Лити-ион батерей эсвэл Ли-ион батерей (товчилсон LIB) нь цэнэглэдэг батерейны нэг төрөл юм.Лити-ион батерейг ихэвчлэн зөөврийн цахилгаан хэрэгсэл, цахилгаан тээврийн хэрэгсэлд ашигладаг бөгөөд цэргийн болон сансарын хэрэглээнд улам бүр түгээмэл болж байна.1970-1980-аад оны үед Жон Гуденофф, М.Стэнли Уиттингхэм, Рачид Язами, Коичи Мизүшима нарын хийсэн судалгаан дээр үндэслэн 1985 онд Ли-ион батерейны загвар загварыг Акира Ёшино бүтээсэн бөгөөд дараа нь арилжааны ли-ион батерейг 1991 онд Ёшио Ниши тэргүүтэй Sony болон Асахи Касэй баг. 2019 онд Химийн салбарын Нобелийн шагналыг Ёшино, Гуденоф, Уиттингем нар “литийн ион батерейг хөгжүүлсэний төлөө” хүртжээ.

Батерейнд литийн ионууд цэнэггүй байх үед сөрөг электродоос электролитээр дамжин эерэг электрод руу, цэнэглэх үед буцаж шилждэг.Ли-ион батерейнууд нь эерэг электрод дээр литийн нэгдэл, сөрөг электрод дээр ихэвчлэн бал чулууг ашигладаг.Батерейнууд нь эрчим хүчний өндөр нягтралтай, санах ойд ямар ч нөлөө үзүүлэхгүй (LFP эсээс бусад) ба өөрөө цэнэглэлт багатай.Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь шатамхай электролит агуулсан тул аюулгүй байдалд аюул учруулж болзошгүй бөгөөд гэмтсэн эсвэл буруу цэнэглэгдсэн тохиолдолд дэлбэрэлт, гал түймэр гарч болзошгүй.Лити-ион гал гарсны дараа Samsung компани Galaxy Note 7 утсаа эргүүлэн татахаас өөр аргагүйд хүрсэн бөгөөд Боинг 787 онгоцны батарейтай холбоотой хэд хэдэн зөрчил гарсан.

Хими, гүйцэтгэл, өртөг, аюулгүй байдлын шинж чанарууд нь LIB-ийн төрлүүдэд өөр өөр байдаг.Гар цахилгаан хэрэгсэлд ихэвчлэн литийн полимер батерейг (полимер гель электролит хэлбэрээр) литийн кобальт исэл (LiCoO2) бүхий катодын материал болгон ашигладаг бөгөөд энэ нь эрчим хүчний өндөр нягтралтай боловч ялангуяа гэмтсэн үед аюулгүй байдалд эрсдэл учруулдаг.Лити төмрийн фосфат (LiFePO4), литийн манганы исэл (LiMn2O4, Li2MnO3, эсвэл LMO), литийн никель манганы кобальт исэл (LiNiMnCoO2 эсвэл NMC) нь эрчим хүчний нягтрал багатай ч илүү урт насалж, гал, дэлбэрэлт гарах магадлал багатай.Ийм батерейг цахилгаан хэрэгсэл, эмнэлгийн тоног төхөөрөмж болон бусад ажилд өргөнөөр ашигладаг.NMC болон түүний деривативуудыг цахилгаан машинд өргөн ашигладаг.

Лити-ион батерейны судалгааны чиглэлүүд нь ашиглалтын хугацааг уртасгах, эрчим хүчний нягтралыг нэмэгдүүлэх, аюулгүй байдлыг сайжруулах, өртгийг бууруулах, цэнэглэх хурдыг нэмэгдүүлэх зэрэг орно.Ердийн электролитэд ашигладаг органик уусгагчийн шатамхай, дэгдэмхий чанарт үндэслэн аюулгүй байдлыг нэмэгдүүлэх арга зам болох шатамхай бус электролитийн чиглэлээр судалгаа хийгдэж байна.Стратегид усан лити-ион батерей, керамик хатуу электролит, полимер электролит, ионы шингэн, их хэмжээний фтор агуулсан систем орно.

