Lithium-Ionen-Batterien funktionieren prinzipiell

Lithium-Ionen-Batterie: Es handelt sich um eine Sekundärbatterie (wiederaufladbare Batterie), bei der hauptsächlich Lithium-Ionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode arbeiten. Während des Ladens und Entladens wird Li + zwischen den beiden Elektroden interkaliert und deinterkaliert: Beim Laden wird Li + von der positiven Elektrode deinterkaliert, und der Elektrolyt wird in die negative Elektrode eingebettet, und die negative Elektrode befindet sich in einem lithiumreichen Zustand.

Lithiumbatterien werden in Lithiumbatterien und Lithiumionenbatterien eingeteilt. Sowohl Mobiltelefone als auch Laptops verwenden Lithium-Ionen-Batterien, die üblicherweise als lithium-batterien bezeichnet werden. Die Batterie verwendet im Allgemeinen ein lithiumhaltiges Material als Elektrode und ist repräsentativ für moderne hochleistungsbatterien. Echte Lithiumbatterien werden in der alltäglichen Elektronik aufgrund ihres hohen Risikos selten verwendet.

Die Lithium-Ionen-Batterie wurde erstmals 1990 von der Sony Corporation of Japan entwickelt. Sie dient dazu, Lithiumionen in Kohlenstoff (Petrolkoks und Graphit) einzufügen, um eine negative Elektrode zu bilden (Lithium für Lithiumbatterien oder Lithiumlegierungen für herkömmliche Lithiumbatterien). Das positive Elektrodenmaterial wird üblicherweise für LixCoO2, LixNiO2 und LixMnO4 und LiPF6 + Diethylencarbonat (EC) + Dimethylcarbonat (DMC) für den Elektrolyten verwendet.

Petrolkoks und Graphit als ungiftige Materialien sind ungiftig und verfügen über ausreichende Ressourcen. Lithiumionen sind in Kohlenstoff eingebettet, der die hohe Aktivität von Lithium überwindet und die Sicherheitsprobleme herkömmlicher Lithiumbatterien löst. Das positive LixCoO2 kann die Lade- und Entladeleistung und -lebensdauer erreichen. Je höher der Pegel, desto niedriger die Kosten und die Gesamtleistung des lithium-ionen-akkus wird verbessert. Es wird erwartet, dass Lithium-Ionen-Batterien im 21. Jahrhundert einen großen Markt einnehmen werden.

Die Reaktionsformel zum Laden und Entladen von Lithiumionen-Sekundärbatterien lautet LiCoO2 + C = Li1-xCoO2 + LixC

Lithium-Ionen-Batterien können leicht mit den folgenden zwei Arten von Batterien verwechselt werden:

(1) Lithiumbatterie: Metalllithium wird als negative Elektrode verwendet.

(2) Lithium-Ionen-Batterie: Es wird ein nichtwässriger flüssiger organischer Elektrolyt verwendet.

(3) Lithiumionenpolymerbatterie: Ein Polymer wird verwendet, um ein flüssiges organisches Lösungsmittel zu gelieren, oder ein Vollfestelektrolyt wird direkt verwendet. Lithium-Ionen-Batterien verwenden im Allgemeinen ein Kohlenstoffmaterial auf Graphitbasis als negative Elektrode.

Die Lithiumionenbatterie verwendet ein Kohlenstoffmaterial als negative Elektrode und eine lithiumhaltige Verbindung als positive Elektrode, und es existiert kein Lithiummetall und nur Lithiumionen. Eine Lithiumionenbatterie ist ein allgemeiner Begriff für eine Batterie, bei der eine Lithiumioneninterkalationsverbindung als positives Elektrodenmaterial verwendet wird. Der Lade- und Entladevorgang einer Lithiumionenbatterie ist ein Vorgang zum Interkalieren und Deinterkalieren von Lithiumionen. Bei der Interkalation und Deinterkalation von Lithiumionen, gleichzeitiger Insertion und Deinterkalation äquivalenter Elektronen mit Lithiumionen (üblicherweise als Einbettung oder Deinterkalation der positiven Elektrode und Insertion oder Deinterkalation der negativen Elektrode bezeichnet). Während des Ladens und Entladens werden Lithiumionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode interkaliert / deinterkaliert und eingefügt / deinterkaliert und treffend als "Schaukelstuhlbatterien" bezeichnet.

Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe Energiedichte und eine hohe durchschnittliche Ausgangsspannung. Die Selbstentladung ist gering und beträgt weniger als 10% pro Monat. Es gibt keinen Memory-Effekt. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -20 ° C und 60 ° C. Hervorragende Zyklusleistung, schnelles Laden und Entladen, Ladeeffizienz bis zu 100% und hohe Ausgangsleistung. Lange andauernd. Ohne Umweltverschmutzung spricht man von einer grünen Batterie.

