Ang lithium-ion nga baterya o Li-ion nga baterya (gipamubo nga LIB) usa ka matang sa rechargeable nga baterya.Ang mga baterya nga lithium-ion sagad nga gigamit alang sa madaladala nga mga elektroniko ug de-koryenteng mga salakyanan ug nagkadako ang pagkapopular sa mga aplikasyon sa militar ug aerospace.Usa ka prototype nga Li-ion nga baterya ang gimugna ni Akira Yoshino niadtong 1985, base sa naunang panukiduki ni John Goodenough, M. Stanley Whittingham, Rachid Yazami ug Koichi Mizushima sa panahon sa 1970s–1980s, ug unya usa ka komersyal nga Li-ion nga baterya ang gihimo sa usa ka Ang Sony ug Asahi Kasei team nga gipangulohan ni Yoshio Nishi sa 1991. Sa 2019, Ang Nobel Prize sa Chemistry gihatag ngadto kang Yoshino, Goodenough, ug Whittingham "alang sa pagpalambo sa lithium ion batteries".

Sa mga baterya, ang mga lithium ion mobalhin gikan sa negatibo nga electrode pinaagi sa usa ka electrolyte ngadto sa positibo nga electrode sa panahon sa pag-discharge, ug pabalik kung nag-charge.Ang mga baterya sa Li-ion naggamit sa usa ka intercalated lithium compound ingon nga materyal sa positibo nga electrode ug kasagaran graphite sa negatibo nga electrode.Ang mga baterya adunay taas nga densidad sa enerhiya, walay epekto sa memorya (gawas sa mga selula sa LFP) ug ubos nga pag-discharge sa kaugalingon.Bisan pa, kini mahimong peligro sa kaluwasan tungod kay kini adunay mga masunog nga electrolyte, ug kung madaot o dili husto ang pagkarga mahimong mosangput sa mga pagbuto ug sunog.Napugos ang Samsung nga hinumdoman ang mga handset sa Galaxy Note 7 pagkahuman sa mga sunog sa lithium-ion, ug adunay daghang mga insidente nga naglambigit sa mga baterya sa Boeing 787s.

Ang chemistry, performance, gasto ug kaluwasan nga mga kinaiya managlahi sa tanang matang sa LIB.Ang mga handheld electronics kasagaran naggamit sa lithium polymer batteries (nga adunay polymer gel isip electrolyte) nga adunay lithium cobalt oxide (LiCoO2) isip cathode material, nga nagtanyag og taas nga densidad sa enerhiya, apan nagpresentar sa mga risgo sa kaluwasan, ilabi na kung nadaot.Ang Lithium iron phosphate (LiFePO4), lithium manganese oxide (LiMn2O4, Li2MnO3, o LMO), ug lithium nickel manganese cobalt oxide (LiNiMnCoO2 o NMC) nagtanyag og mas ubos nga densidad sa enerhiya apan mas taas nga kinabuhi ug mas gamay ang posibilidad sa sunog o pagbuto.Ang ingon nga mga baterya kaylap nga gigamit alang sa mga gamit sa kuryente, kagamitan sa medikal, ug uban pang mga tahas.Ang NMC ug ang mga gigikanan niini kaylap nga gigamit sa mga de-koryenteng salakyanan.

Ang mga lugar sa panukiduki alang sa mga baterya sa lithium-ion naglakip sa pagpalugway sa kinabuhi, pagdugang sa density sa enerhiya, pagpaayo sa kaluwasan, pagkunhod sa gasto, ug pagdugang sa katulin sa pag-charge, ug uban pa.Ang panukiduki nagpadayon sa lugar sa dili masunog nga mga electrolyte ingon usa ka agianan sa dugang nga kaluwasan base sa pagkasunog ug pagkasunud sa mga organikong solvent nga gigamit sa kasagaran nga electrolyte.Ang mga estratehiya naglakip sa aqueous nga lithium-ion nga mga baterya, ceramic solid electrolytes, polymer electrolytes, ionic nga mga likido, ug daghang fluorinated nga mga sistema.

