A Lithium-Ion Batterieass eng nofëllbar Batterie déi zwee Materialien benotzt, déi fäeg sinn Lithiumionen reversibel anzeginn an ze deinterkaléieren als positiv an negativ Elektroden, respektiv. Wärend der Ladung ioniséieren Lithiumatome an der positiver Elektrode a Lithiumionen a fräi Elektronen.
Dës Lithium-Ionen migréieren dann op déi negativ Elektrode a kombinéiere mat de fräie Elektronen do fir Lithiumatome ze bilden. Ëmgekéiert, wärend der Entladung, reioniséieren Lithiumatome bei der negativer Elektrode a Lithiumionen a fräi Elektronen, an rekombinéiere sech dann op der positiver Elektrode fir erëm Lithiumatome ze bilden. Dofir, während de ganzen Laden-Entladungszyklus existéiert Lithium ëmmer an ionescher Form an ni a metallescher Lithiumform, dofir gëtt dës Batterietyp eng Lithium-Ionbatterie genannt. Baséierend op verschiddenen Designen sinn déi heefegst Lithium-Ionbatterien um Maart Pouchzellen, zylindresch Zellen a Knäppercher. De positiven Elektrodenmaterial vu Lithium-Ionbatterien ass normalerweis eng Lithium-räich Verbindung, wéi LiCoO2, LiFePO4, LiNiO a LiMnzO2. Dat negativ Elektrodenmaterial vu Lithium-Ionbatterien baséiert meeschtens op Grafit. Wat den Elektrolyt ugeet, gi Léisunge vu spezifesche Lithiumsalze (wéi LiPF6, LiASF6, a LiCIO4) opgeléist an organesche Léisungsmëttel allgemeng benotzt. Dës organesch Léisungsmëttel kënnen Ethylenkarbonat (EC) oder Diethylkarbonat (DEC) sinn, etc. Wann d'Batterie an engem Laden-Entladungszyklus ass, migréiere Lithiumionen tëscht de positiven an negativen Elektroden zréck an zréck. Dëse Prozess gëtt figurativ als "Schuppelstull Batterie" beschriwwen, wéi am Diagramm hei ënnen gewisen.
Wann Dir Lithium-Ionbatterien mat Lithium Kobaltoxid (LiCoO2) als positiv Elektrode a Grafit als negativ Elektrode als Beispill hëlt, ass säin elektrochemesche Ausdrock: (-)CI LiPF(EC+ DEC) / LiCoO2(+).
Positiv Elektroden Reaktioun:
Negativ Elektroden Reaktioun: 5.2
Gesamtreaktioun: 5.3
Am Wesentlechen kann eng Lithium-Ionbatterie als Apparat ugesi ginn, deen baséiert op Differenzen an der Lithium-Ionkonzentratioun funktionnéiert. Wärend der Ladung gi Lithium-Ionen aus dem positiven Elektrodematerial entlooss, passéieren duerch den Elektrolyt, an an d'negativ Elektrodematerial agebonnen, wat d'negativ Elektrode Lithium -räich mécht, während déi positiv Elektrode relativ Lithium -aarm ass. Gläichzäiteg, fir d'Ladebalance vum ganze System z'erhalen, ginn entspriechend Elektronen un d'Kuelestoff -baséiert negativ Elektrode duerch en externe Circuit geliwwert. Ëmgekéiert, wärend der Entladung, migréieren Lithiumionen vun der negativer Elektrode op déi positiv Elektrode, wouduerch déi positiv Elektrode Lithium-räich gëtt. Normalerweis, während normalen Laden{10}}Entladungszyklen, ginn d'Lithiumionen ëmmer erëm agebonnen an extrahéiert tëscht de geschichte Kuelestoffmaterialien an Oxiden. Dëse Prozess manifestéiert sech haaptsächlech als Verännerungen am Interlayerabstand an stéiert d'Basiskristallstruktur vun de Materialien net. Dofir, aus der Perspektiv vun der Reaktiounsreversibilitéit, ginn déi chemesch Verännerungen an enger Lithium-Ionbatterie als en héich idealen reversiblen Prozess ugesinn. Eng Lithium-Ionbatterie besteet aus véier Basiskomponenten: Elektroden, Elektrolyt, Separator a Gehäuse. D'Elektroden sinn de Kärkomponent vun enger Lithium-Ionbatterie, besteet aus aktive Materialien, konduktiven Agenten, Bindemëttel a Stroumsammler. Aktiv Materialien (oder Elektrodenmaterialien) sinn d'Elektrodenmaterialien a Lithium-Ionbatterien, déi elektresch Energie duerch elektrochemesch Reaktioune beim Oplueden an Entladung fräiginn. Si bestëmmen d'elektrochemesch Leeschtung an d'Basiseigenschafte vu Lithium-Ionbatterien. Aktiv Materialien enthalen positiv Elektrodenmaterialien an negativ Elektrodenmaterialien. Positiv Elektrodenmaterialien sinn haaptsächlech pulveriséierte Kompositmetallverbindunge mat relativ héije Potenzialer (relativ zu Lithiummetallelektroden), wéi LiCoO₂, LiMnO₄, LiNi₁-x-Co:MnyO₂, LiCo:Ni-O₂, a LiFePO.
