In lithium-ion-batterij of Li-ion-batterij (ôfkoarte as LIB) is in soarte fan oplaadbare batterij.Lithium-ion-batterijen wurde faak brûkt foar draachbere elektroanika en elektryske auto's en groeie yn populariteit foar militêre en loftfeartapplikaasjes.In prototype Li-ion batterij waard ûntwikkele troch Akira Yoshino yn 1985, basearre op earder ûndersyk troch John Goodenough, M. Stanley Whittingham, Rachid Yazami en Koichi Mizushima yn de 1970-1980, en doe in kommersjele Li-ion batterij waard ûntwikkele troch in Sony en Asahi Kasei-team ûnder lieding fan Yoshio Nishi yn 1991. Yn 2019 waard de Nobelpriis foar Skiekunde jûn oan Yoshino, Goodenough en Whittingham "foar de ûntwikkeling fan lithium-ion-batterijen".

Yn 'e batterijen ferpleatse lithium-ionen fan' e negative elektrode troch in elektrolyt nei de positive elektrode by ûntlading, en werom by it opladen.Li-ion-batterijen brûke in intercalated lithium-ferbining as materiaal by de positive elektrode en typysk grafyt by de negative elektrode.De batterijen hawwe in hege enerzjy tichtens, gjin ûnthâld effekt (oars as LFP sellen) en lege sels-ûntlading.Se kinne lykwols in feiligensgefaar wêze, om't se flammable elektrolyten befetsje, en as se beskeadige of ferkeard opladen kinne liede ta eksploazjes en brânen.Samsung waard twongen om Galaxy Note 7-handsets werom te roppen nei lithium-ion-brannen, en d'r hawwe ferskate ynsidinten west mei batterijen op Boeing 787's.

Skiekunde, prestaasjes, kosten en feiligens skaaimerken fariearje oer LIB soarten.Handheld elektroanika brûkt meast lithium polymear batterijen (mei in polymeer gel as elektrolyt) mei lithium kobalt okside (LiCoO2) as kathode materiaal, dat biedt hege enerzjy tichtens, mar presintearret feiligens risiko 's, benammen as skea.Lithium izer fosfaat (LiFePO4), lithium mangaan okside (LiMn2O4, Li2MnO3, of LMO), en lithium nikkel mangaan kobalt okside (LiNiMnCoO2 of NMC) biede legere enerzjy tichtens mar langer libben en minder kâns op fjoer of eksploazje.Sokke batterijen wurde in protte brûkt foar elektryske ark, medyske apparatuer en oare rollen.NMC en syn derivaten wurde in protte brûkt yn elektryske auto's.

Undersyksgebieten foar lithium-ion-batterijen omfetsje it ferlingjen fan it libben, it ferheegjen fan enerzjytichtens, it ferbetterjen fan feiligens, it ferminderjen fan kosten, en it ferheegjen fan oplaadsnelheid, ûnder oaren.Undersyk is oan 'e gong west op it mêd fan net-flammable elektrolyten as in paad nei ferhege feiligens basearre op' e flammabiliteit en volatiliteit fan 'e organyske solvents brûkt yn' e typyske elektrolyt.Strategyen omfetsje wetterige lithium-ion-batterijen, keramyske fêste elektrolyten, polymearelektrolyten, ionyske floeistoffen, en swier fluorinearre systemen.

Batterij tsjin sel

In sel is in basis elektrogemyske ienheid dy't de elektroden, separator en elektrolyt befettet.

In batterij of batterijpakket is in samling sellen of sel-assemblies, mei húsfesting, elektryske ferbinings, en mooglik elektroanika foar kontrôle en beskerming.

Anode en kathode elektroden
Foar oplaadbere sellen, de term anode (of negative elektrodes) oantsjutte de elektrodes dêr't oksidaasje wurdt útfierd tidens de ûntlading syklus;de oare elektrode is de kathode (of positive elektrodes).Tidens de ladingsyklus wurdt de positive elektrode de anode en de negative elektrode wurdt de kathode.Foar de measte lithium-ion sellen, de lithium-oxide elektrodes is de positive elektrodes;foar titanate lithium-ion sellen (LTO), de lithium-oxide elektrodes de negative elektrodes.

Skiednis

Eftergrûn

Varta lithium-ion batterij, Museum Autovision, Altlussheim, Dútslân
Lithium batterijen waarden foarsteld troch Britske skiekundige en mei-ûntfanger fan de 2019 Nobelpriis foar skiekunde M. Stanley Whittingham, no oan de Binghamton University, wylst wurke foar Exxon yn de 1970s.Whittingham brûkte titanium (IV) sulfide en lithium metaal as de elektroden.Dizze oplaadbare lithiumbatterij koe lykwols nea praktysk wurde makke.Titaniumdisulfide wie in minne kar, om't it ûnder folslein ôfsletten betingsten synthesisearre wurde moat, ek nochal djoer (~ $ 1.000 per kilogram foar titaniumdisulfide grûnstof yn 'e jierren '70).Wannear't bleatsteld oan loft, titanium disulfide reagearret te foarmjen wetterstof sulfide ferbiningen, dy't hawwe in onaangename geur en binne giftich foar de measte bisten.Om dizze, en oare redenen, stopte Exxon de ûntwikkeling fan Whittingham's lithium-titaaniumdisulfidebatterij.[28]Batterijen mei metallyske lithiumelektroden presintearre feiligensproblemen, om't lithiummetaal reagearret mei wetter, wêrtroch brânber wetterstofgas frijkomt.Dêrtroch ferhuze ûndersyk nei it ûntwikkeljen fan batterijen wêryn, ynstee fan metallysk lithium, allinich lithiumferbiningen oanwêzich binne, dy't yn steat binne om lithiumionen te akseptearjen en frij te meitsjen.

