A batterija tal-litju-jonehija batterija rikarikabbli li tuża żewġ materjali li kapaċi jdaħħlu u jeliminaw b'mod riversibbli joni tal-litju bħala l-elettrodi pożittivi u negattivi, rispettivament. Waqt l-iċċarġjar, l-atomi tal-litju fl-elettrodu pożittiv jonizzaw fi joni tal-litju u elettroni ħielsa.
Dawn il-jonji tal-litju mbagħad jemigraw lejn l-elettrodu negattiv u jikkombinaw ma 'l-elettroni ħielsa hemmhekk biex jiffurmaw atomi tal-litju. Bil-maqlub, waqt l-iskarigu, l-atomi tal-litju fl-elettrodu negattiv jerġgħu joonizzaw fi joni tal-litju u elettroni ħielsa, u mbagħad jerġgħu jikkombinaw fl-elettrodu pożittiv biex jerġgħu jiffurmaw atomi tal-litju. Għalhekk, matul iċ-ċiklu kollu ta 'ċarġ-skarigu, il-litju dejjem jeżisti f'forma jonika u qatt f'forma ta' litju metalliku, u huwa għalhekk li dan it-tip ta 'batterija jissejjaħ batterija tal-litju-jone. Ibbażat fuq disinji differenti, l-aktar batteriji tal-litju-jone komuni fis-suq huma ċelluli tal-borża, ċelluli ċilindriċi, u ċelluli buttuna. Il-materjal ta ' l-elettrodu pożittiv tal-batteriji tal-litju-jone huwa normalment kompost rikk tal-litju-, bħal LiCoO2, LiFePO4, LiNiO, u LiMnzO2. Il-materjal tal-elettrodu negattiv tal-batteriji tal-litju-jone huwa l-aktar ibbażat fuq il-grafita. Rigward l-elettrolit, ġeneralment jintużaw soluzzjonijiet ta 'melħ speċifiku tal-litju (bħal LiPF6, LiASF6, u LiCIO4) maħlul f'solventi organiċi. Dawn is-solventi organiċi jistgħu jkunu karbonat tal-etilene (KE) jew karbonat tad-dietil (DEC), eċċ. Meta l-batterija tkun f'ċiklu ta' skarigu ta' ċarġ-, il-jonji tal-litju jemigraw 'il quddiem u lura bejn l-elettrodi pożittivi u negattivi. Dan il-proċess huwa deskritt figurattivament bħala "batterija rocking chair", kif muri fid-dijagramma hawn taħt.
Meta tieħu batteriji tal-litju-jone b'ossidu tal-kobalt tal-litju (LiCoO2) bħala l-elettrodu pożittiv u grafita bħala l-elettrodu negattiv bħala eżempju, l-espressjoni elettrokimika tagħha hija: (-)CI LiPF(EC+ DEC) / LiCoO2(+).
Reazzjoni ta 'elettrodu pożittiva:
Reazzjoni ta 'elettrodu negattiv:5.2
Reazzjoni ġenerali:5.3
Essenzjalment, batterija tal-litju-jone tista' titqies bħala mezz li jopera abbażi tad-differenzi fil-konċentrazzjoni tal-litju-jone. Waqt l-iċċarġjar, il-jonji tal-litju jinħelsu mill-materjal tal-elettrodu pożittiv, jgħaddu mill-elettrolit, u jinkorporaw fil-materjal tal-elettrodu negattiv, u jagħmlu l-elettrodu negattiv tal-litju-rikk filwaqt li l-elettrodu pożittiv relattivament tal-litju-fqir. Fl-istess ħin, biex jinżamm il-bilanċ ta 'ċarġ tas-sistema kollha, l-elettroni korrispondenti huma forniti lill-elettrodu negattiv ibbażat fuq il-karbonju-permezz ta' ċirkwit estern. Bil-maqlub, waqt l-iskarigu, il-joni tal-litju jemigraw mill-elettrodu negattiv għall-elettrodu pożittiv, u b'hekk l-elettrodu pożittiv isir rikki tal-litju-. Normalment, matul iċ-ċikli normali ta' skarigu ta' ċarġ-, il-jonji