E lekwa kia katode i nto antete ya ions de litio muna .bateri ya ion ya litium. Na ntangu ya kutula charge, bo kebasisaka ba ion ya litium na kati ya réseau ya kristale ya kima yina kele na cathode mpi yo kekotaka na kima yina kele na anode; nsuka ke salamaka na ntangu ya kubasisa masa. Kuvutuka mpi plateau ya voltage ya kima ya cathode na ntangu ya kutula charge mpi ya kukatula charge ke sadisaka mingi na kuzaba ngolo ya ba batterie ya litium-ion. Dyaka, sambu kima ya katode kele ti bibende bonso litium, cobalt, mpi nickel, yo kesala kitini ya kuluta mfunu ya ntalu ya bateri ya litium-ion.
Kusala bima ya katode yina kele ti ngolo mingi, voltage ya ngolo ya ke basikaka, luzingu ya nda, mpi kukonda mpasi ya kusala yo kele mfunu mingi. E lekwa kiambote kia katode kifwete lungisa mambu mama mamfunu melanda.
(1) Yo kele ti ngolo ya nene ya redox, yina ke salaka nde bateri kubasisa voltage ya ngolo.
(2) Lenda baka ba ion ya litium mingi, ebuna yo ke salaka nde batterie kuvanda ti ngolo mingi.
(3) Na ntangu ya kukotisa mpi kubasisa ba ion ya litium, kima yina kele na katode lenda tanina ngolo na yo, ebuna yo lenda sala nde electrode kuzinga mingi.
(4) Yo kele ti ngolo ya mbote ya kunata bima na nzila ya bima ya elektroniki mpi ya ba ion, yo ke fiotunaka mpenza ngolo yina bo ke vidisaka sambu na ba effet ya polarisation, ebuna yo ke salaka nde batterie kuvanda ti makuki ya kufulusa mpi ya kukatula nswalu.
(5) Voltage ya bateri yina ke salaka fwete vanda na kati ya ba stabilité électrochimique ya électrolyte, mpidina ba reaction chimique ya kukonda mfunu lenda salama ve na kati ya kima yina kele na électrode mpi électrolyte.
(6) Yo fwete vanda kaka ve ti ntalu ya fioti mpi mutindu ya pete ya kusala bima, kansi yo fwete monisa mpi nde yo ke taninaka ve mupepe.
Vana ntandu, e lekwa kia katode kifwete mpe songa vo kiambote kikilu muna salu kia electrochimia ye kia tiya.
Bima ya katode yina kele lenda kabuana mingi na bitini tatu na kutadila luswaswanu ya ntungulu na bau ya kristale: ntungulu ya 1 ya ba nsinga, mutindu oxide de cobalt de litium (LiCoO2) mpe bima ya tatu (LiNiCo, Mni-x-yO2); nsikudukusu ya olivine, mutindu fosfate ya kibende ya litium (LiFePO4); nsongo ya ntungulu ya spinel, bonso nsongo ya manganèse ya litium (LiMn2O4) mpi nsongo ya manganèse ya nikele ya litio (LiNi10,5Mn1,5O4). Mingi ya ba cathode kele na ba densité ya ngolo ya kuswaswana, bikalulu ya électrochimique, mpe ba ntalu, nsuka-nsuka yau ke sala ti yau fwana na bisalu ya kuswaswana mpe na ba scénario ya kusadila. Bima ya katode ya ntungulu ya ntungulu ke tadila bima ya katode yina kele na ntungulu ya mikrokristaline ya ntungulu, mingi-mingi yina kele ti oxide ya cobalt ya litium, oxide ya manganèse ya cobalt ya litium nickel, mpi oxide ya manganèse ya kele ti litium-. Na kati na yau, oxide ya cobalt ya litium mpe oxide ya cobalt ya manganèse ya nickel ya litium kele bima ya cathode ya kusadila mingi ntangu yayi samu na ba batterie ya litium-ion na bima ya elektroniki ya digitale mpe ba batterie ya litium-ion ya ngolo. Bau ke zabanaka na ngolo ya mingi, na bisalu ya mbote ya nzietelo, mpe na bisalu ya mbote na kimvuka, kansi kitezo ya mingi ya bibende mutindu nickel, cobalt, mpe manganèse ke nataka mbongo mingi.
