Ποια είναι τα συγκεκριμένα υλικά που χρησιμοποιούνται στα συστήματα μπαταριών ιόντων λιθίου;

Το σύστημα υλικών μπαταριών ιόντων λιθίου είναι πολύπλοκο, από τον ηλεκτροχημικό πυρήνα μέχρι τα δομικά στοιχεία.

Ι. Υλικά καθοδίων

Τα υλικά των καθετών είναι η πηγή των ιόντων λιθίου στη μπαταρία, και η απόδοσή τους καθορίζει άμεσα την ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας, το κόστος και την ασφάλεια.μπορούν να χωριστούν κυρίως στις ακόλουθες τρεις κατηγορίες::

1.1 Οξείδια σε στρώσεις:Αυτά τα υλικά έχουν συνήθως υψηλή ενεργειακή πυκνότητα αλλά σχετικά αδύναμη σταθερότητα.

1.1.1 Το οξείδιο του κοβαλτίου του λιθίου, το NCM/NCA και τα πλούσια σε λιθίου υλικά με βάση το μαγγάνιο ανήκουν σε στρωμένες δομές οξειδίων.

1.1.2 Οξείδιο κοβαλτίου του λιθίου (LCO, LiCoO2): Αυτό είναι το κυρίαρχο υλικό στα καταναλωτικά ηλεκτρονικά προϊόντα, που διαθέτει πλατφόρμα υψηλής τάσης και υψηλή πυκνότητα βρύσης,αλλά είναι ακριβό και η απόδοση ασφάλειας του πρέπει να βελτιωθεί.

1.1.3 Οξείδιο κοβάλτου νικελίου-λιθίου-μαγγανίου (NCM): Με εξαιρετικές συνολικές επιδόσεις, είναι επί του παρόντος η βασική επιλογή για μπαταρίες ισχύος.και μαγγάνιο (όπως τα κοινά NCM811 και NCM622), μπορεί να επιτευχθεί ισορροπία μεταξύ της ενεργειακής πυκνότητας, του κόστους και της διάρκειας ζωής.

1.1.4 Οξείδιο του αλουμινίου λιθίου νικέλου και κοβάλτου (NCA, LiNiCoAlO2): Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και σχετικά καλή θερμική σταθερότητα· χρησιμοποιείται συνήθως σε ορισμένες κυλινδρικές μπαταρίες.

1.1.5 Πλούσια σε λίθιο με βάση το μαγγάνιο (xLi2MnO3·(1-x) LiMO2): Θεωρείται υποψήφιο υλικό για την επόμενη γενιά καθοδών υψηλής πυκνότητας ενέργειας, που διαθέτουν εξαιρετικά υψηλή ειδική χωρητικότητα, ωστόσο,Η αποσύνθεση της τάσης και η κακή απόδοση του ρυθμού αποτελούν προκλήσεις για την εμπορευματοποίηση του.

1.2 Ολιβική δομή:Αντιπροσωπεύεται από φωσφορικό σίδηρο λιθίου (LFP, LiFePO4), η σταθερή του δομή έχει ως αποτέλεσμα εξαιρετικά υψηλή ασφάλεια και εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια κύκλου ζωής, με σχετικά χαμηλό κόστος,χρησιμοποιείται ευρέως σε ηλεκτρικά οχήματα και σταθμούς αποθήκευσης ενέργειας όπου οι απαιτήσεις ασφάλειας είναι εξαιρετικά υψηλέςΤο παράγωγό του, το φωσφορικό σίδηρο λιθίου μαγγανίου (LMFP), επιχειρεί να βελτιώσει την ενεργειακή πυκνότητα διατηρώντας παράλληλα την ασφάλεια.

1.3 Δομή σπινέλου:Αναφέρεται κυρίως στο οξείδιο του μαγγανίου του λιθίου (LMO, LiMn2O4), το οποίο χαρακτηρίζεται από χαμηλό κόστος και καλή ασφάλεια, αλλά με γενικά κακή απόδοση κύκλου υψηλών θερμοκρασιών και πυκνότητα ενέργειας,συχνά χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με άλλα υλικάΗ ακαδημαϊκή κοινότητα διερευνά ενεργά συστήματα με υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, όπως οι κάθοδοι θείου και οι οργανικοί κάθοδοι, αλλά όλα αντιμετωπίζουν βασικές προκλήσεις όπως η διάρκεια κύκλου ζωής.