tal-litju jintegraw u estratt ripetutament bejn il-materjali u l-ossidi tal-karbonju f'saffi. Dan il-proċess jimmanifesta primarjament bħala bidliet fl-ispazjar bejn is-saffi u ma jfixkilx l-istruttura bażika tal-kristall tal-materjali. Għalhekk, mill-perspettiva tar-riversibbiltà tar-reazzjoni, il-bidliet kimiċi fi ħdan batterija tal-litju-jone huma meqjusa bħala proċess riversibbli ideali ħafna. Batterija tal-litju-jone tinkludi erba' komponenti bażiċi: elettrodi, elettrolit, separatur, u casing. L-elettrodi huma l-komponent ewlieni ta' batterija tal-litju-jone, li tikkonsisti f'materjali attivi, aġenti konduttivi, sustanzi li jgħaqqdu, u kolletturi tal-kurrent. Materjali attivi (jew materjali tal-elettrodu) huma l-materjali tal-elettrodu f'batteriji tal-litju-jone li jirrilaxxaw enerġija elettrika permezz ta' reazzjonijiet elettrokimiċi waqt l-iċċarġjar u l-ħatt. Huma jiddeterminaw il-prestazzjoni elettrokimika u l-karatteristiċi bażiċi tal-batteriji tal-litju-jone. Materjali attivi jinkludu materjali ta 'elettrodu pożittiv u materjali ta' elettrodu negattiv. Materjali ta ' l-elettrodi pożittivi huma prinċipalment komposti trab tal-metall komposti b'potenzjali relattivament għolja (relattivament għall-elettrodi tal-metall tal-litju), bħal LiCoO₂, LiMnO₄, LiNi₁-x-Co:MnyO₂, LiCo:Ni-O₂, u LiFePO₂, u LiNi₁-x-Co:MnyO₂.
Materjali tal-elettrodi negattivi jinkludu materjali tal-karbonju, materjali tal-liga, u materjali tal-ossidu tal-metall. Bħalissa, il-materjali ewlenin tal-elettrodi pożittivi u negattivi għal batteriji tal-litju-jone użati b'mod wiesa 'f'apparati portabbli huma LiCoO₂ u grafita, rispettivament. Barra minn hekk, aġenti konduttivi (bħal aċitilena iswed) huma ġeneralment miżjuda waqt il-fabbrikazzjoni tal-elettrodu biex itejbu l-konduttività tal-materjali tal-elettrodu pożittivi u negattivi biex jissodisfaw aħjar il-ħtiġijiet tal-applikazzjoni prattika tal-batteriji tal-jone tal-litju-. Biex jiġi żgurat li l-materjali ta 'l-elettrodu pożittivi u negattivi granulari u l-aġenti konduttivi jaderixxu b'mod sod mal-kollettur kurrenti, tipikament jiġi miżjud binder. Il-legaturi komuni huma kklassifikati bħala bbażati fuq iż-żejt-u bbażati fuq l-ilma-. Il-legaturi bbażati fuq -żejt jinkludu prinċipalment polyvinylidene fluoride (PVDF) u polytetrafluoroethylene (PTFE), filwaqt li-legaturi bbażati fuq l-ilma huma prinċipalment carboxymethyl cellulose/styrene-lastiku butadiene (CMC/SBR). Il-funzjoni ewlenija tal-kollettur tal-kurrent hija li tmexxi l-elettroni mill-materjal attiv u tqassam il-kurrent b'mod ugwali, filwaqt li tappoġġja wkoll il-materjal attiv. Il-kolletturi tal-kurrent huma ġeneralment meħtieġa li jkollhom saħħa mekkanika għolja, stabbiltà kimika tajba, u konduttività għolja. Il-kollettur kurrenti għall-elettrodu pożittiv huwa fojl tal-aluminju, u l-kollettur kurrenti għall-elettrodu negattiv huwa fojl tar-ram.
