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電池の歴史


1970年代のM.S.Whittinghamエクソン硫化チタンを採用して正極材料として、金属リチウムで負極材料として、初めてのリチウム電池を制作した

1980年、ラシードYazami et alはグルノーブル理工学院(INPG)とフランス国家科学研究センター(CNRS)でリチウムイオンが黒鉛を組み込める特性を発見した。この過程は速い、そして可逆。彼らの成果は1982年と1983年に発表した。それは熱力学と力学(拡散)とともに可逆性を含めている。

一方、金属リチウムで制作したリチウム電池は、その危険性が注目されているので、人々は組み込み黒鉛特性で充電電池を制作した。初の使用のリチウムイオン黒鉛電極は1981年にベル研究所で成功に試作した。1991年、ソニーが初の商業のリチウムイオン電池を発表した、彼らの電池が層状酸化物。を採用した。その後、リチウムイオン電池は新しい消費電子製品の時代を革新した。

1983年、M.ThackerayJ.Goodenoughらはマンガンスピネルが優良の正極材料とういうことを発見した、それは安い価格、安定と優良な導電、導リチウム性能がある。その分解温度が高く、かつ酸化性がコバルト酸リチウムに比べて低い、短絡、過充電が発生しても、燃焼、爆発の危険を避けることができる。それでも純マンガンスピネル循環減衰したが、材料化学改良はこの弱点を克服することができ、マンガンスピネル現在商用電気芯に応用。

1989年、オースティンテキサス大学のA.ManthiramとJ.Goodenoughは重合陰イオンのインダクタンス効果で、重合陰イオンの正極、硫酸塩、酸化物を採用したらもっと高い電圧を発生できる事を発見した。

1996年PadhiとGoodenoughはペリドット構造のリン酸塩、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、伝統的なの正極材料に比べて安全性と寿命が上達したが、低温性能と締固め密度を高める必要がある。2002年、蒋业明と彼のチームはマサチューセッツ工科大学研究用アルミ、ニオブ、ジルコニウムなど3種類の金属で陽極のスーパーリチウム電池材料の導電性、リチウム電池の性能をよく改善した。この適切な原理は当時の激しい論議が起こした。
2004年、蒋业明直径は100ナノメートルのリン酸鉄粒を再び利用して、電池の性能が向上した。これは粒子密度を約100倍低下した、そして陰極の表面積、電池容量と性能を高める。商業化による激しい市場競争を引き起こし、蒋业明古迪纳夫との間の特許の争いも起こした


Lithium-ion batteries were first proposed by M.S. Whittingham at Binghamton University, at Exxon, in the 1970s. Whittingham used titanium(IV) sulfide as the cathode and lithium metal as the anode.

The electrochemical properties of lithium intercalated in graphite were first discovered in 1980 by Rachid Yazami et al., at the Grenoble Institute of Technology (INPG) and French National Centre for Scientific Research (CNRS) in France. They showed the reversible intercalation of lithium into graphite in a lithium/polymer electrolyte/graphite half cell. Their work was published in 1982 and 1983. It covered both thermodynamics (staging) and kinetics (diffusion) together with reversibility.

Primary lithium batteries in which the anode is made from metallic lithium pose safety issues. As a result, lithium-ion batteries were developed in which both anode and cathode are made of a material containing lithium ions. In 1981, Bell Labs developed a workable graphite anode to provide an alternative to the lithium metal battery. Following groundbreaking cathode research by a team led by John Goodenough, in 1991 Sony released the first commercial lithium-ion battery. Their cells used layered oxide chemistry, specifically lithium cobalt oxide and revolutionized consumer electronics.

In 1983, Michael Thackeray, Goodenough, and coworkers identified manganese spinel as a cathode material. Spinel showed great promise, given low-cost, good electronic and lithium ion conductivity, and three-dimensional structure which gives it good structural stability. Although pure manganese spinel fades with cycling, this can be overcome with chemical modification of the material. Manganese spinel was currently used in commercial cells.

In 1989, Goodenough and Arumugam Manthiram of the University of Texas at Austin showed that cathodes containing polyanions, e.g. sulfates, produce higher voltages than oxides due to the inductive effect of the polyanion.

In 1996, Goodenough, Akshaya Padhi and coworkers identified lithium iron phosphate (LiFePO4) and other phospho-olivines (lithium metal phosphates with olivine structure) as cathode materials. In 2002, Yet-Ming Chiang and his group at MIT showed a substantial improvement in the performance of lithium batteries by boosting the material’s conductivity by doping it with aluminum, niobium and zirconium. The exact mechanism causing the increase became the subject of a heated debate.

In 2004, Chiang again increased performance by utilizing iron-phosphate particles of less than 100 nanometers in diameter. This decreased particle density by almost one hundredfold, increased the cathode’s surface area and improved capacity and performance. Commercialization led to a competitive market and a patent infringement battle between Chiang and Goodenough.



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