伴随着宇宙大爆炸的一团火光，锂元素先期来到了这个宇宙。然而，锂元素走进科学家的视野却还是近200年的事情。这期间，锂元素曾有过几次小试牛刀的兴奋，而与电池的结缘使其完成了从“小众”到“大众”的华丽转身。在当今社会，锂电池可谓是无处不在。那么，你对锂和锂电池知道多少呢？
锂元素（图片来源：网络）
神秘的元素 古老的寿星
说起锂，科学家认为它是一个神秘的元素。原来，锂是继氢和氦之后的3号元素，然而科学家一直没有搞清楚它的起源和生成过程。
有科学家认为，包括氢、氦、锂在内的轻元素，是在宇宙诞生之后极短的时间内由原初的核反应过程产生的。经过几十亿年的演化，才最终形成了现在的星系和恒星。
神秘的锂（图片来源：网络）
这样算来，锂元素已经在宇宙中存在了大约137亿年的时间，因此可以称得上是一个古老的寿星了。宇宙中的绝大部分锂元素是以锂-7形式存在的，只有少部分是以锂-6形式存在的。
大爆炸宇宙学预言了宇宙中轻元素的丰度，如氦的丰度约为25％，氢的丰度约为75％。多年来，科学家在对宇宙中氢和氦含量的测量中，取得了与理论预言值精确相符的结果，从而成为了支持大爆炸宇宙学的最早证据。
锂元素谜团（图源见水印）
然而，测量到的锂的丰度总是和理论计算值对不上，这一直是科学家心中的一个“结”。据悉，在早期的宇宙当中，实际存在的锂要比应该存在的锂少了3倍。然而，现在的情况却又发生了逆转。现代天文学家在研究宇宙时又发现了多余的锂，其数量达到了大爆炸中生成的4倍。揭示锂元素数量谜团，有助于了解锂元素的形成机制和历史。
从石头中来，就叫石头吧！
锂在地壳中的含量大约为0.0065%，在人和动物的体内也含有极少量的锂。目前，在自然界发现的含锂矿石大约有150多种，主要形式为锂辉石和锂云母等。
锂辉石
然而，低调的锂一直没有引起人们的注意。200年前的1817年，一个年方25岁的瑞典青年化学家意外地发现了锂元素，因此成为了化学元素发现史上的一个标志性事件。
这位化学家就是阿尔费特森，是化学大师贝齐里乌斯的学生。有一天，阿尔费德森从朋友那里得到了一块石头，是采自瑞典的一块锂长石。阿尔费特森如获至宝，并对锂长石进行了分析研究。
阿尔费特森首先把这块石头磨碎，然后进行了认真的分析，结果发现石头中含氧化硅80％、硅土17％?，剩下的3％则不知是什么物质了。阿尔费特森没有放过这缺失的3％，进一步反复分析后才确认这是一种碱金属，并且是一种尚未被发现的新元素。
贝齐里乌斯把这一新元素命名为lithium（英文）, 来源于希腊语lithos(意为石头)。然而，锂元素被发现之后，并没有为锂的应用带来新的契机。
贝齐里乌斯（网络图）
原来，阿尔费特森并没有从锂盐中分离出金属锂。1855年，德国化学家本生和英国化学家马提生通过电解氯化锂才获得了大量的金属锂。1923年，德国的一家公司才开始锂的商业化生产。
那么，锂的商业化用途都有哪些呢？
助心脏起搏 为生命续航
对于人体来说，心脏的重要性是不容置疑的。心脏就像一个“生命之泵”一样，可以推动血液的流动，因此是血液运输的动力器官。如果心脏出现了问题，那么人体器官和组织就得不到充足的氧气和营养物质供应，自然后果是十分严重的。
心脏起搏器的发明，如今已经成为了心动过缓患者的一大福音。对于那些依靠心脏起博器维持生命的人来说，它简直就是一个“无价之宝”。心脏起博器的动力来源于内置的“电池”，这个电池必须满足稳定可靠、无泄漏、寿命长、重量轻等要求。
心脏起搏器的安装位置（图片来源：网络）
心脏起搏器（图片来源：网络）
心脏起搏器是锂电池的最早期应用对象。锂电池的自放电率极低，放电电压也比较平缓，因此植入人体后能够长期运行而不用充电。心脏起搏器大多使用锂碘电池，电池的寿命在10年以上。用这种电池的化学反应产生的电流，可以驱动心脏起搏器夜以继日地工作。心脏起搏器的电池和电路一起被密封在脉冲发生器中，从而隔绝体液以防短路。
心脏起搏器的电池不能象一般电池那样随时被更换，不过患者可以通过一些症状来判断起搏器电池是否将要耗尽。当电池已接近耗尽时，要及时到医院就诊。
锂手机瘦身 互联网流动