Omkearbere ynterkalaasje yn grafyt en ynterkalaasje yn katodyske oksides waard ûntdutsen yn 1974-76 troch JO Besenhard oan de TU Munich.Besenhard stelde har tapassing yn lithiumsellen foar.Elektrolyte-ûntbining en solvent-ko-ynterkalaasje yn grafyt wiene serieuze iere tekoarten foar batterijlibben.

Ûntwikkeling

1973 - Adam Heller stelde de lithium-thionylchloride-batterij foar, dy't noch altyd brûkt wurdt yn ymplantearre medyske apparaten en yn ferdigeningssystemen wêr't in mear as 20-jier hâldberens, hege enerzjytichtens, en / of tolerânsje foar ekstreme wurktemperatueren nedich binne.
1977 - Samar Basu demonstrearre elektrogemyske ynterkalaasje fan lithium yn grafyt oan 'e Universiteit fan Pennsylvania.Dit late ta de ûntwikkeling fan in wurkbere lithium ynterkalearre grafytelektrode by Bell Labs (LiC6) om in alternatyf te leverjen foar de lithiummetaalelektrodebatterij.
1979 - Wurkje yn aparte groepen, Ned A. Godshall et al., en, koart dêrnei, John B. Goodenough (Oxford University) en Koichi Mizushima (Tokyo University), demonstrearren in oplaadbare lithiumsel mei spanning yn it 4 V-berik mei lithium kobalt dioxide (LiCoO2) as de positive elektrode en lithium metaal as de negative elektrodes.Dizze ynnovaasje levere it positive elektrodesmateriaal dat iere kommersjele lithiumbatterijen ynskeakele.LiCoO2 is in stabyl posityf elektrodesmateriaal dat fungearret as donor fan lithiumionen, wat betsjut dat it kin wurde brûkt mei in negatyf elektrodemateriaal oars as lithiummetaal.Troch it brûken fan stabile en maklik te hantearjen negative elektrodesmaterialen ynskeakelje, hat LiCoO2 nije oplaadbare batterijsystemen ynskeakele.Godshall et al.fierder identifisearre de ferlykbere wearde fan ternêre gearstalde lithium-oergong metaal-oxides lykas de spinel LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, en LiFe5O4 (en letter lithium-koper-oxide en lithium-nikkel-oxide kathode materialen yn 1985)
1980 - Rachid Yazami demonstrearre de omkearbere elektrogemyske ynterkalaasje fan lithium yn grafyt, en betocht de lithiumgrafytelektrode (anode).De organyske elektrolyten dy't destiids beskikber wiene, soene by it opladen mei in grafyt negative elektrode ûntbine.Yazami brûkte in fêste elektrolyt om oan te toanen dat lithium omkearber ynterkalearre wurde koe yn grafyt fia in elektrogemysk meganisme.Fan 2011 ôf wie de grafytelektrode fan Yazami de meast brûkte elektrode yn kommersjele lithium-ion-batterijen.
De negative elektrode hat syn oarsprong yn PAS (polyacenic semiconductive materiaal) ûntdutsen troch Tokio Yamabe en letter troch Shjzukuni Yata yn 'e iere jierren 1980.It sied fan dizze technology wie de ûntdekking fan conductive polymers troch professor Hideki Shirakawa en syn groep, en it koe ek sjoen wurde as begûn út de polyacetylene lithium ion batterij ûntwikkele troch Alan MacDiarmid en Alan J. Heeger et al.
1982 - Godshall et al.waarden takend US Patent 4,340,652 foar it brûken fan LiCoO2 as kathodes yn lithium batterijen, basearre op Godshall syn Stanford University Ph.D.proefskrift en 1979 publikaasjes.
1983 - Michael M. Thackeray, Peter Bruce, William David en John Goodenough ûntwikkele in mangaanspinel as in kommersjeel relevant opladen katodemateriaal foar lithium-ion-batterijen.
1985 - Akira Yoshino sammele in prototype sel mei help fan koalstofhoudend materiaal dêr't lithium-ionen yn kinne wurde ynfoege as ien elektrode, en lithium-kobaltokside (LiCoO2) as de oare.Dit dramatysk ferbettere feiligens.LiCoO2 ynskeakele produksje op yndustriële skaal en ynskeakele de kommersjele lithium-ion batterij.
1989 - Arumugam Manthiram en John B. Goodenough ûntdutsen de polyanionklasse fan kathodes.Se lieten sjen dat positive elektroden mei polyanionen, bygelyks sulfaten, hegere spanningen produsearje as oksides troch it induktive effekt fan it polyanion.Dizze polyanionklasse befettet materialen lykas lithium izerfosfaat.

< wurdt ferfolch...>