Batiri lithium-ion tabi batiri Li-ion (ti a pe ni LIB) jẹ iru batiri ti o le gba agbara.Awọn batiri litiumu-ion jẹ lilo igbagbogbo fun ẹrọ itanna to ṣee gbe ati awọn ọkọ ina mọnamọna ati pe wọn n dagba ni olokiki fun ologun ati awọn ohun elo aaye afẹfẹ.Batiri Li-ion Afọwọkọ jẹ idagbasoke nipasẹ Akira Yoshino ni ọdun 1985, da lori iwadii iṣaaju nipasẹ John Goodenough, M. Stanley Whittingham, Rachid Yazami ati Koichi Mizushima lakoko awọn ọdun 1970-1980, ati lẹhinna batiri Li-ion ti iṣowo ti ni idagbasoke nipasẹ a Sony ati ẹgbẹ Asahi Kasei ti Yoshio Nishi ṣe itọsọna ni ọdun 1991. Ni ọdun 2019, Ebun Nobel ninu Kemistri ni a fun Yoshino, Goodenough, ati Whittingham “fun idagbasoke awọn batiri ion lithium”.

Ninu awọn batiri, awọn ions litiumu gbe lati elekiturodu odi nipasẹ elekitiroti kan si elekiturodu rere lakoko itusilẹ, ati pada nigbati gbigba agbara.Awọn batiri Li-ion lo agbo litiumu intercalated bi ohun elo ni elekiturodu rere ati deede lẹẹdi ni elekiturodu odi.Awọn batiri naa ni iwuwo agbara giga, ko si ipa iranti (miiran ju awọn sẹẹli LFP) ati ifasilẹ ara ẹni kekere.Sibẹsibẹ wọn le jẹ eewu aabo nitori wọn ni awọn elekitiroti ti o jo ina, ati pe ti o ba bajẹ tabi gba agbara ti ko tọ le ja si awọn bugbamu ati ina.Samusongi fi agbara mu lati ranti awọn imudani ti Agbaaiye Akọsilẹ 7 lẹhin awọn ina lithium-ion, ati pe ọpọlọpọ awọn iṣẹlẹ ti wa pẹlu awọn batiri lori Boeing 787s.

Kemistri, iṣẹ ṣiṣe, idiyele ati awọn abuda ailewu yatọ si awọn iru LIB.Awọn ẹrọ itanna amusowo lo lo awọn batiri litiumu polima (pẹlu gel polima bi elekitiroti) pẹlu litiumu cobalt oxide (LiCoO2) bi ohun elo cathode, eyiti o funni ni iwuwo agbara giga, ṣugbọn ṣafihan awọn eewu ailewu, paapaa nigbati o bajẹ.Litiumu iron fosifeti (LiFePO4), lithium manganese oxide (LiMn2O4, Li2MnO3, tabi LMO), ati lithium nickel manganese cobalt oxide (LiNiMnCoO2 tabi NMC) funni ni iwuwo agbara kekere ṣugbọn awọn igbesi aye gigun ati o ṣeeṣe ti ina tabi bugbamu.Iru awọn batiri bẹẹ jẹ lilo pupọ fun awọn irinṣẹ ina, ohun elo iṣoogun, ati awọn ipa miiran.NMC ati awọn itọsẹ rẹ jẹ lilo pupọ ni awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina.

Awọn agbegbe iwadii fun awọn batiri lithium-ion pẹlu gigun igbesi aye, jijẹ iwuwo agbara, imudarasi aabo, idinku idiyele, ati jijẹ iyara gbigba agbara, laarin awọn miiran.Iwadi ti wa labẹ ọna ni agbegbe ti awọn elekitiroti ti kii ṣe ina bi ipa ọna si aabo ti o pọ si ti o da lori flammability ati ailagbara ti awọn olomi Organic ti a lo ninu itanna eleto.Awọn ilana pẹlu awọn batiri litiumu-ion olomi, awọn elekitiroti ti o lagbara ti seramiki, awọn elekitiroti polima, awọn olomi ionic, ati awọn ọna ṣiṣe fluorinated darale.

Batiri dipo sẹẹli

Sẹẹli jẹ ẹyọ elekitirokemika ipilẹ ti o ni awọn amọna, oluyapa, ati elekitiroti ninu.

