Eng Lithium-Ion Batterie oder Li-Ion Batterie (ofgekierzt als LIB) ass eng Zort nofëllbar Batterie.Lithium-Ion Batterien ginn allgemeng fir portable Elektronik an elektresch Gefierer benotzt a wuessen a Popularitéit fir Militär- a Raumfaartapplikatiounen.E Prototyp Li-Ion Batterie gouf vum Akira Yoshino am Joer 1985 entwéckelt, baséiert op fréier Fuerschung vum John Goodenough, M. Stanley Whittingham, Rachid Yazami a Koichi Mizushima an den 1970er-1980er Joren, an duerno gouf eng kommerziell Li-Ion Batterie entwéckelt vun engem Sony an Asahi Kasei Team gefouert vum Yoshio Nishi am Joer 1991. Am Joer 2019 gouf den Nobelpräis an der Chimie un de Yoshino, Goodenough a Whittingham "fir d'Entwécklung vu Lithium-Ionbatterien" kritt.

An de Batterien réckelen Lithium-Ionen vun der negativer Elektrode duerch en Elektrolyt op déi positiv Elektrode wärend der Entladung, an zréck beim Laden.Li-Ion Batterien benotzen eng interkaléiert Lithiumverbindung als Material op der positiver Elektrode an typesch Grafit op der negativer Elektrode.D'Batterien hunn eng héich Energie Dicht, kee Gedächtnis Effekt (ausser LFP Zellen) an niddereg Self-Offall.Si kënnen awer eng Sécherheetsgefor sinn, well se brennbar Elektrolyte enthalen, a wa se beschiedegt oder falsch gelueden sinn, kënnen zu Explosiounen a Bränn féieren.Samsung war gezwongen d'Galaxie Note 7 Handyen no Lithium-Ion Bränn ze erënneren, an et goufen e puer Tëschefäll mat Batterien op Boeing 787s.

Chimie, Leeschtung, Käschten a Sécherheet Charakteristiken variéieren iwwer LIB Zorte.Handheld Elektronik benotzt meeschtens Lithium-Polymer-Batterien (mat engem Polymergel als Elektrolyt) mat Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2) als Kathodematerial, wat eng héich Energiedicht bitt, awer Sécherheetsrisiken stellt, besonnesch wann se beschiedegt sinn.Lithium Eisenphosphat (LiFePO4), Lithium Manganoxid (LiMn2O4, Li2MnO3 oder LMO), a Lithium Nickel Mangan Kobaltoxid (LiNiMnCoO2 oder NMC) bidden méi niddereg Energiedicht awer méi laang Liewen a manner Wahrscheinlechkeet vu Feier oder Explosioun.Esou Batterie gi wäit benotzt fir elektresch Tools, medizinescht Ausrüstung an aner Rollen.NMC a seng Derivate gi wäit an elektresche Gefierer benotzt.

Fuerschungsberäicher fir Lithium-Ion Batterien enthalen d'Liewensdauer verlängeren, d'Energiedicht erhéijen, d'Sécherheet verbesseren, d'Käschte reduzéieren an d'Ladegeschwindegkeet erhéijen, ënner anerem.Fuerschung ass amgaang am Beräich vun net-brennbaren Elektrolyte als Wee fir erhéicht Sécherheet baséiert op der Brennbarkeet an der Volatilitéit vun den organeschen Léisungsmëttelen, déi am typeschen Elektrolyt benotzt ginn.Strategien enthalen wässerlech Lithium-Ion Batterien, Keramik zolidd Elektrolyte, Polymer Elektrolyte, ionesche Flëssegkeeten, a schwéier fluoréiert Systemer.

Batterie versus Zell

Eng Zell ass eng Basis elektrochemesch Eenheet déi Elektroden, Separator an Elektrolyt enthält.

Eng Batterie oder Batteriepack ass eng Sammlung vun Zellen oder Zellversammlungen, mat Wunnengen, elektresche Verbindungen, a méiglecherweis Elektronik fir Kontroll a Schutz.

Anode- a Kathodeelektroden
Fir nofëllbar Zellen bezeechent de Begrëff Anode (oder negativ Elektrode) d'Elektrode wou d'Oxidatioun während dem Entladungszyklus stattfënnt;déi aner Elektrode ass d'Kathode (oder d'positiv Elektrode).Wärend dem Ladungszyklus gëtt déi positiv Elektrode d'Anode an déi negativ Elektrode gëtt d'Kathode.Fir déi meescht Lithium-Ionzellen ass d'Lithiumoxidelektrode déi positiv Elektrode;fir titanate Lithium-Ion Zellen (LTO), der Lithium-Oxid Elektrode ass déi negativ Elektrode.

Geschicht

Hannergrond

Varta Lithium-Ion Batterie, Museum Autovision, Altlussheim, Däitschland
Lithium Batterie goufe vum britesche Chemiker a Co-Empfänger vum 2019 Nobelpräis fir Chimie M. Stanley Whittingham proposéiert, elo op der Binghamton University, wärend hien an den 1970er fir Exxon geschafft huet.Whittingham huet Titan (IV) Sulfid a Lithiummetall als Elektroden benotzt.Wéi och ëmmer, dës nofëllbar Lithium Batterie konnt ni praktesch gemaach ginn.Titandisulfid war e schlechte Choix, well et muss ënner komplett zouene Bedéngungen synthetiséiert ginn, och zimlech deier (~ $ 1.000 pro Kilogramm fir Titan Disulfid Rohmaterial an de 1970er).Wann d'Loft ausgesat ass, reagéiert Titan Disulfid fir Waasserstoffsulfidverbindungen ze bilden, déi en onangenehmen Geroch hunn a fir déi meescht Déieren gëfteg sinn.Aus dësem, an anere Grënn, Exxon gestoppt Entwécklung vun Whittingham d'Lithium-Titan Disulfide Batterie. [28]Batterien mat metallesche Lithiumelektroden hunn d'Sécherheetsprobleemer presentéiert, well Lithiummetall mat Waasser reagéiert, brennbare Waasserstoffgas entlooss.Dofir ass d'Fuerschung geplënnert fir Batterien z'entwéckelen an deenen, amplaz vu metallesche Lithium, nëmme Lithiumverbindunge präsent sinn, fäeg Lithiumionen z'akzeptéieren an ze befreien.

