锂电池开发史（1）：锂电池摆脱三重苦即将登场(3)

在图3中，1985～1989年的5年间，Ni-Cd电池能量密度提升率达到了每年15～20％。但容量依然不足，进入1990年后，电池性能还需要以相同的速度继续提升。但根

在图3中，1985～1989年的5年间，Ni-Cd电池能量密度提升率达到了每年15～20％。但容量依然不足，进入1990年后，电池性能还需要以相同的速度继续提升。　

但根据以往经验，二次电池技术“可达成的容量仅为理论容量的1/5左右”，按照这个规律计算，在1990年，Ni-Cd电池技术已经基本达到了极限。之后如果不开发新电池，就无法满足产品的需求。

而且，Ni-Cd电池还面临着另一大阻碍——镉的环境危害。各位读者应该听说过镉引发的“痛痛病”。这种疾病发病于流经富山县的神通川流域的居民，在国际上也相当出名，英语甚至沿用日语叫法，称其为itai-itai disease。镉已经成为了人尽皆知的有害物质注1）。因此，电池企业被迫要尽快摆脱Ni-Cd电池。

注1）因其他镉污染地区没有出现患者，也有看法认为镉并不是患病的唯一原因。

高性能二次电池期待论

既然Ni-Cd电池行不通，那就必须开发新型二次电池。高能量密度电池的需求早已有之。

举例来说，大正末年，丰田佐吉曾向帝国发明协会悬赏。“向开发出输出功率为100马力，能够36小时连续运行，重量在60贯以下，体积在10立方尺以下的电池的日本人奖励100万日元”——按照当时的金价换算，这笔奖金大约相当于现在的约20亿日元，简直是一个天文数字。

旧度量衡的1马力=761.2W，如果把上面提到的电池的性能换算为ISO的单位，单位重量、单位体积的能量密度分别为9850Wh/L以上，以及12180Wh/kg以上，功率密度分别为2820W/L以上，以及340W/kg以上。

在功率密度方面，LIB满足了要求，问题是能量密度。现在的LIB的能量密度也才600Wh/L、210Wh/kg左右，由此可见佐吉的要求有多么离谱。令人不禁猜测，是不是因为实现不了，所以才夸下了重奖20亿日元的海口。

暂且不论要求能否实现，从1980年代后半段开始，追求高能量密度电池的呼声愈发响亮。如上所述，因为预测到Ni-Cd电池终有一天将无法满足摄像机的要求，电池企业很早就提前准备，开始着手开发新型二次电池。顺应这一潮流，Ni-MH电池（镍氢电池）于1990年，LIB于1991年应运而生。

Ni-MH电池登场

Ni-MH电池的关注点锁定在氢的理论容量密度*。氢作为电池负极时，理论容量密度为26316mAh/g，是一种优秀的电极材料。与之相比，锂（Li）为3861mAh/g，镉为477mAh/g，可见氢的潜能巨大。

问题最终归结到了以怎样的形态使用氢。比方说，把10L氢气（相当于大约2170Ah）罐装到高压缸（200kg/cm2）中，体积会缩小到50mL，虽说体积小，但200个大气压的高压容器最好避免搬运。还有方法能够把10L氢气压缩到13mL。那就是-250℃的液态氢，但把这种形态运用于电池也不实际。

*理论容量密度=每种物质的发电容量。单位重量（体积）的活性物质能够产生的电量取决于物质的原子量（化合物则为分子量）及其转化为离子时的化学价。因此，物质确定后，能够实现的发电量也将一并确定。这叫作理论容量。

与上面两种形态相比，还有更方便的形态——贮氢合金。比如说，LaNi5合金能够与氢形成化合物LaNi5H5.7，在体积为7.5mL的合金中吸贮10L氢气。压缩率能够达到1/1300左右。不过，在这种形态下，单位重量的理论容量密度为366mAh/g，与氢本身的26316mAh/g相比，骤减到了1/70以下。这是因为LaNi5H5.7的分子量非常大，大约为438。但贮氢合金还是为氢充当电极活性物质铺平道路，使Ni-MH电池于1990年实现了商品化。

有望实现大容量的锂负极

虽然实力赶不上氢，但使用锂作为负极，单位重量、单位体积的理论容量密度也达到了3861mAh/g、2062mAh/m2。而且，标准单极电位（以标准氢电极为准）高达-3.04V，实现了非常高的绝对值。也就是说，以锂为负极的电池可以提高端子电压，如果用电量（Wh）来表示能量密度，其数值将会增大。实际上，作为使用金属锂作为负极的电池，纽扣型锂电池很早就投入了实用。这是正极使用二氧化锰（MnO2），负极使用锂的一次电池，在存储器备份电源等用途得到了广泛运用。

锂电池的特点如下：

①电压高达3.0V

②能量密度大

③自放电少

④工作温度范围大

不只是电池技术人员，大家应该都希望直接发挥这些特点，实现锂电池的二次电池化。

但好事多磨，在二次电池化的面前，耸立着巨大的难关。其中，安全性和达不到需要的充放电循环寿命两个课题最难解决。至今仍未找到答案。

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