Lithium-Ionen-Batterieanoden- und Kathodenmaterialien

In jeder Batterie gibt es zwei Elektroden, die für die chemische Reaktion verantwortlich sind, die Energie liefert. Die Elektrode, die für die Freisetzung von Elektronen während der Entladung der Batterie verantwortlich ist, wird als Kathode bezeichnet. Die Elektrode, die für die Absorption der während der Entladung freigesetzten Elektronen verantwortlich ist, wird als Anode bezeichnet. In einer Batterie ist die Kathode immer die negative Elektrode, während die Anode immer die positive Elektrode ist.

In der Anode und der Kathode in der Li-Ionen-Batterie werden Lithiumionen gespeichert. Der Elektrolyt in der Batterie transportiert die positiv geladenen Lithiumionen während des Entlade- und Ladevorgangs von der Kathode zur Anode und umgekehrt. Diese Bewegung der Lithiumionen erzeugt freie Elektronen in der Kathode, die wiederum eine positive Ladung am positiven Stromkollektor erzeugen. Danach fließt der elektrische Strom vom Stromkollektor zum negativen Stromkollektor und betreibt dabei Ihr Gerät.

Welche Materialien werden für Anode und Kathode verwendet?

Die Kathode

Die meisten Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Graphit als Material. Der in der Kathode verwendete Graphit wird entweder synthetisch hergestellt, was als künstlicher Graphit bezeichnet wird, oder aus der Erde gewonnen, was als natürlicher Graphit bezeichnet wird. Der Graphit wird dann verarbeitet, bevor er auf einer Kupferfolie verwendet wird, die als Kathode in der Li-Ionen-Batterie dient.

Lithium wird als Ionensalz verwendet, das im Elektrolyten der Li-Ionen-Batterien gelöst ist. Lithium kann jedoch auch in einigen Batterien als Material für die Kathode selbst verwendet werden.

In den Li-Ionen-Batterien muss das Kathodenmaterial einige Anforderungen erfüllen, wie:

· Das Material muss eine gute Leitfähigkeit und Porosität aufweisen.

· Es sollte leicht und langlebig sein.

· Es muss kostengünstig sein, Batterien billig zu halten.

· Das Material muss mit der Spannung der Anode der Batterie übereinstimmen.

Die Anode

Es gibt mehr als eine Materialoption, die bei der Herstellung der Anode des li-ionen-akkus verwendet wird. Das in der Anode der Li-Ionen-Batterien verwendete Material muss von extremer Reinheit sein und darf keine unerwünschten Metallverunreinigungen enthalten. Die Anode in den Li-Ionen-Batterien ist eine Mischung aus Lithium und anderen Metallen. Während das Kathodenmaterial in der Li-Ionen-Batterie gut optimiert ist, ist das Anodenmaterial offen für Verbesserungen, und die heutigen Forschungen konzentrieren sich auf diesen speziellen Bereich.

Die Anode der Li-Ionen-Batterien hat aktive Materialien. Es besteht aus Kobalt, Nickel und Mangan in einer Kristallstruktur, die ein Multimetalloxidmaterial bildet. Im letzten Schritt wird dann Lithium zu der Mischung gegeben.

Warum ist Lithium eine gute Wahl für die Anode einer Batterie?

Beim Entwurf der Kathode in der Li-Ionen-Batterie ist die Verwendung von Material mit hoher Kapazität ein entscheidender Faktor für den Entwurfsaspekt. Deshalb sind Alkalimetalle die Wahl. Darüber hinaus müssen die für die Anode der Li-Ionen-Batterien verwendeten Materialien einen hohen Energiegehalt aufweisen. Lithium ist jetzt die bevorzugte Wahl für die Verwendung als Kathode der Li-Ionen-Batterien. Es sind die meisten Alkalimaterialien, die mit Sorgfalt leicht zu handhaben sind. Es ist das leichteste und elektropositivste Metall in der Familie der Alkalimetalle. Lithium hat aufgrund seiner geringen Dichte auch den höchsten spezifischen Kapazitätswert.

All dies machte Lithium zur perfekten Wahl als Material für die Anode. Darüber hinaus bietet die Verwendung von Lithium als Kathode einige weitere Vorteile:

· Lithium ist ein gutes Reduktionsmittel.

· Eine höhere Spannung kann erhalten werden.

· Hohe Energiedichte und elektrochemische Äquivalenz hohe Kapazität.

· Lithium ist ein gut leitendes Mittel.

· Lithium hat eine hervorragende mechanische Stabilität.

· Lithium ist leicht herzustellen und herzustellen.

Wie wählt man bessere Anoden- und Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien?

Die Kathodenmaterialien

Die am häufigsten verwendeten Materialien für die Anode der Li-Ionen-Batterien sind Materialien auf der Basis von Kohlenstoff- und Lithiumlegierungen. Um Sicherheitsprobleme zu vermeiden, wird empfohlen, die Interkalationselektrode mit minimalem Potenzial zu verwenden. Die in dieser Legierung vorhandenen Elemente machen das eingeführte Lithium gegenüber dem Elektrolyten weniger reaktiv. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung dieser Legierung die Verwendung von weniger Lithium in der Batterie, was sie wiederum sicherer macht, da weniger Lithium weniger Reaktivität bedeutet, was zu weniger Brandgefahr führt.

Bei der Auswahl des Materials für die Kathode in den Li-Ionen-Batterien muss das Material eine gute Leitfähigkeit und Porosität aufweisen, weshalb Graphit aufgrund seiner Molekülstruktur, die zu diesem Profil passt, eine bevorzugte Wahl ist. Es muss auch langlebig und leicht sein. Darüber hinaus muss das Material mit der Spannung der Anode in derselben Batterie übereinstimmen.

Die Kosten spielen auch bei der Auswahl des Materials für die Kathode eine große Rolle. Das Material sollte kostengünstig sein, damit der Hersteller sicherstellen kann, dass die Batterie weniger kostet und problemlos auf dem Markt verkauft werden kann.

Die Anodenmaterialien

Die Anode in den Li-Ionen-Batterien ist die aktivste Elektrode in der Batterie. Das Anodenmaterial hängt vollständig von der Li-Ionen-Batterie und ihrer Anwendung ab. Die Anode muss nicht lithiiert werden, da das Lithiummetall als negative Elektrode fungiert. In Li-Ionen-Batterien muss die positive Elektrode - Terminal - als Lithiumquelle fungieren, da die Kohlenstoffelektrode, die als negative Elektrode fungiert, kein Lithium enthält. Aus diesem Grund sind bei der Auswahl von Anodenmaterialien die häufigsten Materialien:

· Lithium-Mangan-Spinelle (Li-Mn-O)

· Lithiummetalloxide.

Olivine (LiFePO4)