Батерей ба эс

Эс нь электрод, тусгаарлагч, электролит агуулсан цахилгаан химийн үндсэн нэгж юм.

Батерей эсвэл батерей нь орон сууц, цахилгаан холболт, хяналт, хамгаалалтад зориулагдсан электрон хэрэгсэл бүхий эсүүд эсвэл үүрний багц юм.

Анод ба катодын электродууд
Цэнэглэдэг эсийн хувьд анод (эсвэл сөрөг электрод) гэсэн нэр томъёо нь цэнэгийн мөчлөгийн үед исэлдэлт явагдаж байгаа электродыг илэрхийлдэг;нөгөө электрод нь катод (эсвэл эерэг электрод) юм.Цэнэглэх мөчлөгийн үед эерэг электрод нь анод, сөрөг электрод нь катод болдог.Ихэнх лити-ион эсийн хувьд лити-оксидын электрод нь эерэг электрод юм;титанат лити-ион эсийн (LTO) хувьд лити-оксидын электрод нь сөрөг электрод юм.

Түүх

Суурь

Varta лити-ион зай, Музей Autovision, Altlussheim, Герман
Лити батерейг 1970-аад онд Exxon компанид ажиллаж байхдаа Британийн химич, 2019 оны химийн чиглэлээр Нобелийн шагнал хүртсэн М.Стэнли Уиттингем одоо Бингэмтоны их сургуульд ажиллаж байхдаа санал болгожээ.Уиттингем титан (IV) сульфид ба литийн металыг электрод болгон ашигласан.Гэсэн хэдий ч энэхүү цэнэглэдэг лити батерейг хэзээ ч практик болгож чадахгүй.Титан дисульфид нь бүрэн битүүмжилсэн нөхцөлд нийлэгжих ёстой, бас нэлээд үнэтэй (1970-аад онд титан дисульфидын түүхий эд нь кг тутамд ~ 1000 доллар) байсан тул тааруухан сонголт байсан.Агаарт өртөх үед титан дисульфид урвалд орж хүхэрт устөрөгчийн нэгдэл үүсгэдэг бөгөөд энэ нь тааламжгүй үнэртэй бөгөөд ихэнх амьтдад хортой байдаг.Энэ болон бусад шалтгааны улмаас Exxon Whittingham-ийн лити-титан дисульфидын батерейг хөгжүүлэхээ зогсоов.[28]Металл лити электродтой батерейнууд нь литийн металл устай урвалд орж, шатамхай устөрөгчийн хий ялгаруулдаг тул аюулгүй байдлын асуудалтай тулгардаг.Үүний үр дүнд метал литийн оронд зөвхөн литийн нэгдлүүд агуулагддаг ба литийн ионыг хүлээн авч, ялгаруулах чадвартай батерейг бүтээхээр судалгаа хийсэн.

Графит дахь урвуу интеркаляци ба катодын исэлд хувирахыг 1974-76 онд Мюнхен Т.У.-д Ж.О.Бесенхард нээсэн.Бесенхард үүнийг литийн эсүүдэд ашиглахыг санал болгов.Электролитийн задрал, уусгагчийг бал чулуу болгон нэгтгэх нь батерейны ашиглалтын эхэн үеийн ноцтой дутагдал байв.

