Entwicklung und Aufbau von Lithiumbatterien

Lithiumbatterie ist eine neue Art von Hochenergiebatterie, die im 20. Jahrhundert erfolgreich entwickelt wurde. Mit dem Vorschlag „Kohlenstoffneutralität“ und „Kohlenstoffspitze“ ist die Lithiumbatterie in allen Lebensbereichen in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit gerückt. Heute führt Sie CHNL dazu, die Entwicklung und Struktur von Lithiumbatterien zu verstehen.

Einführung in Lithiumbatterien

Lithiumbatterien können als Batterien verstanden werden, die Lithiumelemente enthalten (einschließlich metallischem Lithium, Lithiumlegierungen, Lithiumionen, Lithiumpolymeren) und können in Lithiummetallbatterien (sehr selten hergestellt und verwendet) und Lithiumbatterien (heute sehr häufig verwendet) unterteilt werden ). Aufgrund seiner hohen spezifischen Energie, hohen Batteriespannung, seines breiten Betriebstemperaturbereichs und seiner langen Lagerfähigkeit wird es häufig in militärischen und zivilen kleinen Elektrogeräten wie Mobiltelefonen, tragbaren Computern, Videokameras, Kameras usw. verwendet. herkömmliche Batterien teilweise ersetzen. .

Ursprung und Entwicklung von Lithiumbatterien

In den 1970er Jahren wurde M.S. Whittingham von Exxon verwendete Titansulfid als Material für die positive Elektrode und metallisches Lithium als Material für die negative Elektrode, um die erste Lithiumbatterie herzustellen.
1980 entdeckte J. Goodenough, dass Lithiumkobaltoxid als Kathodenmaterial für Lithiumbatterien verwendet werden konnte .

Im Jahr 1982 entdeckten R.R.Agarwal und J.R.Selman vom Illinois Institute of Technology (Illinois Institute of Technology), dass Lithiumionen die Eigenschaft haben, Graphit einzulagern, und dass dieser Prozess schnell und reversibel ist. Gleichzeitig haben die Sicherheitsrisiken von Lithiumbatterien aus metallischem Lithium viel Aufmerksamkeit erregt. Daher hat man versucht, die Eigenschaften von in Graphit eingebetteten Lithiumionen zu nutzen, um wiederaufladbare Batterien herzustellen. Die erste brauchbare Lithium-Ionen-Graphit-Elektrode wurde in den Bell Laboratories erfolgreich versuchsweise hergestellt.

M. Thackeray, J. Goodenough und andere fanden 1983 heraus, dass Manganspinell ein ausgezeichnetes Kathodenmaterial mit niedrigem Preis, Stabilität und ausgezeichneter Leitfähigkeit und Lithiumleitfähigkeit ist. Seine Zersetzungstemperatur ist hoch und seine Oxidationseigenschaft ist viel geringer als die von Lithiumkobaltoxid. Selbst bei Kurzschluss oder Überladung kann die Brand- und Explosionsgefahr vermieden werden.
1991 brachte Sony die erste kommerzielle Lithiumbatterie auf den Markt. Anschließend revolutionierten Lithiumbatterien das Gesicht der Unterhaltungselektronik.

1996 stellten Padhi und Goodenough fest, dass Phosphate mit einer Olivinstruktur wie Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) den traditionellen Kathodenmaterialien überlegen sind, sodass sie zu den gängigen Kathodenmaterialien geworden sind.
Lithiumbatterien ( Li-Ionen-Batterien) werden aus Lithiumbatterien entwickelt. Lassen Sie uns also vor der Einführung von Li-Ion zunächst Lithiumbatterien vorstellen. Beispielsweise ist eine Knopfzellenbatterie eine Lithiumbatterie. Das positive Elektrodenmaterial der Lithiumbatterie ist Mangandioxid oder Thionylchlorid, und die negative Elektrode ist Lithium. Nach dem Zusammenbau des Akkus hat der Akku Spannung und muss nicht aufgeladen werden. Diese Art von Akku kann auch geladen werden, aber die Zyklenleistung ist nicht gut. Während des Lade- und Entladezyklus bilden sich leicht Lithiumdendriten, was zu einem internen Kurzschluss der Batterie führt, daher ist es im Allgemeinen verboten, diese Art von Batterie zu laden.

