Литий-иондук батарейка же литий-иондук батарейка (LIB катары кыскартылган) - кайра заряддалуучу батареянын бир түрү.Литий-иондук батарейкалар көбүнчө портативдүү электроника жана электр унаалары үчүн колдонулат жана аскердик жана аэрокосмостук колдонмолор үчүн популярдуулугу өсүүдө.Ли-иондуу батарейканын прототиби 1985-жылы Акира Йошино тарабынан иштелип чыккан, ага 1970-1980-жылдары Джон Гуденоф, М. Стэнли Уиттингем, Рачид Язами жана Коичи Мизусима тарабынан жүргүзүлгөн изилдөөлөрдүн негизинде, андан кийин коммерциялык Li-ion батареясы 1991-жылы Йошио Ниши жетектеген Sony жана Асахи Касеи командасы. 2019-жылы химия боюнча Нобель сыйлыгы Йошино, Гуденоф жана Уиттингемге “литий-иондук батарейкаларды жасагандыгы үчүн” берилген.

Батареяларда литий иондору разряд учурунда терс электроддон электролит аркылуу оң электродго, ал эми заряддоодо кайра өтөт.Ли-иондук батарейкалар оң электроддо материал катары интеркалацияланган литий кошулмасын жана терс электроддо графитти колдонушат.Батареяларда энергиянын тыгыздыгы жогору, эс тутум эффектиси жок (LFP клеткаларынан башка) жана өзүн-өзү разряды аз.Бирок алар коопсуздукка коркунуч келтириши мүмкүн, анткени аларда күйүүчү электролиттер бар жана бузулган же туура эмес заряддалган болсо, жарылуу жана өрт чыгып кетиши мүмкүн.Литий-иондук өрттөн кийин Samsung Galaxy Note 7 телефондорун кайра чакыртып алууга аргасыз болгон жана Boeing 787 учактарынын батарейкаларына байланыштуу бир нече инциденттер болгон.

Химия, аткаруу, наркы жана коопсуздук мүнөздөмөлөрү LIB түрлөрү боюнча айырмаланат.Колдук электроника көбүнчө катод материалы катары литий-полимердик батарейкаларды (полимердик гелди электролит катары) колдонушат, бул катод материалы катары энергиянын жогорку тыгыздыгын сунуштайт, бирок өзгөчө бузулганда коопсуздук коркунучун жаратат.Литий темир фосфаты (LiFePO4), литий марганец кычкылы (LiMn2O4, Li2MnO3 же LMO) жана литий никель марганец кобальт оксиди (LiNiMnCoO2 же NMC) энергиянын тыгыздыгын азыраак, бирок өмүрү узун жана өрт же жарылуу ыктымалдуулугу азыраак.Мындай аккумуляторлор электр шаймандары, медициналык жабдуулар жана башка ролдор үчүн кеңири колдонулат.NMC жана анын туундулары электрдик унааларда кеңири колдонулат.

Литий-иондук батарейкаларды изилдөө багыттары башкалардын арасында иштөө мөөнөтүн узартуу, энергиянын тыгыздыгын жогорулатуу, коопсуздукту жакшыртуу, баасын төмөндөтүү жана кубаттоо ылдамдыгын жогорулатууну камтыйт.Изилдөөлөр типтүү электролитте колдонулган органикалык эриткичтердин күйүүчүлүгүнө жана туруксуздугуна негизделген коопсуздукту жогорулатуунун жолу катары күйбөгөн электролиттер тармагында жүргүзүлүп жатат.Стратегияларга суудагы литий-иондук батарейкалар, керамикалык катуу электролиттер, полимердик электролиттер, иондук суюктуктар жана катуу фторлуу системалар кирет.

Батареяга каршы

Клетка - электроддор, сепаратор жана электролиттерди камтыган негизги электрохимиялык бирдик.

Батарея же батарейка пакети - бул башкаруу жана коргоо үчүн корпусу, электрдик байланыштары жана мүмкүн электроника бар клеткалардын же клеткалардын жыйындысы.

Аноддук жана катоддук электроддор
Заряддалуучу клеткалар үчүн анод (же терс электрод) термини разряд циклинин жүрүшүндө кычкылдануу жүрүп жаткан электродду билдирет;башка электрод катод (же оң электрод) болуп саналат.Заряддын циклинде оң электрод анодго, ал эми терс электрод катодго айланат.Литий-иондук клеткалардын көбү үчүн литий-оксид электрод оң электрод болуп саналат;титанат литий-иондук клеткалар (LTO) үчүн литий-оксид электрод терс электрод болуп саналат.

тарых

Фон

Varta литий-иондук батарейкасы, Autovision Museum, Altlussheim, Германия
Литий батареяларын британ химиги жана химия боюнча 2019-жылдагы Нобель сыйлыгынын тең алуучусу М. Стэнли Уиттингем, азыр Бингемтон университетинде, 1970-жылдары Exxon компаниясында иштеп жүргөндө сунуштаган.Уиттингем электрод катары титан (IV) сульфиди жана литий металлын колдонгон.Бирок, бул кайра заряддалуучу литий батарейканы эч качан иш жүзүндө колдонуу мүмкүн эмес.Титан дисульфиди начар тандоо болгон, анткени ал толугу менен жабылган шарттарда синтезделиши керек, ошондой эле абдан кымбат болгон (1970-жылдары титан дисульфид чийки заты үчүн килограммына ~ 1000 доллар).Титан дисульфиди абага тийгенде реакцияга кирип, күкүрт суутек кошулмаларын пайда кылат, алар жагымсыз жыттуу жана көпчүлүк жаныбарлар үчүн уулуу.Ушул жана башка себептерден улам Exxon Уиттингемдин литий-титан дисульфиддик батареясын иштеп чыгууну токтоткон.[28]Металл литий электроддору бар батареялар коопсуздук маселелерин көрсөттү, анткени литий металл суу менен реакцияга кирип, күйүүчү суутек газын бөлүп чыгарат.Демек, изилдөө металлдык литийдин ордуна литий иондорун кабыл алууга жана чыгарууга жөндөмдүү болгон литий бирикмелери гана бар батареяларды иштеп чыгууга өттү.

