能量輸出帶來很大希望。StanleyWhittingham在1974年的ChemicalCommunications雜志上發表了第一篇文章，他指出離子可以電化學插層到層狀過渡金屬二硫化物中，比如TiS2。正如他后來在1976年的Science上所證明的那樣，這種插層化學使第一個由TiS2正極和金屬鋰負極組成的可充電鋰離子電池成為可能。

電池研究進程

JohnGoodenough和他的同事在1980年的MaterialsResearchBulletin中報道了一種正極LiCoO2（LCO），它具有和TiS2類似的層狀結構，并且能夠脫嵌鋰離子。而這種新的正極使TiS2的工作電壓新增了一倍，從而導致能量密度顯著提高。在眾多的正極材料中，LCO是最成功：它目前仍在大多數智能手機中使用。早期的可充電鋰離子電池只有在實驗室才獲得成功，重要問題在于使用金屬鋰負極，這種負極具有很高的化學活性，會導致顯著的副反應。在充電過程中，由于鋰離子沉積，它們容易形成枝晶，從而導致短路的危險。這也是埃克森美孚試圖將Li-TiS2體系商業化失敗的科學原因之一。這一突破得益于1985年的專利，在專利中AkiraYoshino和他的同事報道了第一個實用的鋰離子電池原型，將含碳材料作為負極，將LCO作為非水電解質中的正極。

雖然Yoshino的電池看起來異常簡單，但它開辟了一個新的設計理念：活性金屬鋰負極可以被更良性的非金屬化合物（如碳質材料）取代，這些化合物能夠儲存鋰離子，同時消除和使用金屬鋰有關的問題。索尼公司很快采納了Yoshino的策略，制造出了世界上第一款帶有軟碳負極和LCO正極的商用鋰離子電池，其能量密度達到80Whkg–1，是普通鉛酸電池的兩倍。該公司后來采用了石墨負極和聚合物凝膠電解質來生產第一批商用聚合物電池。商用電池負極向石墨的轉變很重要，因為它允許更高的工作電壓，和優化的LCO正極一起，具有190Whkg-1的能量密度。電解液的革新也大大降低了成本，提高了安全性。

汽車電氣化需求

雖然便攜式電子設備已經成功地由石墨基鋰離子電池供電，但汽車電氣化迫切要更高能量密度的電源。為了實現這一目標，人們在尋找未來電極方面付出了巨大的努力。在最有希望的方法中，金屬鋰是所有鋰負極中比容量最高的，但面對著同樣的問題。而借助納米技術和電解液的發展，能夠解決這些問題。在NatureEnergy中，LiuJun提出了實現高能長循環鋰金屬電池的獨特途徑。特別令人鼓舞的是，這個原型鋰金屬電池具有300Whkg–1。

在正極方面，層狀Ni-Mn-Co氧化物和Ni-Co-Al氧化物是當今電動汽車電池中最重要的正極材料。這些材料和LCO有著密切聯系，但它們的元素成分具有可調性。關于下一代正極，如層狀富Li和Mn基氧化物和富Ni氧化物，正在進行深入的研究，它們可以供應更高的電壓或容量，從而具有更高的能量密度。

未來發展

未來電池研發的目標是：更多的能源和動力、更長的壽命、更低的成本和更高的安全性。正如以前的科學突破，加上過去使電池技術得以飛躍的工程相同，基礎研究和技術水平的進步仍然是未來電池不斷發展的關鍵。

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