Klassifikasie van litiumioonbatterye vanuit die perspektief van materiale

(Klassifikasie van litiumioonbatterye vanuit die perspektief van materiale)

Soortgelyk aan lood- en nikkel-gebaseerde batterye, gebruik litiumione 'n positiewe elektrode (katode), 'n negatiewe elektrode (anode) en 'n elektroliet as 'n geleier. Die positiewe draad is 'n metaaloksied, en die negatiewe elektrode bestaan ​​uit poreuse grafiet. Tydens ontlading beweeg litiumione van die negatiewe elektrode na die positiewe elektrode deur die elektroliet en die skeier; tydens laai vloei litiumione van die positiewe elektrode na die negatiewe elektrode in teenoorgestelde rigtings.

 

Wanneer die battery gelaai en ontlaai word, skuif Li+ tussen die positiewe en negatiewe elektrodes, tydens ontlading oksideer die anode, verloor elektrone, en die katode word verminder om deeltjies te verkry; wanneer laai, beweeg die lading in die teenoorgestelde rigting.

 

Daar is baie soorte litium-ioonbatterye, afhangende van die elektrodemateriaal. Maar wanneer jy verskillende materiale kies, sal die batteryprestasie baie verskil.

 

Die positiewe elektrodemateriaal bevat almal Li+. Gewone litiumkobaltoksied (litiumkobaltoksied), litiummangaanoksied (ook bekend as spinel of litiummanganaat), litiumysterfosfaat, nikkelkobaltmangaan-ternêre materiaal (NMC) [3] en litiumnikkelkobalt-aluminiumoksied (NCA). Al hierdie materiale het 'n teoretiese boonste energielimiet (litiumioon het 'n teoretiese kapasiteit van ongeveer 2000 kWh, wat meer as tien keer die spesifieke energie van 'n kommersiële litiumioonbattery is).

 

Sony se oorspronklike litiumioonbattery gebruik coke ('n steenkoolproduk) as 'n skadelike elektrodemateriaal. Sedert 1997 het die meeste litium-ioon battery vervaardigers, insluitend Sony, anode materiaal omgeskakel na grafiet, wat gelei het tot 'n plat ontladingskurwe. Grafiet is 'n vorm van koolstof wat in potlode gebruik word. Dit kan litiumione goed berg tydens laai en het 'n lang siklus en uitstekende stabiliteit. Van die koolstofmateriale is grafiet die algemeenste, gevolg deur harde koolstof en sagte koolstof. Ander koolstofstowwe, soos koolstofnanobuise, het nog nie hul kommersiële gebruik gevind nie. Die figuur hieronder vergelyk die spanningsontladingskrommes van 'n moderne litiumioonbattery met grafiet as die negatiewe elektrode en 'n litiumioonbattery met 'n ou kooks negatiewe elektrode.

 

In die normale bedryfsontladingsreeks moet die battery 'n plat spanningskromme hê, wat beter is as die voormalige coke.

 

Anodemateriale ontwikkel ook, en navorsers eksperimenteer voortdurend met nuwe materiale, insluitend silikon-gebaseerde legerings. In hierdie legering is ses koolstofatome aan een litiumioon gebind, en een silikonatoom kan vier litiumione bind. Dit beteken dat die negatiewe silikonelektrode teoreties tien keer die energie van die grafietmateriaal kan stoor. Op die oomblik het silikonmateriaal met 20%-30% in spesifieke kapasiteit toegeneem ten koste van die vermindering van vragpotensiaal en sikluslewe. Die probleem is egter dat litiumione tydens die laaiproses maklik in volume uitgebrei word nadat dit in die silikon-gebaseerde materiaal ingebed is (wat tot meer as vier keer die aanvanklike grootte groei).

 

Die nanogestruktureerde litiumtitanaatsout het 'n goeie sikluslewe en laaivermoë, uitstekende lae-temperatuur werkverrigting en funksionele veiligheidsprestasie as 'n skadelike elektrodemateriaal. Tog is die spesifieke funksie daarvan laag, en die koste is hoog.

(Klassifikasie van litiumioonbatterye vanuit die perspektief van materiale)