Negativ Elektrodenmaterialien enthalen Kuelestoffmaterialien, Legierungsmaterialien, a Metalloxidmaterialien. De Moment sinn d'Haaptpositiv an negativ Elektrodenmaterialien fir Lithium-Ionbatterien déi wäit an portable Geräter benotzt ginn LiCoO₂ a Grafit, respektiv. Zousätzlech ginn konduktiv Agenten (wéi Acetylen-Schwaarz) normalerweis während der Elektrodenfabrikatioun bäigefüügt fir d'Konduktivitéit vun de positiven an negativen Elektrodenmaterialien ze verbesseren fir de praktesche Applikatiounsbedürfnisser vu Lithium-Ionbatterien besser gerecht ze ginn. Fir sécherzestellen datt déi käreg positiv an negativ Elektrodenmaterialien a konduktiv Agenten fest un den aktuellen Sammler hänken, gëtt e Bindemëttel typesch bäigefüügt. Allgemeng Bindemëttel ginn als Ueleg-baséiert a Waasser-baséiert klasséiert. Ueleg-baséiert Bindemëttel enthalen haaptsächlech Polyvinylidenfluorid (PVDF) a Polytetrafluorethylen (PTFE), wärend Waasser{10}}baséiert Bindemëttel haaptsächlech Carboxymethylcellulose/Styren-Butadien Gummi (CMC/SBR) sinn. D'Haaptfunktioun vum Stroumkollektor ass Elektronen aus dem aktive Material ze féieren an de Stroum gläichméisseg ze verdeelen, wärend och dat aktive Material z'ënnerstëtzen. Aktuelle Sammler sinn allgemeng erfuerderlech héich mechanesch Kraaft, gutt chemesch Stabilitéit an héich Konduktivitéit ze hunn. De Stroumkollektor fir déi positiv Elektrode ass Aluminiumfolie, an de Stroumkollektor fir déi negativ Elektrode ass Kupferfolie.
D'Roll vum Elektrolyt ass Lithiumionen tëscht de positiven an negativen Elektroden ze féieren. D'Wiel vum Elektrolyt bestëmmt gréisstendeels den Aarbechtsprinzip vun der Batterie an beaflosst seng spezifesch Energie, Sécherheetsleistung, Zyklusleistung, Tauxleistung, niddreg -Temperaturleistung a Späicherleistung. Am Moment benotze kommerziell verfügbar Lithium-Ionbatterien haaptsächlech net-wässerlech Elektrolytsystemer, déi organesch Léisungsmëttelen a konduktiv Lithiumsalze enthalen. Den organesche Léisungsmëttel ass den Haaptkomponent vum Elektrolyt an ass enk mat senger Leeschtung verbonnen; et ass typesch eng Mëschung aus organeschen Léisungsmëttel wéi Ethylenkarbonat, Propylenkarbonat, Dimethylkarbonat, a Methylethylkarbonat. Dat konduktivt Lithiumsalz liwwert d'Lithiumionen, déi tëscht de positiven an negativen Elektroden transportéiert ginn a besteet aus anorganeschen oder organeschen Anionen a Lithiumionen. De Moment ass d'Haapt kommerziell verfügbar konduktiv Lithium Salz LiPF6. An der neier Ära, fir d'elektrochemesch Leeschtung vu Lithium-Ionbatterien ze verbesseren a verschidde speziell Funktiounen z'erreechen, ginn funktionell Zousatzstoffer, wéi Flammretardanten, dacks zum Elektrolyt bäigefüügt.
Am Lithium -Ion Batterie Design ass de Separator tëscht de positiven an negativen Elektroden lokaliséiert, a seng Haaptfunktioun ass den direkte Kontakt tëscht den zwou Elektroden ze vermeiden, sou datt Kuerzschluss vermeit. Gläichzäiteg, déi eenzegaarteg microporous Struktur vun dësem Material erlaabt Lithium Ionen duerch fräi Passe. D'Separator spillt eng entscheedend Roll an der Batterie Stockage Muecht, Zyklus Liewen, an allgemeng Sécherheet; dofir, mat engem héich-qualitativ Separator kann d'allgemeng elektrochemesch Leeschtung vun der Batterie wesentlech verbesseren. Am Moment sinn déi meescht benotzt Separatortypen um Maart héich-Stäerktfilmer aus Polyolefinen, dorënner poröse Produkter aus Polypropylen a Polyethylen, souwéi Produkter fabrizéiert duerch Kopolymeriséierung vu Propylen an Ethylen oder mat Polyethylen Homopolymer eleng. D'Benotzung vun net-wässerleche Léisungsmëttelen a Lithium-Ionbatterien féiert zu enger niddereger Lithium-Ionleitivitéit, also erfuerdert eng grouss Elektrodenfläch. Ausserdeem bedeit d'Benotzung vun enger Spiral-gewonnen Struktur während der Batteriemontage datt d'Batterieleistung net nëmmen vun den Elektroden selwer hänkt, awer och vun de Bindemëttel, déi an der Batteriefabrikatioun benotzt ginn. Dës Bindemëttel mussen d'Uniformitéit an d'Sécherheet vun den aktive Materialien während der Elektrodenfabrikatioun garantéieren, déi aktiv Materialien effektiv un den aktuellen Sammler binden, d'Bildung vun engem Schutzmoossnamen SEI (-Clectrolyte Interphase) Film op der Grafitanode erliichteren, genuch thermesch Stabilitéit während der Trocknung erhalen, an effektiv vum Elektrolyt befeucht ginn.
De baussenzege Gehäuse ass de Container vun enger Lithium-Ionbatterie. Allgemeng benotzte Këschte enthalen Stahlgehäuse, Aluminiumgehäuse, an Aluminium-Plastikkompositgehäuse. Typesch ass d'Gehäuse erfuerderlech fir Ännerungen an héijen an niddregen Temperaturen a Korrosioun vum Elektrolyt ze widderstoen.