Kima ya katode ya oxide de cobalt ya litium
Oxyde de cobalt de litium (LiCoO2) me monana na muntu ya mayele ya Amerika mpe me baka lufutu ya nene na mambu ya kimunganga, J. B. Goodenough, mpe me tekama ntete na kompani Sony ya Japon na ba mvula 1990. Ata bubu yai, oxide de cobalt de litium kele kaka mosi na kati ya bima ya cathode yina kele ti ngolo ya kuluta mingi ya volumétrique. Muna kuma kiaki, isadilwanga kikilu muna lekwa ya cellulaire de pouche digitale ina vo ivavanga ngolo zayingi, nze telefone za moko, montre za ngangu ye nlonga mia Bluetooth.
Lithium cobalt oxide (LiCoO2), as one of the earliest commercially available cathode materials, possesses a volumetric energy density unmatched by other cathode materials. Electrodes prepared from LiCoO2 can achieve a compaction density exceeding 4.2 g/cm², and a specific capacity of 185 mA·h/g at high voltage (>4,45V). Dyaka, LiCoO2 kemonisaka ngolo ya kuluta mbote ya kunata bima na nzila ya elektroniki mpi ya ba ionic, ngolo ya kusadila mbote, mpi bikalulu ya kucharger nswalu-, yo kelungisaka mambu yina babateri ya elektroniki ya ntangu yai kelombaka mpi yo kevandaka ti bisadilu mingi. Na kutadila bikalulu yai, LiCoO2 me bikala mosi na kati ya bima ya kuluta mbote ya bo ke sadilaka sambu na kusala katode tii bubu yai.
Ba nzila ya nene ya kutunga sambu na oxide ya cobalt ya litium kele kusala bima ya ngolo na tiya ya ngolo, kusala bima ya sol{2}}gel, mpi kusala coprecipitation na tiya fioti. Kuvukisa bima ya ngolo-ya temperature ya ngolo kelombaka kuvukisa mungwa ya litium ti cobalt-yina kele ti ba oxide to ba hydroxyde na ratio mosi ya stoïchiométrique mosi buna, na nima kuyoka masa yina na tiya ya kufwana sambu na ntangu mosi buna, na nima kuyoka yo madidi mpi kuyoka yo na zulu ya bima yina bo kebingaka obta. Ata metode ya kusala bima ya ngolo-ya temperature ya ngolo ke sadilamaka mingi na bisalu ya bisalu, yo ke bakaka ntangu-, yo ke lombaka ba temperature ya ngolo ya kusala bima, mpi yo ke basisaka ba poudre ya nene mpi ya kukonda kiteso yina kele ti ba deviations stoïchiométriques ya nene, yina ke salaka nde ntalu ya bima kukuma mingi.
Bima ya katode ya fosfate
Muna mvu wa 1997, Goodenough ye akaka. ntete bo pesaka ngindu ya kusala fosfate ya kibende ya litium (LiFePO4) bonso kima yina bo lenda sadila sambu na kusala babateri ya litium-ion.
Sambu na ntalu na yo ya fioti, mutindu na yo ya kusala mambu mbote, mpi na lutaninu na yo ya ngolo, kima yai me kumaka malembe-malembe mosi na kati ya bima yina bantu ke zolaka mingi sambu na kusala babateri ya litium-ion na bisi ya kura mpi na bisadilu yina ke bumbaka ngolo.
Fosfate ya kibende ya litium (LiFePO4) ke kabulaka ntungulu ya kristale mpe ngidika ya kristale ya mutindu mosi na fosfate ya kibende (FePO4). Yau ketendula nde kima yango kekutanaka ti nsoba ya fyoti ya volime na ntangu ya kukotisa/kukatula ba-ion ya litium-, yina kebuyisaka mpenza kubeba ya réseau yina kekatukaka na kuyela to na kukulumuka ya volime. Dyaka, kikalulu yai kesalaka nde kura kuvanda mbote na kati ya bima yina kevandaka na kati ya bima yina kevandaka na kati ya bima yina kesadisaka na kunata kura, ebuna yo kesalaka nde kura kuvanda mbote na nziunga ya nzietelo mpi yo zinga mingi. Na zulu ya mambu yina, fosfate ya kibende ya litium me zabanaka sambu na mutindu yo ke bebisaka ve mupepe, yo ke lombaka ve mbongo mingi, yo ke vandaka ti lutaninu ya mbote, yo ke vandaka ti ngolo ya mingi ya kuzaba mambu (kiteso ya 170 mA·h/g), mpi yo ke vandaka ti plateforme ya charge/décharge yina ke sobaka ve. Na kutadila mambote yai, bo ke tadilaka fosfate ya kibende ya litium bonso nsola ya mbote sambu na bima ya katode na bisadilu ya nene-ya kubumba ngolo.
