An materyal nga katodo amo an panguna nga surok han mga ion han litium ha usa nga .litium - ion nga baterya. Durante han pag-charge, an mga ion nga litium in ginkukuha tikang han kristal nga lattice han materyal nga katode ngan nasulod ha materyal han anode; an baliktad nahitatabo durante han paggawas. An mabalik nga kapasidad ngan boltahe nga patag han materyal nga katodo ha panahon han pagsingil ngan pagdischarge ha kadak-an nagdidesisyon han enerhiya nga densidad han litium{2}}ion nga baterya. Dugang pa, tungod kay an materyal han katodo mayda mga metal sugad han litium, kobalto, ngan nikel, ini in nagkukompwesto han pinaka-mahinungdanon nga sangkap han gastos hin usa nga litium-ion nga baterya.
An paghimo hin mga materyales nga katodo nga may-ada hitaas nga densidad han enerhiya, hitaas nga boltahe han paggawas, hilawig nga kinabuhi han pagserbisyo, ngan kasayon han paghimo may-ada daku nga kahulogan. An angay nga materyal han katodo kinahanglan makab-ot an masunod nga mga panguna nga mga kondisyon.
(1) May-ada hitaas nga potensyal han redox, nga nagsisiguro hin hitaas nga boltahe han paggawas para ha baterya.
(2) Makakasulod hin damu nga lithium ion tubtob nga mahihimo, nga nagsisiguro hin hitaas nga kapasidad han baterya.
(3) Durante han pagsulod ngan pagkuha han mga ion han litium, an materyal han katodo mahimo magtipig han iya karig-onan ha istraktura, salit masisiguro an hilawig nga kinabuhi han siklo para ha elektrod.
(4) May-ada maopay hinduro nga elektroniko ngan ion nga konduktibidad, nga epektibo nga nag-iiban han pagkawara han enerhiya tungod han mga epekto han polarisasyon, salit nasiguro an madagmit nga pagkarga ngan pagdischarge han baterya.
(5) An boltahe han pag-andar han baterya sadang aada ha sulod han elektrokemikal nga karig-onan han elektrolito, salit maiibanan an diri-kinahanglanon nga kemikal nga mga reaksyon butnga han materyal han elektrolito ngan han elektrolito.
(6) Diri la ini kinahanglan nga hamubo an gastos ngan simple nga proseso han pag-syntesis, kundi kinahanglan liwat ini magpakita hin hataas nga pagkamakisangkayon ha kalibungan.
Dugang pa, an materyal han katodo sadang liwat magpakita hin maopay hinduro nga elektrokemikal ngan kapaso nga karig-onan.
Mga naeksister nga cathode nga mga materyales mahimo panguna nga mabahin ngadto sa tulo nga mga kategorya base sa ilang mga kalainan sa istraktura sa kristal: 1 nga layer nga istraktura, sama sa lithium cobalt oxide (LiCoO2) ug mga materyales nga ternary (LiNiCo, Mni-x-yO2); olivine istraktura, sugad sa lithium iron phosphate (LiFePO4); spinel structure oxides, sugad sa lithium manganese oxide (LiMn2O4) ug lithium nickel manganese oxide (LiNi10.5Mn1.5O4). An iba-iba nga klase hin katodo mayda iba-iba nga densidad hin enerhiya, mga kinaiya nga elektrokemikal, ngan mga gastos, nga ha katapusan naghihimo hini nga angay para hin iba-iba nga mga natad ngan mga senaryo hin aplikasyon. Layered structure cathode materials nagtutudlok sa mga katode materyales nga may layered microcrystalline nga istraktura, panguna nga naglalakip sa lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, ug litium -riko nga manganese oxide. Lakip nira, an lithium cobalt oxide ngan litium nickel cobalt manganese oxide amo yana an pinakadamo nga ginagamit nga cathode nga mga materyales para han mga baterya nga litium -ion ha mga produkto digital nga elektroniko ngan gahum lithium-ion baterya. Ginkikilala ini hin hataas nga densidad han enerhiya, maupay nga pagbuhat han siklo, ngan maupay nga kabug-usan nga pagbuhat, pero an hataas nga proporsyon han mga metal sugad han nikel, kobalto, ngan manganeso in nagdudurot hin mas hataas nga gastos.
Litiyo kobalto oksida katod nga materyal .
