Lithium-Ionen-Batteriematerial

Dies sind einige der üblichen kommerziellen positiven und negativen Elektrodenmaterialien in Halbzellen mit Lithiumanoden. Kathoden verwenden entweder Oxide oder Phosphate, die Übergangsmetalle der ersten Reihe enthalten. Es gibt weniger Auswahlmöglichkeiten für Anoden, entweder Graphit oder Interkalationsverbindung lithiumtitanat. Spinell Diese Materialien sind sehr leicht, was zu hohen spezifischen Kapazitäten und Energiedichten führt

Kathodenmaterialien

Das Kathodenmaterial umfasst Lithiummetalloxide, Vanadiumoxide und wiederaufladbare Lithiumoxide. Kobalt- und Nickeloxide werden üblicherweise für Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Sie zeigen eine hohe Stabilität im Hochspannungsbereich, aber Kobalt ist in der Natur nur begrenzt verfügbar und giftig. Mischungen aus Kobalt, Nickel und Mangan werden verwendet, um die besten Ergebnisse zu kombinieren und die Nachteile zu minimieren.

Anodenmaterial

Anodenmaterialien sind Lithium, Graphit, Lithiumlegierungsmaterialien, intermetallisch oder Silizium. Kohlenstoffhaltige Anoden werden normalerweise aufgrund ihrer Verfügbarkeit verwendet. Legierungsanoden und intermetallische Verbindungen haben hohe Kapazitäten und zeigen einige dramatische Volumenänderungen. Silizium hat eine außergewöhnlich hohe Kapazität und sein Zyklusverhalten ist unbefriedigend.

Elektrolyte

Sie umfassen flüssige, polymere und feste Elektrolyte. Der flüssige Elektrolyt ist meist organisch.

Polymere Elektrolyte sind ionisch leitende Polymere, die üblicherweise in Verbundwerkstoffen mit Keramik gemischt werden, was zu höheren Leitfähigkeiten und Beständigkeit führt.

Festelektrolyte wie Lithiumionen leitende Kristalle und Keramikgläser; Sie zeigen schlechtere Niedertemperaturleistungen. Lithiumelektrolyt benötigt spezielle Abscheidungsbedingungen und Temperaturbehandlungen.

Trennzeichen

Separatormaterialien umfassen P.Arora und Z.Zhang. Sie trennen normalerweise die beiden Elektroden voneinander. Der Separator verfügt über eine Sicherheitsfunktion, die als thermische Abschaltung bei höheren Temperaturen bezeichnet wird. es schmilzt oder schließt seine Poren, um den Lithiumionentransport abzuschalten, ohne seine mechanische Stabilität zu verlieren.

Struktur der Lithium-Ionen-Batterie

Li-On-Batterien bestehen aus vier Hauptkomponenten: Kathode, Anode, Elektrolyt und Separator.

Kathode

Die Kathode wird hauptsächlich zur Bestimmung der Kapazität und Spannung eines li-ionen-akkus verwendet

Ein Lithiumion erzeugt Elektrizität durch eine chemische Reaktion von Lithium.

Lithium wird hauptsächlich in die Batterie eingesetzt. Lithium ist jedoch normalerweise in der Elementform instabil. Lithiumoxid wirkt als aktives Material, um in die Elektrodenreaktion des ursprünglichen Arrays einzugreifen. Dieses aktive Material besteht aus Lithiumionen, und ein leitfähiges Additiv wird hinzugefügt, um die Leitfähigkeit der Zelle zu erhöhen. Während das Bindemittel üblicherweise als Klebstoff wirkt. Die Kathode spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Eigenschaften der Batterie. Das aktive Material lernt die Kapazität und Spannung der Batterie. Je höher die Menge an Lithium ist, die Sie verwenden, desto signifikanter ist die Kapazität und die Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode.

Anode

Das aktive Material wird auch zur Beschichtung der Anode verwendet. Der vorhandene Inhalt der Anode besteht hauptsächlich darin, dass elektrischer Strom durch den externen Stromkreis fließt. Dies ermöglicht die reversible Absorption von Lithiumionen, die von der Kathode freigesetzt werden. Beim Laden werden Lithiumionen in der Anode gespeichert. Wenn zu diesem Zeitpunkt ein leitender Draht mit der Kathode und der Anode verbunden ist, fließen Lithiumionen auf natürliche Weise durch den Elektrolyten zur Kathode zurück, und die von den Lithiumionen getrennten Elektronen fließen entlang des Drahtes und erzeugen so Elektrizität.

