Литий-ионные батареи анодные и катодные материалы

В любой батарее есть два электрода, которые отвечают за химическую реакцию, дающую энергию. Электрод, который отвечает за высвобождение электронов во время разряда батареи, называется катодом. Электрод, который отвечает за поглощение тех электронов, которые высвободились во время разряда, называется анодом. В батарее катод всегда является отрицательным электродом, а анод - всегда положительным электродом.

На аноде и катоде литий-ионной батареи хранятся ионы лития. Электролит внутри батареи переносит положительно заряженные ионы лития от катода к аноду и наоборот во время процессов разрядки и зарядки. Это движение ионов лития создает свободные электроны на катоде, которые, в свою очередь, создают положительный заряд на положительном токосъемнике. После этого электрический ток течет от токоприемника к коллектору отрицательного тока, приводя в действие ваше устройство.

Какие материалы используются для анода и катода?

Катод

В большинстве литий-ионных батарей в качестве материала используется графит. Графит, используемый в катоде, производится либо синтетически, что называется искусственным графитом, либо добывается из земли, что называется природным графитом. Затем графит обрабатывается перед нанесением на медную фольгу, которая служит катодом в литий-ионной батарее.

Литий используется в виде солей ионов, растворенных в электролите литий-ионных аккумуляторов; однако литий можно использовать в качестве материала для самого катода, а также в некоторых батареях.

В литий-ионных аккумуляторах материал катода должен соответствовать следующим требованиям:

· Материал должен иметь хорошую проводимость и пористость.

· Он должен быть легким и прочным.

· Чтобы батареи оставались дешевыми, они должны быть низкими.

· Материал должен соответствовать напряжению анода аккумулятора.

Анод

При производстве анода литий-ионной батареи используется несколько вариантов материала. Материал, используемый в аноде литий-ионных аккумуляторов, должен быть очень чистым и не содержать нежелательных металлических примесей. Анод в литий-ионных аккумуляторах представляет собой смесь лития и других металлов. В то время как материал катода в литий-ионной батарее хорошо оптимизирован, материал анода открыт для усовершенствований, и сегодняшние исследования сосредоточены на этой конкретной области.

Анод литий-ионных аккумуляторов имеет активные материалы. Он состоит из кобальта, никеля и марганца, представленных в кристаллической структуре, которая образует полиметаллический оксидный материал. Затем к смеси на заключительном этапе добавляют литий.

Почему литий - хороший выбор в качестве анода батареи?

При проектировании катода в литий-ионной батарее использование материала большой емкости является решающим фактором с точки зрения дизайна. Вот почему щелочные металлы - это выбор. Кроме того, материалы, используемые для анода литий-ионных аккумуляторов, должны иметь высокое энергосодержание. Литий в настоящее время является предпочтительным выбором для использования в качестве катода литий-ионных батарей. Это большинство щелочных материалов, с которыми легко обращаться осторожно. Это самый легкий и самый электроположительный металл среди щелочных металлов. Литий также имеет наивысшее значение удельной емкости из-за его низкой плотности.

Все предыдущее сделало литий идеальным материалом для анода. Кроме того, использование лития в качестве катода дает еще несколько преимуществ, а именно:

· Литий - хороший восстановитель.

· Может быть получено более высокое напряжение.

· Высокая плотность энергии и электрохимический эквивалент высокой емкости.

· Литий - хороший проводящий агент.

· Литий обладает превосходной механической стабильностью.

· Литий прост в изготовлении и изготовлении.

Как выбрать лучшие анодные и катодные материалы для литий-ионных аккумуляторов?

Катодные материалы

Наиболее часто используемые материалы для анода литий-ионных батарей - это материалы на основе углерода и литиевых сплавов. Чтобы избежать каких-либо проблем с безопасностью, рекомендуется использовать электрод с минимальным потенциалом интеркаляции. Элементы, присутствующие в этом сплаве, делают вставленный литий менее реактивным по отношению к электролиту. Более того, использование этого сплава позволяет использовать меньше лития в батарее, что, в свою очередь, делает ее более безопасной, поскольку меньшее количество лития означает меньшую реактивность, что приводит к меньшему риску возгорания.

При выборе материала для катода в литий-ионных батареях материал должен иметь хорошую проводимость и пористость, поэтому предпочтительным выбором является графит из-за его молекулярной структуры, которая соответствует этому профилю. Он также должен быть прочным и легким. Причем материал должен соответствовать напряжению анода внутри той же батареи.

Стоимость также является огромным фактором при выборе материала для катода. Материал должен быть недорогим, чтобы производитель мог гарантировать, что батарея будет дешевле и легко продана на рынке.

Материалы анода

Анод в литий-ионных батареях является наиболее активным электродом внутри батареи. Материал анода полностью зависит от литий-ионной батареи и ее применения. Анод не нужно литиировать, поскольку металлический литий действует как отрицательный электрод. В литий-ионных батареях, поскольку угольный электрод, который действует как отрицательный электрод, не содержит лития, положительный электрод-вывод должен действовать как источник лития. Поэтому при выборе анодных материалов наиболее распространенными материалами являются:

· Литий-марганцевые шпинели (Li-Mn-O)

· Оксиды металлов лития.

Оливины (LiFePO4)