An lithium cobalt oxide (LiCoO2) in nadiskubre han Amerikano nga siyentipiko ngan premyo hin Nobel ha Kimika, JB Goodenough, ngan syahan nga ginbaligya han Sony Corporation han Hapon dida han dekada 1990s. Bisan yana, an lithium cobalt oxide nagpapabilin nga usa han mga materyales han katodo nga mayda pinakahitaas nga volumetric energy density. Tungod hini, kaylap nga ginagamit ini ha mga produkto nga digital pouch cell nga nagkikinahanglan hin hataas nga volumetric energy density, sugad han mobile phone, smartwatch, ngan Bluetooth headset.
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). Dugang pa, an LiCoO2 nagpapakita hin medyo labaw nga elektroniko ngan ionic nga konduktibidad, kahusayan han gahum, ngan malaksi nga mga kinaiya han pagsingil, nga nagtatapo han mga kinahanglanon han yana nga mga baterya han elektroniko han mga kunsumidor ngan salit may-ada damu nga aplikasyon. Base hini nga mga kabtangan, an LiCoO2 in nagpapabilin nga usa han mga pinakamaupay nga materyales han katodo tubtob yana.
An panguna nga mga pamaagi han paghimo para han litium kobalto nga oksido nag-uupod han hataas nga -kainit nga solido nga estado nga paghimo, sol nga gel nga paghimo, ngan hamubo nga temperatura nga pag-upod. An high{5}}temperature solid -state synthesis naglalakip hin paghalo hin mga asin nga litium ngan cobalt nga mayda mga oxide o hydroxide ha usa nga partikular nga stoichiometric ratio, katapos pag-calciner han sagol ha angay nga temperatura para hin usa ka piho nga panahon, nga ginsundan hin pagpabugnaw, pag-alog han obta, pag-sample, pag-pulverize. Bisan kon ang hataas nga temperatura nga solido nga estado nga pamaagi han pag-ubos han produksyon han industriya, ini in nakakaubos hin oras, nagkikinahanglan hin hataas nga mga temperatura han paghimo, ngan nagbubunga hin dagko, diri parehas nga mga pulbos nga may mahinungdanon nga mga paglihis han stoichiometric, nga nagriresulta hin dako nga pag-umento han gastos.
Mga materyales nga katod nga pospeto .
Han 1997, hi Gooden ngan iba pa. una nga giproponer nga litium nga puthaw nga phosphate (LiFePO4) isip usa ka katodo nga materyal alang sa litium - ion nga mga baterya.
Tungod han iya hamubo nga gastos, marig-on nga istraktura, ngan hataas nga katalwasan, ini nga materyal hinay-hinay nga nagin usa han mga ginpipili nga cathode nga mga materyales para han lithium-ion nga mga baterya ha mga bus nga de-koryente ngan mga sistema han pagtipig hin enerhiya.
An litium nga puthaw nga fospato (LiFePO4) nagpaangbit hin pareho nga istraktura han kristal ngan sistema han kristal nga may puthaw nga fospato (FePO4). Nangangahulogan ini nga an materyal nakakaeksperyensya hin gutiay nga pagbag-o han kadamo durante han pagsulod / pagkuha han litium -ion, nga epektibo nga nagpupugong han kadaot han lattice nga dara han pagpahaluag o pagkunot han kadamo. Dugang pa, ini nga kinaiya nagsisiguro hin maopay nga elektrisidad nga kontak butnga han mga partikulo ngan mga konduktibo nga mga aditibo, nga nagriresulta hin maopay hinduro nga karig-onan han siklo ngan hilawig nga kinabuhi. Dugang pa, an litium nga puthaw nga pospato kilalado tungod han iya pagkamakisangkayon ha kalibungan, gastos -epektibo, maopay nga katalwasan, hitaas nga espisipiko nga kapasidad (mga 170 mA · h / g), ngan marig-on nga bayad / paggawas nga plataporma. Tungod hini nga mga bentaha, an litium nga puthaw nga pospeto gintatagad nga maopay nga pagpili para han mga materyales han katodo ha dagko nga mga aplikasyon ha pagtipig hin enerhiya.