Später erfand die Sony Corporation of Japan eine Lithiumbatterie mit Kohlenstoffmaterial als negative Elektrode und einer lithiumhaltigen Verbindung als positive Elektrode. Während des Lade- und Entladevorgangs gibt es kein metallisches Lithium, sondern nur Lithium-Ionen. Dies ist eine Lithiumbatterie.
In den frühen 1990er Jahren entwickelten die japanische Sony Energy Development Corporation und die kanadische Moli Energy Corporation erfolgreich neue Lithium-Ionen-Batterien, die nicht nur gut funktionieren, sondern auch die Umwelt nicht belasten.Mit der rasanten Entwicklung von Informationstechnologie, handgehaltenen Maschinen und Elektrofahrzeugen ist die Nachfrage nach hocheffizienten Stromquellen schnell gewachsen, und Lithiumbatterien sind zu einem der am schnellsten wachsenden Bereiche geworden

Die Struktur der Lithiumbatterie

Die Hauptkomponenten von Lithiumbatterien:
(1) Positive Elektrode - aktive Materialien beziehen sich hauptsächlich auf Lithiumkobaltoxid, Lithiummanganat, Lithiumeisenphosphat, Lithiumnickelat, Lithiumnickelkobaltmanganat usw. Der leitfähige Stromkollektor im Allgemeinen verwendet Aluminiumfolie mit einer Dicke von 10–20 Mikron;
(2) Diaphragm – eine spezielle Kunststofffolie, die Lithiumionen passieren lässt, aber ein elektronischer Isolator ist. Derzeit gibt es hauptsächlich PE und PP und deren Kombinationen. Es gibt auch eine Art anorganisches festes Diaphragma, wie z. B. eine Aluminiumoxid-Diaphragmabeschichtung ist eine Art anorganisches festes Diaphragma;

(3) Negative Elektrode – das aktive Material bezieht sich hauptsächlich auf Graphit, Lithiumtitanat oder Kohlenstoffmaterial mit einer ähnlichen Graphitstruktur, und der leitfähige Stromkollektor verwendet im Allgemeinen Kupferfolie mit einer Dicke von 7–15 Mikron;
(4) Elektrolyt – im Allgemeinen ein organisches System, wie z. B. ein mit Lithiumhexafluorphosphat gelöstes Karbonatlösungsmittel, und einige Polymerbatterien verwenden einen Gelelektrolyt;
(5) Batteriegehäuse – hauptsächlich in zwei Typen unterteilt: Hartschalengehäuse (Stahlgehäuse, Aluminiumgehäuse, vernickeltes Eisengehäuse usw.) und Softcase (Aluminium-Kunststofffolie).

Wenn die Batterie geladen wird, werden Lithiumionen von der positiven Elektrode deinterkaliert und in die negative Elektrode interkaliert und umgekehrt, wenn sie entladen wird. Dies erfordert, dass sich eine Elektrode vor dem Zusammenbau in einem Lithium-Interkalationszustand befindet. Im Allgemeinen wird ein Lithium-Interkalations-Übergangsmetalloxid mit einem Potential größer als 3 V relativ zu Lithium und stabil in Luft als positive Elektrode ausgewählt, wie etwa LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 .
Als Material der negativen Elektrode ein interkalierbares Lithium Es wird eine Verbindung mit einem Potential ausgewählt, das dem Lithiumpotential so nahe wie möglich kommt, wie z. B. verschiedene Kohlenstoffmaterialien, einschließlich natürlichem Graphit, synthetischem Graphit, Kohlefaser, sphärischem Mesophasenkohlenstoff usw. und Metalloxiden, einschließlich SnO, SnO2, Zinnverbundoxid SnBxPyOz ( x=0.4~0.6, y=0.6~0.4, z=(2+3x+5y)/2) etc.
Der Elektrolyt verwendet ein gemischtes Lösungsmittelsystem aus LiPF6 Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC) und niedrigviskoses Diethylcarbonat (DEC) und andere Alkylcarbonate.

Das Diaphragma verwendet einen mikroporösen Polyolefinfilm wie PE, PP oder deren Verbundfilm, insbesondere das dreischichtige PP/PE/PP-Diaphragma hat nicht nur einen niedrigen Schmelzpunkt, sondern auch eine hohe Durchstoßfestigkeit, was eine Rolle spielt B. in der Wärmeversicherung.
Das Gehäuse besteht aus Stahl oder Aluminium, und die Abdeckungsbaugruppe hat die Funktion, explosionsgeschützt und abschaltbar zu sein.
Nun, bei dem oben Gesagten dreht sich heute alles um Lithiumbatterien. Seit der Geburtsstunde der Lithiumbatterien im Jahr 1970 haben sie sich rasant entwickelt. Lithium-Batterien sind in alle Bereiche unseres Lebens vorgedrungen, und es gibt noch enorme Entwicklungsperspektiven für die Zukunft.
Ich hoffe, der obige Inhalt ist hilfreich für Sie, weitere Informationen werden laufend aktualisiert, bis zum nächsten Mal.

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