说起手机的发明，有一个人不能不提，他就是马丁?库珀。1973 年4 月3 日，库珀推出了世界上第一部概念手机的模型。1983年4月，世界上第一台手机摩托罗拉DynaTAC 8000X诞生。由于这个移动电话的个头很大，因此被人们称为“大哥大”。
“手机之父”——马丁?库珀（图片来源：网络）
手机的学名叫做移动电话，而它的能源支撑就是电池。“大哥大”的重量足有1千克，而电池就占据了整个手机一半的重量。最早应用于手机领域的电池为镍镉电池，这是一种使用氢氧化亚镍与金属镉为电极的蓄电电池。镍镉电池具有较高的能量密度，但镍镉电池具有严重的记忆效应。即便如此，手机电池的电量也只能维持连续通话30分钟。而要完成对电池的充电，则要消耗10个小时的时间。该手机可存储30个电话号码，仅有拨打和接听电话两种功能。
大约在1989年左右，镍氢电池开始在手机中获得应用。原来，镍镉电池中的镉是一种毒性很强的金属材料，被淘汰也是迟早的事。镍氢电池相较于镍镉电池有了很大的进步，更轻、更薄、无毒而且能量密度更大。
（图片来源：作者制图）
然而，真正让手机获得蓬勃发展的则是锂离子电池的普遍使用。1991 年，锂离子电池第一次得到商业化应用，展示了其独特优良的性能。锂离子电池的重量很轻，能量密度又较镍氢电池提升了 30%，并且告别了恼人的记忆效应，对环境也是十分友好的。
锂离子电池是手机电池革命的里程碑，其直接效应就是带来了手机的“大瘦身”。电池技术的进步，使得智能手机得以应运而生，移动互联网也在人们的期盼中走到了应用的前台。
随着移动互联网用户规模的不断扩大，以智能手机为主的移动智能终端正在逐渐成为一个产业的引领者。如今，移动互联网深刻影响着人们的生活方式和生产方式。
深海“黑科技” 当惊世界殊
传统的锂电池往往存在安全方面的隐患，这是未来锂电池需要改进的一个重要方面。传统的锂离子电池采用的是液态有机电解质，因此是发生燃烧和爆炸的主要原因。为了提高锂电池的安全性能，固态电解质便应运而生了。
固态电解质可分为无机固态电解质和聚合物固态电解质两大类。前者主要应用于薄膜电池和心脏起搏器等领域；而后者主要为聚环氧乙烷聚合物固态电解质，在许多方面都具有明显的优势。
青岛储能院开发的“刚柔并济固态聚合物电解质”（“刚性”多孔骨架材料和“柔性”聚合物离子传输材料）（图片来源：bandaowang.com）
图中圈红框的部分为青能所储能院研发的新型固态锂电池（图片来源：文献[3]）
开发具有高安全、长续航、全海深等特点的固态锂电池系统，是一项具有挑战性的科研课题。据悉，“蛟龙”号载人潜水器应用了充油耐压银锌电池技术，但银锌电池的能量密度低于60瓦时/千克，使用寿命约为50次，难以满足11000米全海深科考的应用要求。
我国科学家立足于万米全深海长续航科考应用，研制开发了深海固态聚合物锂电池“青能Ⅰ号”，能量密度超过250瓦时/千克，500次循环容量保持80%以上，并且具有很高的安全性能。今年第一季度，在马里亚纳海沟进行的海试中，最大工作水深10901米，顺利完成了万米全深海示范应用。
我国自主研发的“深海勇士”号潜水器（图片来源：gouwu.mediav.com）
我国自主研发的“深海勇士”号潜水器，采用了具有国际先进水平的固态锂电池技术，使电池的可用次数从原先银锌电池的50次增加到了500次，使用寿命可长达5年左右的时间。并且，潜水器还可以借助固态锂电池实现快速上浮和下潜，从而可以提高深海作业的效率。
参考文献
[1][意]Gianfranco Pistoia.《电池应用技术——从便携式电子设备到工业产品》[M].吴宇平等 译，人民邮电出版社，2010年版。
[2][美]亨利·施莱辛格.《电池的秘史》[M].张宏佳等 译，上海科学技术文献出版社，2013年版。
[3]王娉.《青岛造固态锂电池完成万米海试》[N].青岛日报, 2017-03-29.
[4] 新华网.《“数”说国产载人潜水器：“深海勇士”号能做什么》[J].《中科院之声》,2017.121。
[5]赵匡华.《107种元素的发现》[M].北京出版社，1983年版。
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