Batiri tabi idii batiri jẹ akojọpọ awọn sẹẹli tabi awọn apejọ sẹẹli, pẹlu ile, awọn asopọ itanna, ati o ṣee ṣe itanna fun iṣakoso ati aabo.

Anode ati cathode amọna
Fun awọn sẹẹli ti o gba agbara, ọrọ anode (tabi elekiturodu odi) ṣe afihan elekiturodu nibiti ifoyina ti n waye lakoko iyipo idasilẹ;awọn miiran elekiturodu ni awọn cathode (tabi rere elekiturodu).Nigba idiyele idiyele, elekiturodu rere di anode ati elekiturodu odi di cathode.Fun ọpọlọpọ awọn sẹẹli litiumu-ion, elekiturodu lithium-oxide jẹ elekiturodu rere;fun awọn sẹẹli lithium-ion titanate (LTO), elekiturodu lithium-oxide jẹ elekiturodu odi.

Itan

abẹlẹ

Varta litiumu-dẹlẹ batiri, Museum Autovision, Altlussheim, Germany
Awọn batiri Lithium ti dabaa nipasẹ kemistri Ilu Gẹẹsi ati olugba ti ẹbun Nobel ti ọdun 2019 fun kemistri M. Stanley Whittingham, ni bayi ni Ile-ẹkọ giga Binghamton, lakoko ti o n ṣiṣẹ fun Exxon ni awọn ọdun 1970.Whittingham lo titanium(IV) sulfide ati irin litiumu bi awọn amọna.Bibẹẹkọ, batiri litiumu gbigba agbara yii ko le ṣe iṣe iṣe.Titanium disulfide jẹ yiyan ti ko dara, nitori pe o ni lati ṣiṣẹpọ labẹ awọn ipo edidi patapata, tun jẹ gbowolori pupọ (~ $ 1,000 fun kilogram kan fun ohun elo aise disulfide titanium ni awọn ọdun 1970).Nigbati o ba farahan si afẹfẹ, titanium disulfide ṣe atunṣe lati ṣẹda awọn agbo ogun sulfide hydrogen, eyiti o ni õrùn ti ko dara ati pe o jẹ majele si ọpọlọpọ awọn ẹranko.Fun eyi, ati awọn idi miiran, Exxon dẹkun idagbasoke ti batiri disulfide lithium-titanium ti Whittingham.[28]Awọn batiri pẹlu awọn amọna litiumu onirin ṣe afihan awọn ọran aabo, bi irin litiumu ṣe n ṣe pẹlu omi, ti n tu gaasi hydrogen flammable silẹ.Nitoribẹẹ, iwadii gbe lati ṣe agbekalẹ awọn batiri ninu eyiti, dipo litiumu ti fadaka, awọn agbo ogun lithium nikan wa, ti o lagbara lati gba ati idasilẹ awọn ions lithium.

Ibaṣepọ iyipada ni graphite ati intercalation sinu awọn oxides cathodic ni a ṣe awari lakoko 1974–76 nipasẹ JO Besenhard ni TU Munich.Besenhard dabaa ohun elo rẹ ni awọn sẹẹli litiumu.Jije elekitiroti ati isọdọkan olomi sinu graphite jẹ awọn apadabọ kutukutu ti o muna fun igbesi aye batiri.

