Geschichte der Lithiumbatterien

In den frühen 1970er Jahren wurden die Forschungsarbeiten zu Lithium-Ionen-Batterien aufgrund der Energiekrise gefördert. Li- oder Li-Al-Legierungen wurden als Anodenmaterialien verwendet, einschließlich Li / MnO 2, Li / I 2, Li / SOCl 2, Li / FeS 2 usw. Lithium-Primärbatterien sind nacheinander aufgetreten. 1970 erhielt die Panasonic Corporation of Japan in den USA ein Patent für Li / (CF) n-Batterien. Während des Entladevorgangs wurde (CF) n unter Bildung von C und LiF lithiiert, und die Reaktion war nicht reversibel, so dass die Lithium-Primärbatterie zu diesem Zeitpunkt eine Einwegbatterie ist. 1977 entwarf Sanyo, der weltweit größte hersteller von lithium-ionen-batterien, die Li / MnO2-Batterie, die sofort auf den solarbetriebenen wiederaufladbaren elektronischen Taschenrechner des Unternehmens angewendet wurde. Bei den ersten Untersuchungen konzentrierten sich General Motors (GM) und das Argonne National Laboratory (ANL) in den USA auf Lithium-Ionen-Batteriesysteme, bei denen geschmolzene Salze als Elektrolyte verwendet wurden. Das Rohmaterial des Pols ist Lithium und Schwefel in geschmolzenem Zustand, und der Elektrolyt wird mit einem gemischten Lithiumsalz wie LiCl oder KCl geschmolzen. Die Batterie für geschmolzenes Salzelektrolyt benötigt beim Arbeiten eine hohe Temperatur von 45 ° C. Solche Batterien können jedoch keine Umweltschäden während des Gebrauchs unterdrücken, und die Kapazität wird schnell verschlechtert. In der nächsten Studie gaben die Forscher Lithium und Schwefel auf und wechselten zu Lithiumaluminiumlegierung (LiAl) und Eisensulfid (FeS und FeS2), obwohl dies die Zyklusleistung verbesserte, jedoch aufgrund der organischen Elektrolyt-Lithium-Ionen-Batterie. Die rasante Entwicklung der Forschung Die Arbeiten an geschmolzenen Hochtemperatur-Lithium-Ionen-Batterien um 1990 sind im Grunde genommen beendet.

Die wahre Bedeutung von Lithium-Ionen-Batterien wurde erstmals 1976 von Whittingham von Exxon vorgeschlagen. Die sogenannte Lithium-Ionen-Batterie bedeutet, dass sich kein elementares Lithium in der Batterie befindet. Die Lithiumquelle sind Lithiumionenverbindungen. Whittingham fand heraus, dass geschichtetes TiS2 bei Raumtemperatur elektrochemisch mit metallischem Lithium reagieren und erstmals organische energiespeicher- und Insertionsreaktionen kombinieren kann. Der Li / TiS2-akku hat eine Betriebsspannung von ca. 2 V und die Zyklusleistung ist sehr gut. In 1000 Zyklen beträgt die Kapazitätsdämpfung nur 0,05% / Zeit. Exxon wurde 1977 auf dem Markt eingeführt, wobei LiAl-Legierungen anstelle von metallischem Lithium als negative Elektrode für Lithium-Ionen-Batterien für Uhren und kleine elektronische Geräte verwendet wurden. Danach erscheinen nacheinander Verbindungen, die reversibel mit Lithium entkoppelt werden können, dargestellt durch VSe2, MoO3, CuTi2S4, V2O5, V6O3 und LiV3O8. 1980 setzte MoliEnergy of Canada 1 Mol Lithium chemisch in 1 Mol MoS2 ein, um LiMoS2 zu bilden, um die Leistung des elektrochemischen Zyklus von MoS2 zu verbessern und es zu industrialisieren. Dies kommt auch dem Prototyp moderner Lithium-Ionen-Batterien am nächsten.

Nach den 1980er Jahren gelang der Forschung an Lithium-Ionen-Batterien ein Durchbruch: 1980 stellte die Goodenough-Gruppe LiCoO2-Kathodenmaterialien her; 1981 verwendeten Bell Labs Graphit für Anodenmaterialien von Lithium-Ionen-Batterien. 1983 stellte die Goodenough-Gruppe das positive Elektrodenmaterial LiMn2O4 her; 1989 berichteten Manthiram und Goodenough, dass der Induktionseffekt von Polyanionen (wie SO42-) die Arbeitsspannung von Metalloxiden verbessern kann; 1990 wird Sonys kommerzieller Lithium-Ionen-Sekundärakku (C / LiCoO2) zu einem echten lithium-ionen-akku. Eine Lithium-Sekundärbatterie mit einem graphitierten Kohlenstoffmaterial als negative Elektrode wird realisiert, und ihre Zusammensetzung ist: Lithium und ein Übergangsmetallverbundoxid / Elektrolyt / graphitiertes Kohlenstoffmaterial. 1994 stellten Tarascon und Guyomard ein Elektrolytsystem auf der Basis von Ethylencarbonat und Dimethylcarbonat her. 1997 berichtete Goodenough über ein Kathodenmaterial, LiFePO4. Zu diesem Zeitpunkt ist die Lithium-Ionen-Batterie vollständig ausgebildet.

Da die Potentialdifferenz zwischen dem Metalllithium und dem graphitierten Kohlenstoffmaterial und der Lithium-Interkalationsverbindung LiC6 weniger als 0,3 V beträgt, kann das negative Elektrodenmaterial der wiederaufladbaren Lithiumionenbatterie ohne Lithiummetall verwendet werden. Während des Ladens der sekundären Lithiumionenbatterie tritt Lithium zuerst in den Graphit ein. Im Graphit wird Lithium in den interlaminaren Räumen in der Mitte der Schichtstruktur gespeichert, und der nachfolgende Entladungsprozess wird durch die Schichten deinterkaliert. Diese Methode hat eine gute Reversibilität, so dass dieser Weg wiederaufladbar ist. Die Leistung des Lithium-Ionen-Batteriezyklus wurde verbessert. Darüber hinaus ist das Kohlenstoffmaterial kostengünstig, ungiftig und weist einen relativ stabilen Entladungszustand in der Luft auf. Es kann nicht nur das leistungsfreie Metalllithium verwenden, sondern auch die Erzeugung von Lithiumkristallverzweigungen verhindern, und die Lebensdauer wurde erheblich verbessert. Die grundlegende Verbesserung der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien wird grundlegend verbessert.

Die Seite enthält den Inhalt der maschinellen Übersetzung.