Wie man eine Lithiumbatterie herstellt?

Wir alle wissen, dass die Welt mit Lithiumbatterien betrieben wird. Und die Lithium-Technologie hat unser Leben sicherlich einfacher denn je gemacht. Von Laptops bis zu den Smartphones, die wir verwenden, und sogar die Fahrzeuge haben heutzutage Lithiumbatterien, die auf intelligenteste Weise infundiert wurden. Die Vorteile dieser Batterien überwiegen die Risiken, und dies ist der Hauptgrund, warum sie auf dem Batteriemarkt ganz oben stehen.

Hier werden wir also diskutieren, wie die Lithiumbatterie hergestellt wird. In den Batterien werden viele Materialien verwendet, und wir werden sie zusammen mit der Funktionsweise dieser Batterien im Detail untersuchen. Lasst uns beginnen.

Wie wird eine Lithiumbatterie hergestellt?

Um die Funktionsweise der Lithiumbatterie zu verstehen, müssen Sie wissen, dass das System viele Komponenten enthält. Von Anode zu Kathode, von Formen zu Elektrochemie steckt hinter der von uns verwendeten Batterie eine tiefere Wissenschaft.

Eine typische Batterie besteht aus Anode, Kathode, Separator, Elektrolyt und zwei Stromkollektoren. Das Lithiumelement ist auf beiden Seiten gespeichert, dh Anode und Kathode. Der Elektrolyt hilft den positiv geladenen Lithiumionen, sich von Anode zu Kathode und umgekehrt zu bewegen. Während sich die Ionen zwischen den Elektroden bewegen, werden an der Anode freie Elektronen erzeugt, die für die Induktion der Ladung am positiven Stromkollektor verantwortlich sind. Und es ist der Stromkollektor, der für den Stromfluss verantwortlich ist. Der Separator hat die Aufgabe, den Elektronenfluss in der Batterie zu blockieren, um einen Kurzschluss zu verhindern.

Aus welchen Materialien wird eine Lithiumbatterie hergestellt?

Da Sie jetzt die Grundidee einer Lithiumbatterie verstehen, ist es Zeit, etwas tiefer zu graben. Die 4 Hauptkomponenten, die die verschiedenen Materialien enthalten, werden unten erläutert.

1: Kathodenmaterialien:

Das am besten geeignete Kathodenmaterial für Batterien sind Lithiummetalloxide wie LiCoO2, Li (NixMnyCoz) O2, Olivine, LiMn2O4 und einige andere wiederaufladbare Lithiumoxide. Derzeit werden die Schichtoxide, die Kobalt und Nickel enthalten, für die Lithium-Ionen-Batterien untersucht. Dies ist auf die Stabilität von Kobalt in Hochspannungsbereichen zurückzuführen. Kobalt ist jedoch giftig und nur begrenzt verfügbar.

Mangan wird üblicherweise aufgrund der kostengünstigen Substitution und des hohen thermischen Schwellenwerts des Elements verwendet. Für bessere Ergebnisse wird die Kombination von Mangan, Kobalt und Nickel verwendet, um die besten Eigenschaften zu erzielen und die Nachteile zu überwinden.

2: Anodenmaterialien:

Die gebräuchlichsten Anodenmaterialien für Lithiumbatterien sind Lithium, Lithiumlegierungen, Graphit, Silizium und einige andere Kohlenstoffverbindungen. Lithium ist ein einfaches Material, mit dem jedoch mehrere Probleme verbunden sind. Das zyklische Verhalten von Lithium und dendritischem Wachstum ist für die Batterie gefährlich. Daher werden kohlenstoffhaltige Materialien für Lithiumbatterien am meisten bevorzugt, da sie leicht verfügbar und kostengünstig sind. Natürlich ist die Kapazität des Akkus beeinträchtigt, aber die Wissenschaftler versuchen immer noch, die beste Mischung zu finden, die die Nachteile beseitigt, und wir erzielen die besten Ergebnisse.