Idagbasoke

1973 – Adam Heller dabaa batiri lithium thionyl chloride, ti a tun lo ninu awọn ẹrọ iṣoogun ti a gbin ati ni awọn eto aabo nibiti o tobi ju igbesi aye selifu ọdun 20, iwuwo agbara giga, ati/tabi ifarada fun awọn iwọn otutu ti n ṣiṣẹ pupọ nilo.
1977 – Samar Basu ṣe afihan intercalation electrochemical ti lithium ni graphite ni University of Pennsylvania.Eyi yori si idagbasoke ti amọna litiumu intercalated lẹẹdi ti o ṣiṣẹ ni Bell Labs (LiC6) lati pese yiyan si batiri elekiturodu irin litiumu.
1979 - Ṣiṣẹ ni awọn ẹgbẹ ọtọtọ, Ned A. Godshall et al., Ati, laipẹ lẹhinna, John B. Goodenough (Olufisa Oxford) ati Koichi Mizushima (Tokyo University), ṣe afihan sẹẹli lithium ti o gba agbara pẹlu foliteji ni iwọn 4 V nipa lilo lithium. koluboti oloro (LiCoO2) bi elekiturodu rere ati irin litiumu bi elekiturodu odi.Atunse yii pese ohun elo elekiturodu rere ti o mu ki awọn batiri litiumu iṣowo tete ṣiṣẹ.LiCoO2 jẹ ohun elo elekiturodu iduroṣinṣin iduroṣinṣin eyiti o ṣe bi oluranlọwọ ti awọn ions litiumu, eyiti o tumọ si pe o le ṣee lo pẹlu ohun elo elekiturodu odi miiran yatọ si irin litiumu.Nipa mimuuṣe lilo iduroṣinṣin ati irọrun lati mu awọn ohun elo elekiturodu odi, LiCoO2 mu awọn ọna batiri gbigba agbara aramada ṣiṣẹ.Godshall et al.tun ṣe idanimọ iru iye kanna ti awọn ohun elo oxide lithium-transition ternary compound gẹgẹbi awọn spinel LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, ati LiFe5O4 (ati nigbamii lithium-copper-oxide ati lithium-nickel-oxide cathode ohun elo ni 1985)
1980 – Rachid Yazami ṣe afihan isọdọmọ elekitirokemika iyipada ti litiumu ni lẹẹdi, o si ṣe elekiturodu lẹẹdi litiumu (anode).Awọn elekitiroti elekitiroti ti o wa ni akoko naa yoo jẹjẹ lakoko gbigba agbara pẹlu elekiturodu odi graphite kan.Yazami lo elekitirolyte to lagbara lati ṣe afihan pe litiumu le ṣe isọdọtun ni graphite nipasẹ ẹrọ eletiriki kan.Ni ọdun 2011, elekiturodu graphite Yazami jẹ elekiturodu ti o wọpọ julọ ti a lo ninu awọn batiri litiumu-ion iṣowo.
Elekiturodu odi ni awọn ipilẹṣẹ rẹ ni PAS (awọn ohun elo semiconductive polyacenic) ti a ṣe awari nipasẹ Tokio Yamabe ati nigbamii nipasẹ Shjzukuni Yata ni ibẹrẹ awọn ọdun 1980.Irugbin ti imọ-ẹrọ yii ni wiwa awọn polymers conductive nipasẹ Ọjọgbọn Hideki Shirakawa ati ẹgbẹ rẹ, ati pe o tun le rii bi o ti bẹrẹ lati batiri lithium ion polyacetylene ti o dagbasoke nipasẹ Alan MacDiarmid ati Alan J. Heeger et al.
1982 – Godshall et al.ni a fun ni itọsi AMẸRIKA 4,340,652 fun lilo LiCoO2 bi awọn cathodes ninu awọn batiri lithium, ti o da lori Godshall's Stanford University Ph.D.iwe afọwọkọ ati 1979 jẹ ti.
1983 - Michael M. Thackeray, Peter Bruce, William David, ati John Goodenough ṣe agbekalẹ spinel manganese gẹgẹbi ohun elo cathode ti o ni idiyele ti iṣowo fun awọn batiri lithium-ion.
1985 – Akira Yoshino kojọ sẹẹli afọwọṣe kan nipa lilo ohun elo carbonaceous eyiti o le fi awọn ions lithium sii bi elekiturodu kan, ati litiumu cobalt oxide (LiCoO2) bi ekeji.Eleyi bosipo dara si ailewu.LiCoO2 ṣiṣẹ iṣelọpọ iwọn ile-iṣẹ ati mu batiri litiumu-ion ti iṣowo ṣiṣẹ.
1989 – Arumugam Manthiram ati John B. Goodenough ṣe awari kilasi polyanion ti cathodes.Wọn fihan pe awọn amọna rere ti o ni awọn polyanions, fun apẹẹrẹ, sulfates, ṣe agbejade awọn foliteji ti o ga ju awọn oxides nitori ipa inductive ti polyanion.Kilasi polyanion yii ni awọn ohun elo bii litiumu iron fosifeti ninu.

<lati tẹsiwaju…>