Tha bataraidh lithium-ion no bataraidh Li-ion (air a ghiorrachadh mar LIB) na sheòrsa de bataraidh ath-thagraidh.Bithear a’ cleachdadh bataraidhean lithium-ion gu cumanta airson electronics so-ghiùlain agus carbadan dealain agus tha iad a’ sìor fhàs mòr-chòrdte airson tagraidhean armachd agus itealain.Chaidh prototype bataraidh Li-ion a leasachadh le Akira Yoshino ann an 1985, stèidhichte air rannsachadh na bu thràithe le John Goodenough, M. Stanley Whittingham, Rachid Yazami agus Koichi Mizushima anns na 1970n–1980n, agus an uairsin chaidh bataraidh Li-ion malairteach a leasachadh le a Sgioba Sony agus Asahi Kasei air a stiùireadh le Yoshio Nishi ann an 1991. Ann an 2019, chaidh an Duais Nobel ann an Ceimigeachd a thoirt do Yoshino, Goodenough, agus Whittingham “airson leasachadh bataraidhean lithium-ion”.

Anns na bataraidhean, bidh ions lithium a’ gluasad bhon electrod àicheil tro electrolyte chun an dealan-dealanach nuair a bhios iad air an leigeil ma sgaoil, agus air ais nuair a bhios iad a’ cur cosgais.Bidh bataraidhean Li-ion a’ cleachdadh todhar lithium eadar-fhighte mar an stuth aig an electrode adhartach agus mar as trice grafait aig an dealan àicheil.Tha dùmhlachd lùth àrd aig na bataraidhean, gun bhuaidh cuimhne (ach a-mhàin ceallan LFP) agus fèin-sgaoileadh ìosal.Faodaidh iad ge-tà a bhith nan cunnart sàbhailteachd leis gu bheil electrolytes lasanta annta, agus ma thèid am milleadh no ma thèid an gearradh gu ceàrr faodaidh iad spreadhadh is teintean adhbhrachadh.B’ fheudar do Samsung innealan-làimhe Galaxy Note 7 a chuimhneachadh às deidh teintean lithium-ion, agus tha grunn thachartasan air a bhith ann co-cheangailte ri bataraidhean air Boeing 787s.

Tha feartan ceimigeachd, coileanadh, cosgais agus sàbhailteachd ag atharrachadh thairis air seòrsachan LIB.Bidh electronics inneal-làimhe sa mhòr-chuid a’ cleachdadh bataraidhean lithium polymer (le gel polymer mar electrolyte) le lithium cobalt oxide (LiCoO2) mar stuth catod, a tha a ’tabhann dùmhlachd lùth àrd, ach a tha nan cunnart sàbhailteachd, gu sònraichte nuair a thèid a mhilleadh.Bidh fosfáit iarann ​​​​litiam (LiFePO4), lithium manganese oxide (LiMn2O4, Li2MnO3, no LMO), agus lithium nicil manganese cobalt oxide (LiNiMnCoO2 no NMC) a’ tabhann dùmhlachd lùtha nas ìsle ach beatha nas fhaide agus nas lugha de choltas teine ​​​​no spreadhadh.Tha bataraidhean mar seo air an cleachdadh gu farsaing airson innealan dealain, uidheamachd meidigeach, agus dreuchdan eile.Tha NMC agus na toraidhean aige air an cleachdadh gu farsaing ann an carbadan dealain.

Tha raointean sgrùdaidh airson bataraidhean lithium-ion a’ toirt a-steach leudachadh beatha, àrdachadh dùmhlachd lùtha, leasachadh sàbhailteachd, lughdachadh cosgais, agus àrdachadh astar cosgais, am measg feadhainn eile.Tha rannsachadh air a bhith a’ dol air adhart ann an raon electrolytes neo-lasanta mar shlighe gu barrachd sàbhailteachd stèidhichte air lasadh agus luaineachd nan solventan organach a thathas a’ cleachdadh anns an electrolyte àbhaisteach.Tha ro-innleachdan a’ toirt a-steach bataraidhean lithium-ion uisgeach, electrolytes cruaidh ceirmeag, electrolytes polymer, lioftaichean ianach, agus siostaman làn fhlùraichean.

