История литиевых батарей

В начале 1970-х годов исследования литий-ионных аккумуляторов были продвинуты из-за энергетического кризиса. В качестве анодных материалов использовались сплавы Li или Li-Al, включая Li / MnO2, Li / I2, Li / SOCl2, Li / FeS2 и т. Д. Литиевые первичные батареи появлялись одна за другой. В 1970 году японская корпорация Panasonic получила патент на батарею Li / (CF) n в США. Во время процесса разряда (CF) n литировался с образованием C и LiF, и реакция не была обратимой, поэтому литиевая первичная батарея в то время была одноразовой. В 1977 году компания Sanyo, крупнейший в мире производитель литий-ионных аккумуляторов, разработала батарею Li / MnO2, которая сразу же была применена в перезаряжаемом электронном калькуляторе компании, работающем на солнечной энергии. В первоначальном исследовании General Motors (GM) и Аргоннская национальная лаборатория (ANL) в США сосредоточились на системах литий-ионных аккумуляторов, использующих расплавленные соли в качестве электролитов. Сырьем для полюса является литий и сера в расплавленном состоянии, а электролит расплавляется со смешанной литиевой солью, такой как LiCl или KCl. Аккумулятор с расплавленным солевым электролитом при работе требует высокой температуры 45 ° C. Однако такие батареи не могут предотвратить нанесение вреда окружающей среде во время использования, и их емкость быстро снижается. В следующем исследовании исследователи отказались от лития и серы, переключившись на литий-алюминиевый сплав (LiAl) и сульфид железа (FeS и FeS2), хотя это улучшило рабочие характеристики цикла, но за счет литий-ионной батареи с органическим электролитом. работа над литий-ионными батареями, расплавленными при высоких температурах, примерно в 1990 г. в основном закончилась.

Истинное значение литий-ионных батарей было впервые предложено компанией Exxon's Whittingham в 1976 году. Так называемая литий-ионная батарея означает, что в батарее нет элементарного лития. Источником лития являются соединения иона лития. Уиттингем обнаружил, что при комнатной температуре слоистый TiS2 может электрохимически реагировать с металлическим литием и впервые сочетать органические реакции накопления энергии и внедрения. Батарея Li / TiS2 имеет рабочее напряжение около 2 В, и время цикла очень хорошее. За 1000 циклов ослабление емкости составляет всего 0,05% / время. Компания Exxon была представлена на рынке в 1977 году с использованием сплавов LiAl вместо металлического лития в качестве отрицательного электрода для литий-ионных батарей для часов и небольших электронных устройств. После этого одно за другим появляются соединения, которые могут быть обратимо развязаны с литием, представленные VSe2, MoO3, CuTi2S4, V2O5, V6O3 и LiV3O8. В 1980 году канадская MoliEnergy химически вставила 1 моль лития в 1 моль MoS2, чтобы сформировать LiMoS2, чтобы улучшить характеристики электрохимического цикла MoS2 и внедрить его в промышленное производство. Это также самый близкий к прототипу современный литий-ионный аккумулятор.

После 1980-х годов в исследованиях литий-ионных аккумуляторов произошел прорыв: в 1980 году группа Гуденаф создала катодные материалы из LiCoO2; В 1981 году Bell Labs использовала графит для изготовления анодных материалов литий-ионных аккумуляторов. В 1983 году группа Гуденаф изготовила материал положительного электрода LiMn2O4; в 1989 году Мантирам и Гуденаф сообщили, что индукционный эффект полианионов (таких как SO42-) может улучшить рабочее напряжение оксидов металлов; В 1990 году коммерческая литий-ионная вторичная батарея Sony (C / LiCoO2) становится настоящей литий-ионной батареей. Реализуется литиевая вторичная батарея, имеющая графитированный углеродный материал в качестве отрицательного электрода, и ее состав состоит из лития и композитного оксида переходного металла / электролита / графитированного углеродного материала. В 1994 году Тараскон и Гайомар создали систему электролита на основе этиленкарбоната и диметилкарбоната; в 1997 году Гуденаф сообщил о катодном материале LiFePO4. На этом этапе литий-ионный аккумулятор полностью сформирован.

Поскольку разность потенциалов между металлическим литием и графитированным углеродным материалом и литиевым интеркалирующим соединением LiC6 составляет менее 0,3 В, материал отрицательного электрода перезаряжаемой литий-ионной батареи может использоваться без металлического лития. Во время зарядки вторичной литий-ионной батареи литий сначала попадает в графит. В графите литий хранится в межслойных пространствах в середине слоистой структуры, и последующий процесс разряда деинтеркалируется слоями. Этот метод имеет хорошую обратимость, поэтому его можно перезаряжать. Повышена производительность цикла литий-ионного аккумулятора. Кроме того, углеродный материал недорогой, нетоксичный и имеет относительно стабильное состояние разряда в воздухе. Он может не только использовать металлический литий, который не имеет рабочих характеристик, но также может предотвращать образование ответвлений кристаллов лития, а срок службы значительно увеличен. Фундаментальное улучшение безопасности литий-ионных аккумуляторов существенно улучшено.

Страница содержит содержимое машинного перевода.