Baterya batok sa cell

Ang usa ka cell usa ka sukaranan nga yunit sa electrochemical nga adunay mga electrodes, separator, ug electrolyte.

Ang baterya o battery pack usa ka koleksyon sa mga cell o cell assemblies, nga adunay mga balay, mga koneksyon sa elektrisidad, ug posible nga mga elektroniko alang sa pagkontrol ug proteksyon.

Anode ug cathode electrodes
Alang sa mga rechargeable nga mga selula, ang termino nga anode (o negatibo nga electrode) nagtumong sa electrode diin ang oksihenasyon nahitabo sa panahon sa pagdiskarga;ang laing electrode mao ang cathode (o positibo nga electrode).Atol sa siklo sa pagsingil, ang positibo nga electrode mahimong anode ug ang negatibo nga electrode nahimo nga cathode.Alang sa kadaghanan sa mga selula sa lithium-ion, ang lithium-oxide electrode mao ang positibo nga electrode;alang sa titanate lithium-ion cells (LTO), ang lithium-oxide electrode mao ang negatibo nga electrode.

Kasaysayan

Background

Varta lithium-ion nga baterya, Museum Autovision, Altlussheim, Germany
Ang lithium batteries gisugyot sa British chemist ug co-recipient sa 2019 Nobel prize for chemistry M. Stanley Whittingham, karon sa Binghamton University, samtang nagtrabaho sa Exxon sa 1970s.Gigamit ni Whittingham ang titanium(IV) sulfide ug lithium metal isip mga electrodes.Bisan pa, kini nga rechargeable lithium nga baterya dili mahimo nga praktikal.Ang Titanium disulfide usa ka dili maayo nga pagpili, tungod kay kini kinahanglan nga i-synthesize ubos sa hingpit nga selyado nga mga kondisyon, nga medyo mahal usab (~ $ 1,000 matag kilo alang sa titanium disulfide nga hilaw nga materyal sa 1970s).Kung ma-expose sa hangin, ang titanium disulfide mo-react aron maporma ang hydrogen sulfide compound, nga adunay dili maayo nga baho ug makahilo sa kadaghanan sa mga hayop.Tungod niini, ug uban pang mga rason, gihunong sa Exxon ang pag-ugmad sa lithium-titanium disulfide nga baterya ni Whittingham.[28]Ang mga baterya nga adunay metallic lithium electrodes nagpakita sa mga isyu sa kaluwasan, tungod kay ang lithium metal nag-reaksyon sa tubig, nagpagawas sa masunog nga hydrogen gas.Tungod niini, ang panukiduki mibalhin sa paghimo og mga baterya diin, imbes nga metallic lithium, mga lithium compound lamang ang anaa, nga makahimo sa pagdawat ug pagpagawas sa mga lithium ions.

Ang mabalik nga intercalation sa graphite ug intercalation ngadto sa cathodic oxides nadiskobrehan sa 1974-76 ni JO Besenhard sa TU Munich.Gisugyot ni Besenhard ang paggamit niini sa mga selula sa lithium.Ang pagkadunot sa electrolyte ug ang co-intercalation sa solvent ngadto sa graphite maoy grabe nga sayo nga mga kakulian sa kinabuhi sa baterya.