Eine "Lithiumbatterie" ist ein Batterietyp, der ein Lithiummetall oder eine Lithiumlegierung als negatives Elektrodenmaterial und eine nichtwässrige Elektrolytlösung verwendet. Lithium-Metall-Batterien wurden erstmals 1912 von Gilbert N. Lewis vorgeschlagen und untersucht. In den 1970er Jahren schlug MS Whittingham Lithium-Ionen-Batterien vor und begann mit deren Erforschung. Aufgrund der sehr aktiven chemischen Eigenschaften von Lithiummetall sind die Verarbeitung, Lagerung und Verwendung von Lithiummetall sehr anspruchsvoll für die Umwelt. Daher werden Lithiumbatterien seit langem nicht mehr verwendet. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie sind Lithiumbatterien zum Mainstream geworden.

Lithiumbatterien können grob in zwei Kategorien unterteilt werden: Lithiummetallbatterien und Lithiumionenbatterien. Lithium-Ionen-Batterien enthalten kein metallisches Lithium und sind wiederaufladbar. Die Lithium-Metall-Batterie der fünften Generation mit wiederaufladbaren Batterien wurde 1996 geboren. Sicherheit, spezifische Kapazität, Selbstentladungsrate und Leistungspreisverhältnis sind besser als bei Lithium-Ionen-Batterien. Aufgrund der hohen technischen Anforderungen stellen nur wenige Unternehmen im Land solche Lithium-Metall-Batterien her.

Lithium-Metall-Batterie:

Eine Lithiummetallbatterie ist im Allgemeinen eine Batterie, die Mangandioxid als positives Elektrodenmaterial, metallisches Lithium oder ein Legierungsmetall davon als negatives Elektrodenmaterial und eine nichtwässrige Elektrolytlösung verwendet.

Grundprinzip der Lithiumbatterie

Grundprinzip der Lithiumbatterie

Entladungsreaktion: Li + MnO2 = LiMnO2

litium-ionen-batterie:

Eine Lithiumionenbatterie ist im Allgemeinen eine Batterie, die ein Metalloxid aus einer Lithiumlegierung als positives Elektrodenmaterial, Graphit als negatives Elektrodenmaterial und einen nichtwässrigen Elektrolyten verwendet.

Die Reaktion, die an der geladenen positiven Elektrode auftritt, ist

LiCoO2 == Li (1-x) CoO2 + XLi ++ Xe- (Elektron)

Die an der ladenden negativen Elektrode ablaufende Reaktion ist

6C + XLi ++ Xe- = LixC6

Gesamtreaktion des Akkus: LiCoO2 + 6C = Li (1-x) CoO2 + LixC6

Positiv

Kathodenmaterial: Es gibt viele optionale Kathodenmaterialien, und die meisten gängigen Produkte verwenden Lithiumeisenphosphat. Verschiedene Kathodenmaterialvergleiche:

LiCoO2

3,7V

140 mAh / g

Li2Mn2O4

4,0V

100 mAh / g

LiFePO4

3,3V

100 mAh / g

Li2FePO4F

3,6V

115 mAh / g

Positive Elektrodenreaktion: Lithiumionen werden während der Entladung eingebettet und Lithiumionen werden während des Ladens deinterkaliert. Beim Laden: LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi ++ xe-Entladung: Li1-xFePO4 + xLi ++ xe- → LiFePO4.

Negative Elektrode

Anodenmaterial: Meist wird Graphit verwendet. Neue Forschungen haben ergeben, dass Titanat ein besseres Material sein kann.

Negative Elektrodenreaktion: Lithiumionen werden während der Entladung deinterkaliert und Lithiumionen werden während des Ladens eingebettet.

Beim Laden: xLi ++ xe- + 6C → LixC6

Beim Entladen: LixC6 → xLi ++ xe- + 6C

Lithiumbatterien wurden erstmals in Herzschrittmachern eingesetzt. Die Lithiumbatterie hat eine sehr niedrige Selbstentladungsrate und eine flache Entladespannung, so dass der im menschlichen Körper implantierte Schrittmacher lange Zeit ohne Aufladen arbeiten kann. Lithiumbatterien haben im Allgemeinen eine Nennspannung von mehr als 3,0 Volt, wodurch sie sich besser für die Verwendung als Netzteile mit integrierten Schaltkreisen eignen. Mangandioxidbatterien werden häufig in Taschenrechnern, Digitalkameras und Uhren verwendet.

Um exzellentere Sorten zu entwickeln, wurden verschiedene Materialien untersucht, um ein beispielloses Produkt zu schaffen.

1992 entwickelte Sony erfolgreich Lithium-Ionen-Batterien. Seine Praktikabilität hat das Gewicht und das Volumen von tragbaren elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen, Notebooks und Taschenrechnern erheblich reduziert.

Die Seite enthält den Inhalt der maschinellen Übersetzung.