Ba nzila yina kele na ba nzila ya sol-gel, ba tekiniki ya coprecipitation, mpe ba nzila ya hydrothermique. Na sikisiki yonso, synthèse hydrothermique ke basisaka mbala mosi kima yina bo ke zola kusala na kati ya autoclave na kumatisaka tiya mpi ngolo, na kusadilaka bima ya kibende, ya litium mpi ya phosphore yina kele nswalu bonso bima ya ntete. Metode yai mezabanaka sambu na mutindu na yo ya kusala mambu kukonda mpasi, nene ya bima ya fyoti mpi ya kufwanana, mpi yo kesadilaka ve ngolo mingi. Kansi, yau kele na bandilu sambu na bisalu ya bisalu, ntetentete sambu na mfunu ya bima ya bo mesala na mutindu mosi ya sipesiali yina kekangamaka na mpasi-. Na ndambu yankaka, coprecipitation kesalamaka na nzila ya solution, kisika yina morphologie ya precursor kesimbamaka na mambu ya mutindu na mutindu mutindu concentration, luyalu ya temperature, kuyidika pH, mpe vitesi ya kunikisa. Na kutadila kisalu ya mfunu yina baparametre yai kesalaka na kisalu ya kima ya nsuka ya LiFePO ya bo mesala sintere, kupona mbote-mbote mambu yina bo fwete sala sambu na kumeka kele mfunu mingi. Bima yina bo ke yidikaka na mutindu yai ke vandaka kaka ve ti bikalulu ya mbote ya microstructure (disongidila, nene ya fioti mpi ya mutindu mosi) kansi yo ke monisaka mpi bikalulu ya mbote ya electrochimique; kansi, yau kele mfunu na kuzaba nde kisalu yonso kele mpasi mingi, mpi bampasi ya kufiltrer mpi mambu ya kusadila mvindu lenda basika na ntangu ya kusala kisalu.
Oxide de manganèse de litium mpi bima ya cathode ya me simbama na manganèse ya litium
Oxyde ya manganèse ya litium
Na bansosa ya bima ya katode ya ba batterie ya litium-ion, kima yankaka ya mfunu mpi ya bo lenda teka kele kima ya katode ya spinel-structuré oxide de manganèse de litium (LiMn2O4) yina Thackeray et al. na mvu 1983. Oxide de manganèse de litium structured de spinel-kele na kati ya ngidika ya kristale ya kibende. Kima na yau ya kimunganga kele LiMn2O4. Na kati ya ntungulu ya kristale ya LiMn2O4, oxygène kele na kati ya ntungulu ya kibende ya kukangama-ya kele na kati-kati ya luse-, na ntangu yina manganèse ti oxygène ke salaka ntungulu ya octaèdre, mutindu kifwanisu yina kele na nsi ke monisa yo.
Manganèse kele mingi na bima ya lugangu, mpe ba tekiniki ya kubongisa samu na spinel-type oxide de manganèse de litium (LiMn2O4) ke monisa bifu ya mutindu na mutindu. Nzila ya kusala bima mpi teknolozi ya kusadila bima yango ke vandaka ti bupusi ya ngolo na mutindu bima ya fioti-fioti mpi na kuyela ya mbuma ya kima ya nsuka ke basikaka. Na yau, kuyidika mbote-mbote bisalu yai ya kusala bima kele mfunu mingi sambu na kutomisa bisalu ya electrochimie ya bima ya electrode na bisadilu ya kyeleka. Na ntangu yai, ba inzo ya bisalu mpe ba inzo ya malongi ke sadilaka mingi mitindu zole ya nene ya ba nzila samu na kubongisa LiMn2O4: mosi me simbama na nguizani na kati ya bima ya ntete ya ngolo, mutindu ba mvutu ya ngolo-ya temperature ya ngolo, synthèse ya lusadisu ya ba nzila ya micro-ondes -, mpe lusadusu ya impregnation.
Kitini yankaka ke tadila kubaluka ya kimunganga na kisika ya masa, na ba mbandu ya kifwani yina kele na tekiniki ya sol-gel, synthèse hydrothermique, mpe ba tekiniki ya coprecipitation. LiMnzO4 me benda dikebi ya bantu mingi sambu na ntalu na yo ya mbote, ngolo na yo ya tiya, ngolo na yo ya kutelemina charge ya kuluta ndilu, mpi mambote na yo ya mbote sambu na mupepe. Kansi, kima yai kele ti bifu na yina metala kutambula na velo mpi kubumba bima, mingimingi na bisika ya tiya mingi, kisika kisalu na yo ya kutambula na velo kebebaka mingi, ebuna yo kesalaka nde yo konda ngolo yina lenda vutuka ve.
litium-manganese ya kimvwama-ya me simbama
Katula oxide ya manganèse ya litium, bima ya litium-ya kele ti manganèse-ya kele ti ba couche me benda dikebi ya bantu mingi bonso kima yina ke basika ya cathode sambu na babateri ya litium-ion.