Für die Anode wird Graphit mit einer stabilen Struktur verwendet, und das Anodensubstrat wird mit einem aktiven Material, einem leitfähigen Additiv und einem Bindemittel beschichtet.

Elektrolyt

Der Elektrolyt erlaubt nur die freie Bewegung von Ionen. Und es ist wichtig, um den Stromverbrauch in einer Batterie zu verbessern. Es dient als Medium, das nur den Fluss von Lithiumionen zwischen der Kathode und der Anode ermöglicht. Ein Elektrolyt wird hauptsächlich aus Materialien mit hoher Ionenleitfähigkeit hergestellt, damit sich Lithiumionen sehr schnell zurückbewegen können. Der Elektrolyt besteht aus Salzen, Lösungsmitteln und Additiven. Salze werden verwendet, um den Durchgang von Lithiumionen zu ermöglichen. Die Lösungen sind organisch und werden zum Auflösen der Salze und Additive verwendet. Auch die Geschwindigkeit der Ionen hängt von der Art des Elektrolyten ab.

Separator

Der Separator wirkt normalerweise als Barriere zwischen der Kathode und der Anode. Es verhindert die direkte Bewegung von Elektronen und lässt nur Ionen passieren. Welches muss alle physikalischen und elektrochemischen Bedingungen erfüllen. Wir haben synthetische wie Polyethylen und Polypropylen.

Wie man Lithium-Ionen-Batterien herstellt

Hier erfahren Sie Schritt für Schritt, wie Sie Lithium-Ionen-Batterien herstellen.

Elektrodenvorbereitung

In diesem Stadium werden die Materialien, die auf die Kathode und die Anode aufgetragen werden, gemischt.

Rollen aus rohem Aluminium werden in die Beschichtungsmaschine geladen.

Eine dünne Schicht aus Kohlenstoff- und Lithiummaterialien wird in großen quadratischen Schwaden auf die Metallendmaterialien aufgebracht.

Dann wird das Material durch einen Ofen geführt, um die Aufschlämmung auf dem Anschluss zu härten. Und dies wird kontinuierlich in zwei Leitungen durchgeführt, eine für die Anode und die andere für die Kathode. Der Endstreifen aus Kupfer mit in Quadraten gehärteter Kohlenstoffaufschlämmung kommt aus dem Ofen. Die Quadrate werden geschnitten und dann gefaltet, um in den nächsten Schritt zu gelangen. Dann zerschmettert die Maschine die Elektrode, wodurch die Blätter viel dünner werden.

Dann werden die großen Blätter in eine richtige Breite geschnitten.

Elektrodenerzeugung

Die Elektroden werden in die Maschinen aufgenommen, ein Terminal angebracht und auf die erforderliche Länge zugeschnitten.

Sobald der Anodentyp fertig ist, wird er mit einem Stapel der Kathode derselben Größe zusammengebracht. Und eine semipermeable Membran wird zwischen die Schichten eingefügt und viele Male zusammengefaltet. Zu diesem Zeitpunkt muss ein Bediener die beiden Elektroden hinzufügen und ausrichten.

Bildung eines Elektrolyten

Dann schneiden, formen und erzeugen die Maschinen das leicht flexible, aber schützende Gehäuse für die inneren Elektroden und das Elektrolytpolymer.

Die Elektroden werden dann zwischen das Produktivgehäuse eingeführt und an den drei Seiten zusammengeschweißt. Die vier Seiten bleiben zum Spritzen im Elektrolyten offen.

In einer gut kontrollierten Umgebung wird der Elektrolyt in die Zelle gepumpt, während Feuchtigkeit und Temperatur kontrolliert werden.

Schließlich wird thermisch geschweißt, damit die Batterie den Elektrolyten enthält und die Batterie abdichtet.

Aufladen

Einmal versiegelt, kann es jetzt als Batterie bezeichnet werden. Der erste Ladevorgang ist abgeschlossen. Das Vorhandensein eines kleinen Flügels an der Batterie dient zum Sammeln von Elektrolyt oder Gas, das während dieses ersten Zyklus möglicherweise herausgedrückt wurde.

Nachdem ihre erste Ladung abgeschlossen ist, werden die Zellen stark komprimiert, um verbleibende Luft aus den Zellen zu entfernen.

Batterietest

Schließlich ist die Batterie zur Verwendung mit einem Batterie-Quetschtester bereit, der eine Zelle nimmt und die Seiten seitlich zusammendrückt.