Pag-uuri ng mga Lithium-ion na Baterya Mula sa Pananaw ng Mga Materyales

(Pag-uuri ng mga Lithium-ion na Baterya Mula sa Perspektibo ng Mga Materyal)

Katulad ng mga lead-based at nickel-based na baterya, ang mga lithium ions ay gumagamit ng positive electrode (cathode), negatibong electrode (anode), at electrolyte bilang conductor. Ang positibong wire ay isang metal oxide, at ang negatibong elektrod ay binubuo ng porous graphite. Sa panahon ng paglabas, lumilipat ang mga lithium ions mula sa negatibong elektrod patungo sa positibong elektrod sa pamamagitan ng electrolyte at ang separator; habang nagcha-charge, dumadaloy ang mga lithium ion mula sa positibong elektrod patungo sa negatibong elektrod sa magkasalungat na direksyon.

 

Kapag ang baterya ay na-charge at na-discharge, ang Li+ ay nag-shuttle sa pagitan ng positibo at negatibong mga electrodes, sa panahon ng pag-discharge, ang anode ay nag-oxidize, nawawala ang mga electron, at ang katod ay nababawasan upang makakuha ng mga particle; kapag nagcha-charge, gumagalaw ang charge sa kabilang direksyon.

 

Mayroong maraming mga uri ng mga baterya ng lithium-ion, depende sa materyal ng elektrod. Ngunit kapag pumili ka ng iba't ibang mga materyales, ang pagganap ng baterya ay mag-iiba nang malaki.

 

Ang mga positibong materyales ng elektrod ay naglalaman ng lahat ng Li+. Karaniwang lithium cobalt oxide (lithium cobalt oxide), lithium manganese oxide (kilala rin bilang spinel o lithium manganate), lithium iron phosphate, nickel cobalt manganese ternary material (NMC) [3] at lithium nickel cobalt Aluminum oxide (NCA). Ang lahat ng mga materyales na ito ay may teoretikal na limitasyon sa itaas na enerhiya (ang lithium-ion ay may teoretikal na kapasidad na humigit-kumulang 2000 kWh, na higit sa sampung beses ang tiyak na enerhiya ng isang komersyal na baterya ng lithium-ion).

 

Ang orihinal na baterya ng lithium-ion ng Sony ay gumagamit ng coke (isang produkto ng karbon) bilang isang mapaminsalang electrode material. Mula noong 1997, karamihan sa mga tagagawa ng baterya ng lithium-ion, kabilang ang Sony, ay nag-convert ng mga anode na materyales sa graphite, na nagreresulta sa isang patag na kurba ng discharge. Ang graphite ay isang anyo ng carbon na ginagamit sa mga lapis. Maaari itong mag-imbak ng mga lithium ions nang maayos habang nagcha-charge at may mahabang cycle at mahusay na katatagan. Sa mga carbon material, ang graphite ang pinakakaraniwan, na sinusundan ng hard carbon at soft carbon. Ang iba pang mga carbon, tulad ng mga carbon nanotubes, ay hindi pa natagpuan ang kanilang komersyal na paggamit. Inihahambing ng figure sa ibaba ang mga curve ng paglabas ng boltahe ng isang modernong baterya ng lithium-ion na may graphite bilang negatibong electrode at isang baterya ng lithium-ion na may lumang negatibong electrode ng coke.

 

Sa normal na operating discharge range, ang baterya ay dapat magkaroon ng flat curve ng boltahe, na mas mahusay kaysa sa dating coke.

 

Ang mga anode na materyales ay umuusbong din, at ang mga mananaliksik ay patuloy na nag-eeksperimento sa mga bagong materyales, kabilang ang mga haluang metal na batay sa silikon. Sa haluang ito, anim na carbon atoms ang nakagapos sa isang lithium-ion, at isang silicon atom ay maaaring mag-bond ng apat na lithium ions. Nangangahulugan ito na ang negatibong silikon na elektrod ay maaaring theoretically mag-imbak ng sampung beses ang enerhiya ng materyal na grapayt. Sa kasalukuyan, ang mga materyales ng silikon ay tumaas ng 20%-30% sa tiyak na kapasidad sa halaga ng pagbabawas ng potensyal ng pagkarga at cycle ng buhay. Gayunpaman, ang problema ay na sa panahon ng proseso ng pag-charge, ang mga lithium ions ay madaling pinalawak sa dami pagkatapos na mai-embed sa materyal na batay sa silikon (lumalaki sa higit sa apat na beses sa unang laki).

 

Ang nanostructured lithium titanate salt ay may magandang cycle life at load capacity, mahusay na low-temperatura performance, at functional safety performance bilang isang mapanganib na electrode material. Gayunpaman, ang partikular na function nito ay mababa, at mataas ang gastos.

(Pag-uuri ng mga Lithium-ion na Baterya Mula sa Perspektibo ng Mga Materyal)