Bataraidh an aghaidh cealla

Tha cealla na aonad electroceimiceach bunaiteach anns a bheil na dealanan, an dealaiche, agus an electrolyte.

Tha bataraidh no pasgan bataraidh na chruinneachadh de cheallan no co-chruinneachaidhean cealla, le taigheadas, ceanglaichean dealain, agus is dòcha dealanach airson smachd agus dìon.

Anode agus catod electrodes
Airson ceallan ath-thagraidh, tha an teirm anod (no electrode àicheil) a’ sònrachadh an dealan far a bheil oxidation a’ gabhail àite tron ​​chearcall sgaoilidh;'S e catod (no electrode dearbhach) an dealan eile.Tron chearcall cosgais, bidh an dealan dearbhach gu bhith na anod agus bidh an dealan àicheil gu bhith na chatod.Airson a 'mhòr-chuid de cheallan lithium-ion, is e an electrod lithium-oxide an electrod dearbhach;airson ceallan lithium-ion titanate (LTO), is e an electrod lithium-oxide an dealan àicheil.

Eachdraidh

Cùl-fhiosrachadh

Bataraidh lithium-ion Varta, Museum Autovision, Altlussheim, A' Ghearmailt
Chaidh bataraidhean lithium a mholadh le ceimigear Breatannach agus neach-faighinn duais Nobel 2019 airson ceimigeachd M. Stanley Whittingham, a tha a-nis aig Oilthigh Binghamton, fhad ‘s a bha e ag obair dha Exxon anns na 1970n.Chleachd Whittingham sulfide titanium (IV) agus lithium meatailt mar na dealanan.Ach, cha b’ urrainnear am bataraidh lithium ath-thagraidh seo a dhèanamh a-riamh practaigeach.B’ e droch roghainn a bh’ ann an Titanium disulfide, leis gu feumar a cho-chur fo chumhachan làn seulaichte, cuideachd gu math daor (~ $1,000 gach cileagram airson stuth amh titanium disulfide anns na 1970n).Nuair a bhios e fosgailte don adhar, bidh titanium disulfide ag ath-fhreagairt gus todhar hydrogen sulfide a chruthachadh, aig a bheil fàileadh mì-thlachdmhor agus a tha puinnseanta don mhòr-chuid de bheathaichean.Airson seo, agus adhbharan eile, chuir Exxon stad air leasachadh bataraidh disulfide lithium-titanium Whittingham.[28]Bha bataraidhean le dealanan lithium meatailteach a’ nochdadh cùisean sàbhailteachd, leis gu bheil lithium metal ag ath-fhreagairt le uisge, a’ leigeil ma sgaoil gas haidridean lasanta.Mar thoradh air an sin, ghluais rannsachadh gus bataraidhean a leasachadh anns nach eil, an àite lithium meatailteach, ach todhar lithium an làthair, comasach air ianan lithium a ghabhail agus a leigeil ma sgaoil.

Chaidh eadar-luachadh reversible ann an grafait agus eadar-luachadh gu ocsaidean cathodic a lorg ann an 1974-76 le JO Besenhard aig TU Munich.Mhol Besenhard a chleachdadh ann an ceallan lithium.Bha lobhadh electrolyte agus co-luachadh fuasglaidh a-steach do ghrafait nan droch bhuannachdan tràth airson beatha bataraidh.

