Was ist die Lithiumbatterie?

Was ist die Lithiumbatterie?

Lithiumbatterien lassen sich normalerweise in zwei Kategorien einteilen:

1. Lithiummetallbatterie: 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.

2. Lithium-Ionen-Batterie: Eine Lithium-Ionen-Batterie ist im Allgemeinen eine Batterie, die ein Lithiumlegierungsmetalloxid als positives Elektrodenmaterial, Graphit als negatives Elektrodenmaterial und einen nichtwässrigen Elektrolyten verwendet.

Obwohl die Lithiummetallbatterie eine hohe Energiedichte aufweist, kann sie theoretisch 3.860 Watt / kg erreichen. Da es jedoch nicht stabil genug ist und nicht aufgeladen werden kann, kann es nicht als Akku für den wiederholten Gebrauch verwendet werden. Lithium-Ionen-Batterien haben sich aufgrund ihrer Fähigkeit, wiederholt aufgeladen zu werden, als Hauptbatterie entwickelt. Aufgrund der Kombination verschiedener Elemente weist die Zusammensetzung des Kathodenmaterials jedoch eine Vielzahl von Leistungsunterschieden auf, was zu Streitigkeiten der Industrie auf dem Weg des Kathodenmaterials führt, sodass beide Seiten ihre eigenen Vor- und Nachteile haben.

Lithium-Ionen-Batterie: Eine Sekundärbatterie (wiederaufladbare Batterie) benötigt hauptsächlich Lithium-Ionen, die sich zwischen der positiven und der negativen Elektrode bewegen, um zu arbeiten. Während des Ladens und Entladens interkalierte und deinteralisierte Li + zwischen den beiden Elektroden: Beim Laden wurde Li + von der positiven Elektrode deinterkaliert und der Elektrolyt in die negative Elektrode eingebettet, und die negative Elektrode befindet sich in einem lithiumreichen Zustand;

Lithiumbatterien, klassifiziert in Lithiumbatterien und Lithiumionenbatterien. 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 japanische Sony Corporation entwickelte die Lithium-Ionen-Batterie erstmals 1990. Sie soll Lithiumionen in Kohlenstoff (Petrolkoks und Graphit) einfügen, 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. In Kohlenstoff eingebettete Lithiumionen, die die hohe Aktivität von Lithium überwinden und die Sicherheitsprobleme herkömmlicher Lithiumbatterien lösen. 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 wurde erwartet, dass Lithium-Ionen-Batterien im 21. Jahrhundert einen großen Markt einnehmen würden.

Die Reaktionsformel zum Laden und Entladen von Lithiumionen-Sekundärbatterien lautet LiCoO2 + C = Li1-xCoO2 + LixC [1]

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

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

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

(3) Lithiumionenpolymerbatterie: Ein Polymer, das zum Gelieren eines flüssigen organischen Lösungsmittels oder eines Vollfestelektrolyten verwendet wird, wird direkt verwendet. Lithium-Ionen-Batterien verwenden im Allgemeinen ein Kohlenstoffmaterial auf Graphitbasis als negative Elektrode.

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: Während der Entladung eingebettete Lithiumionen und während des Ladevorgangs deinterkalierte Lithiumionen. 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 Titanit 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

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