Хөгжил

1973 он - Адам Хеллер 20-иос дээш жил хадгалах хугацаа, эрчим хүчний өндөр нягтрал ба/эсвэл хэт өндөр температурт тэсвэртэй байх шаардлагатай эмнэлгийн төхөөрөмж болон хамгаалалтын системд ашиглагдаж байгаа лити тионил хлоридын зайг санал болгов.
1977 он - Самар Басу Пенсильванийн их сургуульд бал чулуу дахь литийн электрохимийн харилцан үйлчлэлийг үзүүлэв.Энэ нь Bell Labs (LiC6) дээр литийн металл электродын батерейг өөр хувилбараар хангахын тулд ажиллах боломжтой лити хоорондын графит электродыг хөгжүүлэхэд хүргэсэн.
1979 он – Нед А.Годшалл нар, удалгүй Жон Б.Гүүдефф (Оксфордын их сургууль) болон Коичи Мизүшима (Токиогийн их сургууль) нар тусдаа бүлгүүдэд хуваагдан ажиллаж, лити ашиглан 4 В-ын хүчдэлтэй цэнэглэдэг лити эсийг үзүүлжээ. кобальтын давхар исэл (LiCoO2) эерэг электрод, литийн металл сөрөг электрод болно.Энэхүү шинэлэг зүйл нь литийн батерейг арилжааны эхэн үед ашиглах боломжтой эерэг электродын материалыг өгсөн.LiCoO2 нь литийн ионуудын донорын үүргийг гүйцэтгэдэг тогтвортой эерэг электродын материал бөгөөд энэ нь литийн металаас бусад сөрөг электродын материалд ашиглах боломжтой гэсэн үг юм.Тогтвортой, ажиллахад хялбар сөрөг электродын материалыг ашиглах боломжийг олгосноор LiCoO2 нь шинэ цэнэглэдэг батерейны системийг идэвхжүүлсэн.Godshall нар.шпинель LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, LiFe5O4 зэрэг гурвалсан нийлмэл литийн шилжилтийн металл ислийн ижил төстэй үнэ цэнийг тодорхойлсон (мөн хожим нь 1985 оны лити-зэс-оксид, лити-никель-оксидын катодын материал)
1980 он - Рачид Язами бал чулуу дахь литийн урвуу цахилгаан химийн харилцан үйлчлэлийг үзүүлж, литийн бал чулууны электродыг (анод) зохион бүтээжээ.Тухайн үед бэлэн байсан органик электролитууд нь бал чулуу сөрөг электродоор цэнэглэх үед задардаг.Язами хатуу электролит ашиглан литийг цахилгаан химийн механизмаар дамжуулан бал чулуунд урвуу байдлаар нэгтгэж болохыг харуулсан.2011 оны байдлаар Язамигийн бал чулуу электрод нь арилжааны лити-ион батерейнд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг электрод байв.
Сөрөг электрод нь 1980-аад оны эхээр Токио Ямабе, дараа нь Шжзукуни Ята нарын нээсэн PAS (полиацин хагас дамжуулагч материал) -аас гаралтай.Профессор Хидеки Ширакава болон түүний бүлэг дамжуулагч полимерүүдийг нээсэн нь энэ технологийн үрийг мөн Алан МакДиармид, Алан Ж. Хигер нар бүтээсэн полиацетилен лити ион батерейгаас эхлүүлсэн гэж үзэж болно.
1982 - Godshall нар.Годшаллын Стэнфордын их сургуулийн докторын зэрэг хамгаалсны үндсэн дээр LiCoO2-ийг литийн батерейнд катод болгон ашиглах АНУ-ын 4,340,652 патентыг авсан.диссертаци, 1979 оны нийтлэл.
1983 он – Майкл М.Такерей, Питер Брюс, Уильям Дэвид, Жон Гуденоф нар лити-ион батерейнд зориулсан арилжааны зориулалттай цэнэглэгдсэн катодын материал болгон манганы шпинель бүтээжээ.
1985 он – Акира Ёшино нэг электрод болгон литийн ион, нөгөөд нь литийн кобальт исэл (LiCoO2) оруулах боломжтой нүүрстөрөгчийн материалыг ашиглан загвар эсийг угсарчээ.Энэ нь аюулгүй байдлыг эрс сайжруулсан.LiCoO2 нь үйлдвэрлэлийн хэмжээний үйлдвэрлэлийг идэвхжүүлж, арилжааны лити-ион батерейг идэвхжүүлсэн.
1989 он – Арумугам Мантирам, Жон Б.Гүденоф нар катодын полианионы ангиллыг нээсэн.Полианионы индуктив нөлөөгөөр сульфат гэх мэт полианион агуулсан эерэг электродууд нь ислээс өндөр хүчдэл үүсгэдэг болохыг тэд харуулсан.Энэ полианионы ангилалд литийн төмрийн фосфат зэрэг материалууд орно.

<үргэлжлүүлэх ...>