Ir-rwol tal-elettrolit huwa li jmexxi joni tal-litju bejn l-elettrodi pożittivi u negattivi. L-għażla tal-elettrolit tiddetermina fil-biċċa l-kbira l-prinċipju tax-xogħol tal-batterija u taffettwa l-enerġija speċifika tagħha, il-prestazzjoni tas-sikurezza, il-prestazzjoni taċ-ċiklu, il-prestazzjoni tar-rata, il-prestazzjoni ta 'temperatura baxxa-, u l-prestazzjoni tal-ħażna. Bħalissa, batteriji tal-litju-jone disponibbli kummerċjalment jużaw prinċipalment sistemi ta' elettroliti mhux-akweji, li jinkludu solventi organiċi u melħ tal-litju konduttiv. Is-solvent organiku huwa l-komponent ewlieni tal-elettrolit u huwa relatat mill-qrib mal-prestazzjoni tiegħu; huwa tipikament taħlita ta 'solventi organiċi bħal karbonat tal-etilene, karbonat tal-propilene, karbonat tad-dimetil, u karbonat tal-metil etil. Il-melħ tal-litju konduttiv jipprovdi l-joni tal-litju li huma ttrasportati bejn l-elettrodi pożittivi u negattivi u huwa magħmul minn anjoni inorganiċi jew organiċi u joni tal-litju. Bħalissa, il-melħ tal-litju konduttiv ewlieni disponibbli kummerċjalment huwa LiPF6. Fl-era l-ġdida, biex tittejjeb il-prestazzjoni elettrokimika tal-batteriji tal-litju-jone u jinkisbu ċerti funzjonijiet speċjali, addittivi funzjonali, bħal ritardanti tal-fjammi, spiss jiżdiedu mal-elettrolit.
Fid-disinn tal-batterija tal-litju-jone, is-separatur jinsab bejn l-elettrodi pożittivi u negattivi, u l-funzjoni ewlenija tiegħu hija li jipprevjeni kuntatt dirett bejn iż-żewġ elettrodi, u b'hekk jiġu evitati ċirkuwiti qosra. Fl-istess ħin, l-istruttura mikroporuża unika ta 'dan il-materjal tippermetti li l-joni tal-litju jgħaddu liberament. Is-separatur għandu rwol kruċjali fil-kapaċità tal-ħażna tal-batterija, il-ħajja taċ-ċiklu, u s-sigurtà ġenerali; għalhekk, l-użu ta 'separatur ta'-kwalità għolja jista 'jtejjeb b'mod sinifikanti l-prestazzjoni elettrokimika ġenerali tal-batterija. Bħalissa, it-tipi ta 'separaturi l-aktar użati fis-suq huma films ta'-qawwa għolja magħmulin minn polyolefins, inklużi prodotti porużi magħmula minn polypropylene u polyethylene, kif ukoll prodotti manifatturati permezz ta 'kopolimerizzazzjoni ta' propilene u etilene jew bl-użu ta 'polyethylene homopolymer waħdu. L-użu ta' solventi mhux-akwei f'batteriji tal--jone tal-litju jwassal għal konduttività tal-jone tal-litju-aktar baxxa, u b'hekk teħtieġ erja kbira tal-elettrodu. Barra minn hekk, l-użu ta 'struttura spirali-ferita waqt l-assemblaġġ tal-batterija jfisser li l-prestazzjoni tal-batterija tiddependi mhux biss fuq l-elettrodi nfushom iżda wkoll fuq il-legaturi użati fil-manifattura tal-batterija. Dawn il-legaturi għandhom jiżguraw l-uniformità u s-sigurtà tal-materjali attivi matul il-fabbrikazzjoni tal-elettrodu, jorbtu b'mod effettiv il-materjali attivi mal-kollettur kurrenti, jiffaċilitaw il-formazzjoni ta 'film protettiv SEI (solid{-clectrolyte interphase) fuq l-anodu tal-grafita, iżommu biżżejjed stabbiltà termali waqt it-tnixxif, u jkunu mxarrba b'mod effettiv mill-elettrolit.
Il-kisi ta' barra huwa l-kontenitur ta' batterija tal-litju-jone. Casings użati komunement jinkludu casings tal-azzar, casings tal-aluminju, u casings komposti tal-plastik tal-aluminju-. Tipikament, il-kisi huwa meħtieġ li jiflaħ bidliet f'temperaturi għoljin u baxxi u korrużjoni mill-elettrolit.