在圖3中，1985～1989年的5年間，Ni-Cd電池能量密度提升率達到了每年15～20％。但容量依然不足，進入1990年后，電池性能還需要以相同的速度繼續(xù)提升?！?/p>

但根據(jù)以往經驗，二次電池技術“可達成的容量僅為理論容量的1/5左右”，按照這個規(guī)律計算，在1990年，Ni-Cd電池技術已經基本達到了極限。之后如果不開發(fā)新電池，就無法滿足產品的需求。

而且，Ni-Cd電池還面臨著另一大阻礙——鎘的環(huán)境危害。各位讀者應該聽說過鎘引發(fā)的“痛痛病”。這種疾病發(fā)病于流經富山縣的神通川流域的居民，在國際上也相當出名，英語甚至沿用日語叫法，稱其為itai-itai disease。鎘已經成為了人盡皆知的有害物質注1）。因此，電池企業(yè)被迫要盡快擺脫Ni-Cd電池。

注1）因其他鎘污染地區(qū)沒有出現(xiàn)患者，也有看法認為鎘并不是患病的唯一原因。

高性能二次電池期待論

既然Ni-Cd電池行不通，那就必須開發(fā)新型二次電池。高能量密度電池的需求早已有之。

舉例來說，大正末年，豐田佐吉曾向帝國發(fā)明協(xié)會懸賞。“向開發(fā)出輸出功率為100馬力，能夠36小時連續(xù)運行，重量在60貫以下，體積在10立方尺以下的電池的日本人獎勵100萬日元”——按照當時的金價換算，這筆獎金大約相當于現(xiàn)在的約20億日元，簡直是一個天文數(shù)字。

舊度量衡的1馬力=761.2W，如果把上面提到的電池的性能換算為ISO的單位，單位重量、單位體積的能量密度分別為9850Wh/L以上，以及12180Wh/kg以上，功率密度分別為2820W/L以上，以及340W/kg以上。

在功率密度方面，LIB滿足了要求，問題是能量密度?，F(xiàn)在的LIB的能量密度也才600Wh/L、210Wh/kg左右，由此可見佐吉的要求有多么離譜。令人不禁猜測，是不是因為實現(xiàn)不了，所以才夸下了重獎20億日元的海口。

暫且不論要求能否實現(xiàn)，從1980年代后半段開始，追求高能量密度電池的呼聲愈發(fā)響亮。如上所述，因為預測到Ni-Cd電池終有一天將無法滿足攝像機的要求，電池企業(yè)很早就提前準備，開始著手開發(fā)新型二次電池。順應這一潮流，Ni-MH電池（鎳氫電池）于1990年，LIB于1991年應運而生。

Ni-MH電池登場

Ni-MH電池的關注點鎖定在氫的理論容量密度*。氫作為電池負極時，理論容量密度為26316mAh/g，是一種優(yōu)秀的電極材料。與之相比，鋰（Li）為3861mAh/g，鎘為477mAh/g，可見氫的潛能巨大。

問題最終歸結到了以怎樣的形態(tài)使用氫。比方說，把10L氫氣（相當于大約2170Ah）罐裝到高壓缸（200kg/cm2）中，體積會縮小到50mL，雖說體積小，但200個大氣壓的高壓容器最好避免搬運。還有方法能夠把10L氫氣壓縮到13mL。那就是-250℃的液態(tài)氫，但把這種形態(tài)運用于電池也不實際。

*理論容量密度=每種物質的發(fā)電容量。單位重量（體積）的活性物質能夠產生的電量取決于物質的原子量（化合物則為分子量）及其轉化為離子時的化學價。因此，物質確定后，能夠實現(xiàn)的發(fā)電量也將一并確定。這叫作理論容量。

與上面兩種形態(tài)相比，還有更方便的形態(tài)——貯氫合金。比如說，LaNi5合金能夠與氫形成化合物LaNi5H5.7，在體積為7.5mL的合金中吸貯10L氫氣。壓縮率能夠達到1/1300左右。不過，在這種形態(tài)下，單位重量的理論容量密度為366mAh/g，與氫本身的26316mAh/g相比，驟減到了1/70以下。這是因為LaNi5H5.7的分子量非常大，大約為438。但貯氫合金還是為氫充當電極活性物質鋪平道路，使Ni-MH電池于1990年實現(xiàn)了商品化。

有望實現(xiàn)大容量的鋰負極

雖然實力趕不上氫，但使用鋰作為負極，單位重量、單位體積的理論容量密度也達到了3861mAh/g、2062mAh/m2。而且，標準單極電位（以標準氫電極為準）高達-3.04V，實現(xiàn)了非常高的絕對值。也就是說，以鋰為負極的電池可以提高端子電壓，如果用電量（Wh）來表示能量密度，其數(shù)值將會增大。實際上，作為使用金屬鋰作為負極的電池，紐扣型鋰電池很早就投入了實用。這是正極使用二氧化錳（MnO2），負極使用鋰的一次電池，在存儲器備份電源等用途得到了廣泛運用。

鋰電池的特點如下：

①電壓高達3.0V

②能量密度大

③自放電少

④工作溫度范圍大

不只是電池技術人員，大家應該都希望直接發(fā)揮這些特點，實現(xiàn)鋰電池的二次電池化。

但好事多磨，在二次電池化的面前，聳立著巨大的難關。其中，安全性和達不到需要的充放電循環(huán)壽命兩個課題最難解決。至今仍未找到答案。

圖4：析出的鋰枝晶

在反復充放電的過程中，針狀的金屬鋰不斷生長。

原因出在充電時生長的鋰枝晶（樹枝狀結晶）。圖4展示了充電時析出的鋰的形狀，從圖中不難看出將其稱之為樹枝狀結晶或是針狀結晶的理由。結晶針會穿透隔膜，造成內部短路，給安全性造成威脅，或是從電極上脫落，導致容量降低，也就是循環(huán)劣化。

那么，同樣使用金屬負極的Ni-Cd電池是不是不會發(fā)生這種問題？鎘的放電生成物——CdO（氧化鎘）或Cd（OH）2（氫氧化鎘）不溶于電解液，會停留在原位，在電極上生成。因此充電后，會在原地重新轉化成鎘。