ΙΙ. Υλικά ανόδου

Τα υλικά ανοδίων είναι οι φορείς για την αποθήκευση ιόντων λιθίου και η απόδοσή τους επηρεάζει άμεσα την ικανότητα ταχείας φόρτισης της μπαταρίας και τη διάρκεια ζωής του κύκλου.

2.1 Υλικά με βάση τον άνθρακα:Κατέχει επί του παρόντος δεσπόζουσα θέση.

2.1.1 Γκραφίτης: Με την εξαίρετη σταθερότητα του κύκλου και τα πλεονεκτήματα κόστους του, ο γκραφίτης διαιρείται σε φυσικό και τεχνητό γκραφίτη.

2.1.2 Οι μικροσφαίρες μεσοφάσης άνθρακα (MCMB) είναι επίσης ένα προϊόν υψηλής ποιότητας γραφίτη.

2.1.3 Διαταραγμένος άνθρακας: Περιλαμβάνει σκληρό άνθρακα και μαλακό άνθρακα, μεταξύ των οποίων ο σκληρός άνθρακας, λόγω της μοναδικής πορώδους δομής του,θεωρείται δυνητικό υλικό για μπαταρίες ιόντων νατρίου και άνοδες ταχείας φόρτισης ιόντων λιθίου.

2.1.4 Νανοσωλήνες άνθρακα (CNT) / γραφένιο: Συνήθως δεν χρησιμοποιούνται ως κύριο άνοδο, αλλά ως αγωγό πρόσθετο για τη βελτίωση της αγωγιμότητας και της απόδοσης του ηλεκτρόδου.

2.2 Υλικά με βάση το πυρίτιο:Η θεωρητική ειδική χωρητικότητα τους φτάνει τα 4200 mAh/g, περισσότερο από 10 φορές μεγαλύτερη από αυτή του γραφίτη.η τεράστια επέκταση του όγκου (πάνω από 300%) οδηγεί σε κακή διάρκεια κύκλουΟι σύνθετες ύλες πυριτίου-ανθρακούχου (Si-C) και πυριτίου-οξυγόνου (Si-O) αποτελούν επί του παρόντος τη βασική λύση.

2.3 Τιτανικό λιθίου (LTO, Li4Ti5O12):Είναι γνωστό για την εξαιρετική απόδοσή του και την εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής του κύκλου, και ουσιαστικά δεν υπάρχει σχηματισμός δενδρίτη λιθίου, με αποτέλεσμα εξαιρετικά υψηλή ασφάλεια.Τα μειονεκτήματα είναι η χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα και το υψηλό κόστος, περιορίζοντας τη χρήση του σε ειδικές εφαρμογές με υψηλές απαιτήσεις ισχύος.

2.4 Λιθιομετάλλευμα:Ως το "ιερό Δισκοπότηρο" των ανόδων υλικών,θεωρητικά διαθέτει την υψηλότερη ειδική χωρητικότητα και είναι ζωτικής σημασίας για την επίτευξη μπαταριών υψηλής ενεργειακής πυκνότητας (όπως μπαταρίες λιθίου-ζύφρου και μπαταρίες στερεού αέρα)Ωστόσο, η ανεξέλεγκτη αύξηση του δενδρίτη του λιθίου αποτελεί σοβαρό κίνδυνο για την ασφάλεια.ενώ είναι ακόμα υπό ανάπτυξη, προσφέρουν πολλές δυνατότητες για μελλοντικές τεχνολογικές ανακαλύψεις.

ΙΙΙ. Ηλεκτρολύτης

Ο ηλεκτρολύτης είναι ο "εξοδικός δρόμος" για τη μεταφορά ιόντων λιθίου μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων, καθορίζοντας την ιονική αγωγιμότητα της μπαταρίας, το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας κλπ.

3.1 υγρό ηλεκτρολύτη (ηλεκτρολύτης):Το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο σε εμπορικές μπαταρίες λιθίου, χαιρετίζεται ως το "αίμα" της μπαταρίας και αποτελείται κυρίως από τρία μέρη.

Αλάτι λιθίου: Παρέχει ιόντα λιθίου και είναι το βασικό συστατικό.όπως LiBF4 και LiFSI, χρησιμοποιούνται συχνά ως πρόσθετα για τη βελτίωση των ειδικών χαρακτηριστικών των επιδόσεων.

Οργανικός διαλύτης: Χρησιμοποιείται για τη διάλυση αλάτων λιθίου.και EMC) χρησιμοποιούνται συνήθως σε συνδυασμό για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης.