Ba nzila ya kubongisa bima ya katode ya me simbama na manganese ya kele ti litium- kele ba nzila ya ngolo -, ba nzila ya sol{3}}gel, mpi ba nzila ya co-precipitation. Metode ya ngolo-ke lombaka kuvukisa mbala mosi ba oxide ya bibende ti ba carbonate ya bibende to ba hydroxyde ya bibende na kiteso mosi buna, na nima kusala reaction ya ngolo- ya temperature ya ngolo sambu na kubaka bima ya kele ti litium-ya kele ti ba couche. Mambote ya metode ya solid-state kele makuki na yo ya kusala bima mingi ya kele ti litium-na ba couche, metode na yo ya kuyidika yina kele pete, mpi ntalu na yo ya fioti. Ba mpasi kele coefficient ya diffusion ya mbi ya kima ya ngolo na ntangu ya sintérisation ya ngolo-, mpe kieleka nde bibende ya transition ya kuswaswana ke vandaka na ba vitesi ya diffusion ya kuswaswana na reaction ya ngolo-, yina ke salaka nde yau vanda mpasi sambu na ba particules na kupanzana ya kufwana. Na yau, uniformité ya bima yina bo me vukisa kele mbote ve, yina ke bebisaka kisalu ya bima yina bo me sala na katode. Metode ya sol-gel kelombaka ntete kuyika solution ya mungwa ya kibende ya transition na integrateur sambu na kusala sol, na nima kuyoka masa sambu na kusala yo gel, mpi na nsuka kuyumisa yo mpi kuyoka yo na tiya sambu na kubaka bima ya kele ti litium-ya kele ti ba couche. Metode yai ke basisaka bima yina ke kabuanaka mutindu mosi mpi ke vandaka bunkete mingi, mpi ba électrode yina bo ke basisaka ke monisaka kisalu ya mbote ya electrochimie. Kansi, bifu na yo kele nde yo ke lombaka kusala bima mingi, yo ke lombaka bima mingi yina ke vukisaka bima (ba acide organique to glycol d’éthylène), yo ke salaka nde yo lomba mbongo mingi. Dyaka, bima yina bo kebasisaka ya kele ti litium-ya kele ti bima mingi ya fioti-fioti yina kele ti densité ya kyeleka ya fyoti. Na yina, mutindu yayi ke sadilamaka ntangu yayi ntete-ntete na ba nzila ya laboratoire samu na kusala bima ya litium-ya kukangama mpe yau kele mpasi na kuteka yau.
Bima ya katode ya nikele ya zulu-
Bantu ya ke salaka bansosa ke sosaka banda ntama kuvanda ti tiya mingi mpi kusala mbote na vitesi bonso balukanu ya ntete-ntete ntangu bo ke salaka cathode .
bima ya kusadila sambu na ba batterie ya litium-ion. Na kati ya bima tatu ya nene - LiCoO2, LiNi114ConMnO2 (NCM), mpi LiFePO4 - NCM ke tadilamaka bonso mosi na kati ya bima ya katode ya kuluta lusilu sambu na ngolo na yo ya kuluta nene ya kufwanana ti ngolo na yo ya fioti, ntalu na yo ya fioti kibeni. LiCoO2, mpe mbote ya kusadila nzingulu mpe ntalu ya mbote kuluta bima ya kinkulu.
Mutindu ya bima yai kele ti mutindu mosi ya -NaFeO2-mutindu ya ntungulu ya kristale ya kele ti ba couche mpi yo kele na kati ya kimvuka ya kisika R-3m. E ngindu zazi za ntete zasikidiswa kwa Liu ye akaka. na mvu 1999. Yo ke vukisaka na mayele yonso mambote ya bima tatu ya katode - oxide de cobalt de litium (LiCoO2), oxide de nickel de litium (LiNiO2), mpi oxide de manganèse de litium (LiMnO2) - mpi yo ke futaka mbote-mbote bima yina ke monisaka mambu na mutindu ya nkufi. Na kusobaka kiteso ya bima ya bibende yina ke balukaka, bo lenda sala diaka nde bo vanda ti bukati-kati ya mbote na kati ya ngolo ya siki-siki, kisalu ya nzietelo, lutaninu, mpi ntalu.
Kusala ya kristale ya bima ya cathode ternaire ya litium nickel cobalt (NCM) kele na kisina ya mutindu mosi ti yina ya LiCoO2, yonso zole kele na kati ya ngidika ya hexagonale ya ba couche.