leasachadh

1973 - Mhol Adam Heller am bataraidh lithium thionyl chloride, a tha fhathast air a chleachdadh ann an innealan meidigeach a chaidh a chuir a-steach agus ann an siostaman dìon far a bheil feum air beatha sgeilp nas motha na 20-bliadhna, dùmhlachd lùth àrd, agus / no fulangas airson fìor theodhachd obrachaidh.
1977 - Sheall Samar Basu ceangal electrochemical de lithium ann an grafait aig Oilthigh Pennsylvania.Mar thoradh air an seo chaidh leasachadh air dealan grafait eadar-cheangail lithium obrachail aig Bell Labs (LiC6) gus roghainn eile a thoirt seachad an àite bataraidh lithium meatailt electrode.
1979. cobalt dà-ogsaid (LiCoO2) mar an electrode dearbhach agus lithium meatailt mar an dealan àicheil.Thug an innleachdas seo seachad an stuth electrode adhartach a leig le bataraidhean lithium malairteach tràth.Tha LiCoO2 na stuth electrode dearbhach seasmhach a bhios ag obair mar thabhartas ions lithium, a tha a’ ciallachadh gum faodar a chleachdadh le stuth electrode àicheil a bharrachd air lithium meatailt.Le bhith a’ comasachadh stuthan electrode àicheil seasmhach agus furasta a làimhseachadh, leig LiCoO2 le siostaman bataraidh ùr ath-thagraidh.Godshall et al.chomharraich e tuilleadh luach co-chosmhail de mheatailt-gluasaid lithium-transition ternary leithid an spinel LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, agus LiFe5O4 (agus stuthan catod lithium-copar-oxide agus lithium-nickel-oxide ann an 1985).
1980 - Sheall Rachid Yazami an eadar-cheangal electrochemical reversible de lithium ann an grafait, agus dh'innlich an lithium graphite electrode (anod).Bhiodh na electrolytes organach a bha rim faighinn aig an àm a’ dol sìos nuair a bhiodh iad a’ togail cosgais le dealan grafait àicheil.Chleachd Yazami electrolyte cruaidh gus sealltainn gum faodadh lithium a bhith air a thionndadh air ais ann an grafait tro uidheamachd electrochemical.Bho 2011, b 'e dealan grafait Yazami an dealan-dè as cumanta ann am bataraidhean lithium-ion malairteach.
Tha tùs aig an electrode àicheil ann am PAS (stuth polyacenic semiconductive) a lorg Tokio Yamabe agus nas fhaide air adhart le Shjzukuni Yata tràth anns na 1980n.B’ e sìol an teicneòlais seo lorg polymers giùlain leis an Ollamh Hideki Shirakawa agus a bhuidheann, agus dh’ fhaodar fhaicinn cuideachd gun do thòisich e bhon bhataraidh polyacetylene lithium ion a chaidh a leasachadh le Alan MacDiarmid agus Alan J. Heeger et al.
1982 - Godshall et al.Fhuair iad Patent na SA 4,340,652 airson a bhith a’ cleachdadh LiCoO2 mar chatodes ann am bataraidhean lithium, stèidhichte air Ph.D.tràchdas agus foillseachaidhean 1979.
1983 – Leasaich Mìcheal M. Thackeray, Pàdraig Brus, Uilleam Daibhidh, agus Iain Goodenough spinel manganese mar stuth catod le cosgais malairteach airson bataraidhean lithium-ion.
1985 - Chruinnich Akira Yoshino cealla prototype a’ cleachdadh stuth carbonaceous anns an gabhadh ions lithium a chuir a-steach mar aon dealan, agus lithium cobalt oxide (LiCoO2) mar an tè eile.Leasaich seo sàbhailteachd gu mòr.Leig LiCoO2 le cinneasachadh aig ìre gnìomhachais agus leig e leis a’ bhataraidh lithium-ion malairteach.
1989 – Lorg Arumugam Manthiram agus John B. Goodenough an clas polyanion de chatodes.Sheall iad gu bheil electrodan dearbhach anns a bheil polyanionan, me, sulfates, a’ toirt a-mach bholtaids nas àirde na ocsaidean air sgàth buaidh inductive an polyanion.Anns a 'chlas polyanion seo tha stuthan leithid lithium iarann ​​​​phosphate.

<ri leantainn...>