Λειτουργικές πρόσθετες ύλες: χρησιμοποιούνται σε μικρές ποσότητες, αλλά διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο, όπως πρόσθετες ύλες που σχηματίζουν φιλμ (VC και FEC), πρόσθετες ύλες που καθυστερούν τη φλόγα και πρόσθετες ύλες που προστατεύουν από υπερφόρτωση,για τη βελτίωση της ασφάλειας της μπαταρίας και της διάρκειας του κύκλου.

3.2 Ηλεκτρολύτης στερεής κατάστασης:Ο πυρήνας των συσσωρευτών στερεής κατάστασης, θεωρητικά ικανός να λύσει πλήρως θέματα ασφάλειας όπως διαρροές και καύση.Αλλά όλοι σήμερα αντιμετωπίζουν τις προκλήσεις της χαμηλής ιονικής αγωγιμότητας και της υψηλής αντίστασης των διεπαφών..

IV. Διαχωριστής

Ο διαχωριστής είναι μια πορώδη μονωτική ταινία που βρίσκεται μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων.Η λειτουργία του είναι να αποτρέψει την άμεση επαφή και το βραχυκύκλωμα μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων επιτρέποντας ταυτόχρονα τα ιόντα λιθίου να περάσουν μέσωΣήμερα, το κύριο ρεύμα είναι η μικροπορώδης μεμβράνη πολυολεφίνης, συμπεριλαμβανομένων των πολυαιθυλενίου (PE), πολυπροπυλενίου (PP) και των τριεπίπεδων σύνθετων μεμβρανών PP/PE/PP.το φιλμ βάσης συχνά τροποποιείται με επικάλυψη, όπως με κεραμικά υλικά (π.χ. αλουμίνη, μποέμυτης, για βελτιωμένη αντοχή στη θερμότητα) ή πολυμερή (π.χ. PVDF, αραμίτης, για βελτιωμένη προσκόλληση).

V. Βοηθητικά και δομικά στοιχεία

Ενώ αυτά τα υλικά δεν συμμετέχουν άμεσα σε ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, είναι κρίσιμα για την επεξεργασία ηλεκτροδίων και τη συνολική απόδοση της μπαταρίας.

5.1 Συλλέκτης ρεύματος: Χρησιμοποιείται για τη μεταφορά του ενεργού υλικού και τη συλλογή και διεξαγωγή ρεύματος.ενώ το χαλκό χρησιμοποιείται για το αρνητικό ηλεκτρόδιοΟι σύνθετοι συλλέκτες ρεύματος (π.χ. πολυμερές-μεταλλικά σύνθετα φύλλα) αποτελούν μια νέα κατεύθυνση για τη βελτίωση της ασφάλειας.

5.2 Ηλεκτροοδηγός παράγοντας: Προστίθεται στις αλοιφές των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων για την κατασκευή ενός αγωγού δικτύου μεταξύ των σωματιδίων του ενεργού υλικού, βελτιώνοντας την ηλεκτρονική αγωγιμότητα των ηλεκτροδίων.Τα συνηθισμένα υλικά περιλαμβάνουν το μαύρο άνθρακα (e.π.χ., Super P, ακετυλενικό μαύρο, μαύρο Ketjen), αγωγό γραφίτη και νανοσωλήνες άνθρακα (CNT).

5.3 Συνδετικό: προσκολλά σταθερά το ενεργό υλικό και τον αγωγό στο συλλέκτη ρεύματος.ενώ η αλοιφή αρνητικών ηλεκτροδίων χρησιμοποιεί συνήθως συνδετικά σε βάση νερού, όπως ένας συνδυασμός SBR και CMC.

5.4 Περιβλήματα και δομικά στοιχεία: Παρέχουν μηχανική υποστήριξη και προστασία από σφράγιση.

Κεφάλαιο:Συχνές μορφές περιλαμβάνουν περίβλημα αλουμινίου, περίβλημα χάλυβα και φιλμ αλουμινίου-πλαστικού (για μπαταρίες τσάντας).

Ετικέτες/Συνδετήρες:Συνήθως λωρίδες αλουμινίου (θετικό ηλεκτρόδιο) και λωρίδες νικελίου/χρυσαφένιες λωρίδες νικελίου (αρνητικό ηλεκτρόδιο).

Συστατικά ασφαλείας και μόνωσης:Περιλαμβάνει καλύμματα, μονωτικά φύλλα, ανθεκτικές βαλβίδες, τερματικά με θετικό συντελεστή θερμοκρασίας (PTC), κλπ., για να διασφαλίζεται η ασφάλεια της μπαταρίας υπό μη φυσιολογικές συνθήκες.