Reversibel Interkalatioun am Grafit an Interkalatioun zu kathodeschen Oxide gouf während 1974-76 vum JO Besenhard op der TU München entdeckt.Besenhard huet seng Uwendung a Lithiumzellen proposéiert.Elektrolyt Zersetzung a Léisungsmëttelko-Interkalatioun a Grafit ware schwéier fréi Nodeeler fir d'Batteriedauer.

Entwécklung

1973 - Den Adam Heller huet d'Lithiumthionylchlorid Batterie proposéiert, déi nach ëmmer an implantéierten medizineschen Apparater an a Verteidegungssystemer benotzt gëtt, wou e méi wéi 20-Joer Regal Liewen, héich Energiedicht an / oder Toleranz fir extrem Operatiounstemperaturen erfuerderlech sinn.
1977 - De Samar Basu demonstréiert elektrochemesch Interkalatioun vu Lithium a Grafit op der University of Pennsylvania.Dëst huet zu der Entwécklung vun enger funktionéierter Lithium-interkaléierter Grafitelektrode bei Bell Labs (LiC6) gefouert fir eng Alternativ zu der Lithium-Metallelektrodebatterie ze bidden.
1979 - Schafft a getrennte Gruppen, Ned A. Godshall et al., a kuerz duerno John B. Goodenough (Oxford University) a Koichi Mizushima (Tokyo University), hunn eng nofëllbar Lithiumzelle mat Spannung am 4 V-Bereich mat Lithium demonstréiert Kobaltdioxid (LiCoO2) als positiv Elektrode a Lithiummetall als negativ Elektrode.Dës Innovatioun huet de positiven Elektrodenmaterial geliwwert, deen fréi kommerziell Lithium Batterien aktivéiert huet.LiCoO2 ass e stabilt positiv Elektrodenmaterial dat als Donor vu Lithiumionen wierkt, wat heescht datt et mat engem negativen Elektrodenmaterial anescht wéi Lithiummetall benotzt ka ginn.Andeems Dir d'Benotzung vu stabilen an einfach ze handhaben negativ Elektrodenmaterialien erméiglecht, huet LiCoO2 nei nofëllbar Batteriesystemer aktivéiert.Godshall et al.weider identifizéiert den ähnleche Wäert vun ternäre Verbindung Lithium-Iwwergangsmetalloxide wéi de Spinel LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, a LiFe5O4 (a spéider Lithium-Kupferoxid a Lithium-Néckeloxid-Kathodematerialien am Joer 1985)
1980 - De Rachid Yazami huet déi reversibel elektrochemesch Interkalatioun vu Lithium a Grafit demonstréiert, an d'Lithium-Grafitelektrode (Anode) erfonnt.Déi organesch Elektrolyte, déi zu där Zäit verfügbar sinn, géifen sech während der Ladung mat enger Graphit negativ Elektrode zersetzen.Yazami huet e festen Elektrolyt benotzt fir ze demonstréieren datt Lithium reversibel a Grafit interkaléiert ka ginn duerch en elektrochemesche Mechanismus.Zënter 2011 war dem Yazami seng Grafitelektrode déi meescht benotzt Elektroden a kommerziellen Lithium-Ion Batterien.
Déi negativ Elektrode huet hir Originen am PAS (polyacenic semiconductive material) entdeckt vum Tokio Yamabe a spéider vum Shjzukuni Yata an de fréien 1980er.D'Somen vun dëser Technologie war d'Entdeckung vu konduktiven Polymere vum Professer Hideki Shirakawa a senger Grupp, an et konnt och gesi ginn wéi se ugefaang hunn aus der Polyacetylen Lithium-Ion Batterie entwéckelt vum Alan MacDiarmid an Alan J. Heeger et al.
1982 – Gottschall et al.goufen US Patent ausgezeechent 4,340,652 fir d'Benotzung vu LiCoO2 als Kathoden an Lithium Batterien, baséiert op Godshall Stanford University Ph.D.Dissertatioun an 1979 Publikatiounen.
1983 - Michael M. Thackeray, Peter Bruce, William David, an John Goodenough entwéckelt engem Mangan Spinel als kommerziell relevant gelueden Kathode Material fir Lithium-Ion Akkuen.
1985 - Den Akira Yoshino huet eng Prototypzell zesummegesat mat karbonhaltege Material, an deem Lithiumionen als eng Elektrode a Lithium Kobaltoxid (LiCoO2) als déi aner agesat kënne ginn.Dëst huet d'Sécherheet dramatesch verbessert.LiCoO2 aktivéiert industriell Skala Produktioun an aktivéiert déi kommerziell Lithium-Ion Batterie.
1989 - Arumugam Manthiram an John B. Goodenough entdeckt d'Polyanion Klass vun cathodes.Si hunn gewisen datt positiv Elektroden déi Polyanionen enthalen, zB Sulfaten, méi héich Spannungen produzéieren wéi Oxide wéinst dem induktiven Effekt vum Polyanion.Dës Polyanion Klass enthält Materialien wéi Lithium Eisenphosphat.

< fortgesat ...>