3: Elektrolytmaterial:

Für den Elektrolyten benötigt eine Lithiumbatterie einen Elektrolyten, der robust ist und der hohen Temperatur und der vorhandenen Spannung standhält. Gleichzeitig sollte der Elektrolyt eine lange Haltbarkeit besitzen und gleichzeitig die Mobilität von Lithiumionen aufrechterhalten. Daher werden Flüssig-, Polymer- und Festkörperelektrolyte verwendet. Der organische und lösungsmittelbasierte Elektrolyt ist die beste Wahl für die Lithiumbatterie. Es enthält LiBC4O8 (LiBOB), LiPF6, Li [PF3 (C2F5) 3] und einige ähnliche Verbindungen. Bei der Auswahl des Elektrolyten müssen wir die Entflammbarkeit der Lösungsmittel zusammen mit den möglichen thermischen Durchlaufbedingungen berücksichtigen. Und so wird der Elektrolyt bestimmt.

4: Trennzeichen:

Es ist das Material, das die beiden Elektroden voneinander trennt, um den Kurzschluss der Lithiumbatterie zu verhindern. Wenn der verwendete Elektrolyt flüssig ist, wird ein Schaumabscheider verwendet, um den Elektrolyten an seinem Platz zu halten. Der verwendete Abscheider muss ein elektronischer Isolator sein und einen minimalen Widerstand für den Elektrolyten aufweisen. Maximale mechanische Stabilität, chemische Beständigkeit gegen Zersetzung usw. sind einige gemeinsame Eigenschaften, die der Separator haben muss.

Eine gute Sache für die Batterien, die Festkörperelektrolyte und einige Polymerelektrolyte verwendeten, ist, dass sie kein Separatormaterial benötigen.

Wie funktioniert ein Lithium-Ionen-Akku?

Wie bei jedem anderen Akku funktioniert auch bei einem Lithium-Ionen-Akku ähnlich. Die Grundkomponente der Batterien ist die Stromerzeugungskomponente, die als Zelle bezeichnet wird. Jede Zelle enthält drei wesentliche Komponenten, eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen chemischen Elektrolyten. Wie der Name schon sagt, ist die positive Elektrode mit dem positiven Anschluss der Batterie und die negative Elektrode mit dem negativen Anschluss verbunden.

Die Arbeit der Batterien ist ziemlich einfach. Während des Ladens gibt die positive Elektrode einige Lithiumionen ab und sie bewegen sich durch die Elektrode, um das negative Ion zu erreichen. Dann werden die Ionen an der negativen Elektrode gespeichert. Sobald die maximalen Ionen auf der negativen Seite gespeichert sind, wird der Akku vollständig aufgeladen. Während des Entladevorgangs wandern die Lithiumionen zurück zur positiven Elektrode und setzen Energie frei, die die Batterie antreibt.

Die Bewegung von Ionen und Elektronen ist ein miteinander verbundener Prozess. Beides geht Hand in Hand. Wenn sich die Ionen nicht mehr bewegen, weil die Batterie vollständig entladen ist, wird auch der Elektronenfluss im äußeren Kreislauf unterbrochen. Das gleiche passiert, wenn Sie das Gerät ausschalten, das der Akku mit Strom versorgt. Die Bewegung der Ionen wird angehalten und die Batterie entlädt sich nicht mehr mit hoher Geschwindigkeit. Der Entladevorgang wird jedoch sehr langsam fortgesetzt, selbst wenn das Gerät keinen Strom mehr verbraucht.

Das beste Merkmal von Lithium-Ionen-Batterien sind ihre elektronischen Controller. Diese Steuerungen regeln, wie die Batterien geladen und entladen werden. Dies schützt vor Überladung und Überhitzung der Batterien und verhindert, dass diese unter unglücklichen Umständen explodieren.

Wie Sie sehen können, ist die Batteriechemie nicht so kompliziert, wie es sich anhört. Es gibt jedoch viele Aspekte der Lithiumbatterien, die nur von Experten behandelt werden können. Wenn Sie also eines Tages versuchen, eine Lithiumbatterie zu entwerfen, befolgen Sie alle Vorsichts- und Sicherheitsmaßnahmen.