摇椅电池

——记许昌学院“觅硫寻钴”超级锂电社会实践团队

为了绕开金属锂析出时产生的树枝状结晶问题，1980年，Armand率先提出了RCB概念。电池两极不再采用金属锂，而是采用锂的嵌合物。在锂嵌合物中，嵌合物中有三维或者二维空隙，金属锂不是以晶体形态存在，而是以锂离子和电子的形式存在于空隙中。你可以把锂嵌合物想象成一个汉堡包，嵌合体相当于两片面包，而锂原子（锂离子与电子）就是中间的牛排，能被很轻松地抽出和加入。正因如此，锂离子嵌合物可以取代金属锂，作为电池中锂离子的提供者。由于锂离子放在嵌合物的空隙中，枝晶问题就不再严重了。更为重要的是，嵌合物往往对空气等不敏感。因此锂嵌合物大大增加了锂电池的安全性。

第一个嵌入物质就是我们再熟悉不过石墨。大家都知道，石墨具有层状结构，层间距是0.355nm，而锂离子只有0.07nm，所以锂离子很容易插入石墨中，形成组成为C？Li的石墨锂嵌合物。1982年，美国伊利诺伊理工大学的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性。他们发现，锂离子嵌入石墨的过程不仅快速。在充电时，石墨电极得到电子，并接受Li+离子嵌入，生成石墨-锂化合物，反应式为C？+Li？+eˉ→C？Li。放电时，则发生上述过程的逆反应。

因此，改进后的锂电池能够释放或储存能量是因为锂离子在两个电极之间反复游走。在充电时，电流将正极嵌合物中的锂离子赶了出来，这些锂离子经过正极与负极之间的电解液“游”到负极嵌合物中；而放电时，锂离子又从负极嵌合物中经过电解液“游”回正极嵌合物中。锂在整个脱落和嵌入的循环过程中，都保持稳定的离子形式，锂离子能在电池两极的嵌合物或者摇摆，因此又被称为“摇椅式电池”（RockingChairBattery，缩写为RCB）。

投稿人：子衿

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