Pag-uswag

1973 – Gisugyot ni Adam Heller ang lithium thionyl chloride nga baterya, nga gigamit gihapon sa gitanum nga medikal nga mga himan ug sa mga sistema sa depensa diin gikinahanglan ang labaw pa sa 20 ka tuig nga estante sa kinabuhi, taas nga densidad sa enerhiya, ug/o pagkamatugtanon sa grabeng temperatura sa pag-operate.
1977 – Gipakita ni Samar Basu ang electrochemical intercalation sa lithium sa graphite sa University of Pennsylvania.Kini misangpot sa pag-uswag sa usa ka magamit nga lithium intercalated graphite electrode sa Bell Labs (LiC6) aron makahatag og alternatibo sa lithium metal electrode battery.
1979 - Nagtrabaho sa managlahing grupo, Ned A. Godshall et al., ug, wala madugay human niadto, si John B. Goodenough (Oxford University) ug Koichi Mizushima (Tokyo University), nagpakita sa usa ka rechargeable lithium cell nga adunay boltahe sa 4 V range gamit ang lithium cobalt dioxide (LiCoO2) ingon nga positibo nga electrode ug lithium metal ingon nga negatibo nga electrode.Kini nga kabag-ohan naghatag sa positibo nga electrode nga materyal nga nakapahimo sa sayo nga komersyal nga mga baterya sa lithium.Ang LiCoO2 usa ka lig-on nga positibo nga electrode nga materyal nga naglihok ingon usa ka donor sa mga lithium ion, nga nagpasabut nga magamit kini sa usa ka negatibo nga materyal sa elektrod gawas sa metal nga lithium.Pinaagi sa pagpagana sa paggamit sa lig-on ug sayon-sa-pagdumala sa negatibo nga mga materyales sa elektrod, ang LiCoO2 nakapahimo sa bag-ong rechargeable nga sistema sa baterya.Godshall et al.dugang nga giila ang susama nga kantidad sa ternary compound lithium-transition metal-oxides sama sa spinel LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, ug LiFe5O4 (ug sa ulahi lithium-copper-oxide ug lithium-nickel-oxide cathode nga mga materyales sa 1985)
1980 – Gipakita ni Rachid Yazami ang mabalikbalik nga electrochemical intercalation sa lithium sa graphite, ug nag-imbento sa lithium graphite electrode (anode).Ang mga organikong electrolyte nga magamit sa panahon madugta sa panahon sa pag-charge gamit ang negatibo nga graphite nga electrode.Gigamit ni Yazami ang usa ka solid electrolyte aron ipakita nga ang lithium mahimong mabalik nga intercalated sa graphite pinaagi sa usa ka mekanismo sa electrochemical.Kaniadtong 2011, ang graphite electrode ni Yazami mao ang labing sagad nga gigamit nga electrode sa komersyal nga mga baterya sa lithium-ion.
Ang negatibo nga electrode adunay gigikanan sa PAS (polyacenic semiconductive material) nga nadiskobrehan ni Tokio Yamabe ug sa ulahi ni Shjzukuni Yata sa sayong bahin sa 1980s.Ang liso niini nga teknolohiya mao ang pagkadiskobre sa conductive polymers ni Propesor Hideki Shirakawa ug sa iyang grupo, ug kini makita usab nga nagsugod gikan sa polyacetylene lithium ion nga baterya nga gimugna ni Alan MacDiarmid ug Alan J. Heeger et al.
1982 – Godshall et al.gihatagan og US Patent 4,340,652 alang sa paggamit sa LiCoO2 isip mga cathodes sa lithium batteries, base sa Godshall's Stanford University Ph.D.disertasyon ug 1979 nga mga publikasyon.
1983 – Si Michael M. Thackeray, Peter Bruce, William David, ug John Goodenough nakamugna ug manganese spinel isip usa ka may kalabotan sa komersyo nga gikargahan sa cathode nga materyal alang sa lithium-ion nga mga baterya.
1985 – Si Akira Yoshino nag-assemble ug prototype cell gamit ang carbonaceous nga materyal diin ang lithium ions mahimong isulod isip usa ka electrode, ug lithium cobalt oxide (LiCoO2) isip usa.Kini mahinuklugong mipauswag sa kaluwasan.Ang LiCoO2 nakapahimo sa industriyal nga produksiyon ug nakapahimo sa komersyal nga lithium-ion nga baterya.
1989 – Nadiskobrehan ni Arumugam Manthiram ug John B. Goodenough ang polyanion nga klase sa mga cathode.Gipakita nila nga ang mga positibo nga electrodes nga adunay polyanion, pananglitan, mga sulfate, nagpatunghag mas taas nga mga boltahe kaysa mga oxide tungod sa inductive nga epekto sa polyanion.Kini nga klase nga polyanion adunay mga materyales sama sa lithium iron phosphate.

< ipadayon...>