Графиттеги реверсивдүү интеркалация жана катоддук оксиддерге интеркалация 1974–76-жылдары Мюнхенде ЖО Безенхард тарабынан ачылган.Бесенхард аны литий клеткаларында колдонууну сунуш кылган.Электролиттин ажыроо жана графитке эриткичтин ко-интеркалацияланышы батареянын иштөө мөөнөтү үчүн олуттуу кемчиликтер болгон.

Өнүгүү

1973-жыл - Адам Хеллер литий тионил хлориди батарейкасын сунуштады, ал дагы эле имплантацияланган медициналык аппараттарда жана коргонуу системаларында 20 жылдан ашык сактоо мөөнөтү, жогорку энергия тыгыздыгы жана/же экстремалдык иштөө температурасына сабырдуулук талап кылынат.
1977-жыл - Самар Басу Пенсильвания университетинде графитте литийдин электрохимиялык интеркалациясын көрсөттү.Бул Bell Labs (LiC6) литий металл электрод батареяга альтернатива менен камсыз кылуу үчүн ишке жарактуу литий intercalated графит электроддун иштеп чыгууга алып келди.
1979-жыл - өзүнчө топтордо иштеп, Нед А. Годшалл жана башкалар, жана андан көп өтпөй, Джон Б. Гуденоф (Оксфорд университети) жана Коичи Мизушима (Токио университети), литийди колдонуу менен 4 V диапазонунда чыңалуу менен кайра заряддалуучу литий клеткасын көрсөтүштү. оң электрод катары кобальттын диоксиди (LiCoO2) жана терс электрод катары литий металлы.Бул инновация алгачкы коммерциялык литий батареяларын иштеткен оң электроддук материалды камсыз кылды.LiCoO2 – бул литий иондорунун донору катары иштеген туруктуу оң электрод материалы, бул литий металлынан башка терс электрод материалы менен колдонулушу мүмкүн экенин билдирет.Туруктуу жана башкарууга оңой терс электроддук материалдарды колдонууга мүмкүнчүлүк берүү менен, LiCoO2 жаңы аккумулятордук батарея системаларын иштетти.Godshall et al.шпинел LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8 жана LiFe5O4 (жана кийинчерээк литий-жез-оксид жана литий-никель-оксид катод материалдары) сыяктуу үчтүк кошулма литий-өткөөл металл-оксиддердин окшош маанисин аныктады.
1980-жыл - Рачид Язами графитте литийдин реверсивдүү электрохимиялык интеркалациясын көрсөтүп, литий графит электродду (анод) ойлоп тапкан.Ошол кездеги органикалык электролиттер графит терс электрод менен кубаттоо учурунда чирип кетмек.Язами литийди электрохимиялык механизм аркылуу графитте тескери түрдө интеркалацияланышы мүмкүн экенин көрсөтүү үчүн катуу электролит колдонгон.2011-жылга карата Язаминин графит электрод коммерциялык литий-иондук батарейкаларда эң көп колдонулган электрод болгон.
Терс электрод 1980-жылдардын башында Токио Ямабе жана кийинчерээк Шжзукуни Ята тарабынан ачылган PAS (полиаценикалык жарым өткөргүч материал) менен келип чыккан.Бул технологиянын үрөнү профессор Хидеки Ширакаванын жана анын тобунун өткөргүч полимерлердин ачылышы болгон жана ал ошондой эле Алан МакДиармид жана Алан Дж. Хигер ж.
1982 - Godshall et al.Годшаллдын Стэнфорд университетинин Ph.D. негизинде LiCoO2 литий батарейкаларында катод катары колдонулушу үчүн АКШнын 4 340 652 патенти менен сыйланган.диссертациялары жана 1979-жылдагы басылмалары.
1983-жыл - Майкл M. Thackeray, Питер Брюс, Уильям Дэвид жана Джон Гуденоф литий-иондук батареялар үчүн коммерциялык жактан актуалдуу заряддалган катоддук материал катары марганец шпинелин иштеп чыгышкан.
1985-жыл - Акира Йошино бир электрод катары литий иондору, экинчиси катары литий кобальт оксиди (LiCoO2) киргизилиши мүмкүн болгон көмүртектүү материалды колдонуу менен прототиби клетканы чогулткан.Бул коопсуздукту кескин жакшыртты.LiCoO2 өнөр жайлык масштабдагы өндүрүштү иштетип, коммерциялык литий-иондук батарейканы иштетти.
1989 - Arumugam Manthiram жана John B. Goodenough катоддордун polyanion классын ачкан.Алар полианиондорду, мисалы, сульфаттарды камтыган оң электроддор полианиондун индуктивдүү таасиринен оксиддерге караганда жогорку чыңалууларды чыгара тургандыгын көрсөтүштү.Бул полианион классында литий темир фосфаты сыяктуу материалдар бар.

< улантылат…>