An mga pamaagi nag-uupod han mga proseso han sol{0}}gel, mga teknik han pag-uran, ngan paghimo hin tubig. Partikular, an hydrothermal synthesis direkta nga nahimo han target nga produkto ha usa nga autoclave pinaagi hin pagdugang han temperatura ngan presyon, gamit an madali makuha nga puthaw, litium, ngan phosphorus nga mga tambal komo hilaw nga materyales. Kilala ini nga pamaagi tungod han iya simple nga operasyon, gutiay ngan pareho nga kadaku han partikulo, ngan gutiay nga enerhiya nga pagkonsumo. Bisan pa man, mayda ini mga limitasyon para han produksyon industriya, panguna tungod han panginahanglan hin espesyal nga gindisenyo nga mga surudlan nga nadiri hin presyur-. An coprecipitasyon, ha luyo nga bahin, gindudumara ha usa nga sistema han solusyon, diin an morpolohiya han precursor naapektuhan han iba-iba nga mga hinungdan sugad han konsentrasyon, pagkontrol han temperatura, pag-adjust han pH, ngan kadagmitan han pag-aghat. Tungod han desisibo nga papel nga gindudumara hini nga mga parameter ha pagbuhat han katapusan nga gin-sinter nga materyal nga LiFePO, importante gud an mabinantayon nga pagpili han mga kahimtang han pag-eksperimento. An mga produkto nga gin-andam hini nga pamaagi diri la may-ada maopay hinduro nga mga kinaiya han mikrostruktura (karuyag sidngon, gutiay ngan pariho nga kadaku han partikulo) kondi nagpapakita liwat hin labaw nga mga kabtangan nga elektrokemikal; pero, angay tigamnan nga an bug-os nga proseso han operasyon in medyo komplikado, ngan an mga ayat ha pagsala ngan mga isyu ha pagdumara han basura in pwede umabot dida han pagproseso.
Mga materyales nga katodo nga nakabase ha litium nga manganese ug litium -riko nga manganese
Litium manganes oxide
Ha pagsaliksik han lithium -ion battery cathode materials, usa pa nga importante ngan komersyal nga makukuha nga katode nga materyal amo an spinel{1}}structured lithium manganese oxide (LiMn2O4) nga materyal nga katode nga ginproponer ni Thackeray et al. in 1983. Spinel-structured lithium manganese oxide belongs to cubic crystal sistema. An tipikal nga kimikal nga komposisyon hini amo an LiMn2O4. Ha LiMn2O4 nga kristal nga istraktura, an oksiheno aada ha usa nga nawong-sentro nga kubiko nga duok-naputos nga istraktura, samtang an manganese ngan oksiheno nagpoporma hin oktahedral nga istraktura, sugad han iginpapakita ha ladawan ha ubos.
An manganese damo ha kinaiya, ngan an mga teknik han pag-andam para han spinel-klase nga lithium manganese oxide (LiMn2O4) nagpapakita hin magkalainlain nga mga kinaiya. An ruta han pagsintesis ngan teknolohiya han pagproseso han materyal direkta nga nakakaapekto ha mikrostruktura ngan pag-uswag han lugas han katapusan nga produkto. Salit, an pag-optimize hini nga mga proseso han paghimo importante gud para ha pagpauswag han elektrokemikal nga pagbuhat han mga materyales nga elektrodo ha praktikal nga mga aplikasyon. Ha pagkayana, an industriya ngan akademya haluag nga nagamit hin duha nga panguna nga klase hin mga pamaagi ha pag-andam han LiMn2O4: an usa nakabase ha pakig-upod ha butnga han solido nga mga hilaw nga materyales, sugad han hataas nga temperatura nga solido nga estado nga mga reaksyon, microwave nga ginbuligan nga sintesis, ngan pagtambal han media nga impregnation.
Usa pa nga kategorya in naglalakip hin kemikal nga pagbag-o ha likido nga palibot, nga mayda tipikal nga mga ehemplo nga naglalakip han teknolohiya han sol-gel, syntesis han hydrotermal, ngan mga teknik han coprecipitation. An LiMnzO4 nakakuha hin haluag nga atensyon tungod han iya bentaha ha presyo, maupay nga karig-onan ha kapaso, makusog nga pag-ato ha sobra nga bayad, ngan maupay nga mga benepisyo ha kalibungan. Pero ini nga materyal in mayda mga kakulangan ha pagbisikleta ngan pagtipig, labi na ha hataas nga temperatura, kun diin an iya pagbisikleta in nagtitikaraot hin duro, nga nagriresulta hin diri na mababawi nga pagkawara han kapasidad.
litium -riko nga manganeso-base
Labot la han lithium manganese oxide, an mga layered lithium-riko nga manganese- nga mga materyales in nakadani hin haluag nga atensyon komo usa nga naulpot nga cathode nga materyal para han lithium{2}}ion nga mga baterya.
An mga pamaagi han pag-andam para han mga materyales nga katodo nga nakabase ha litium nga manganese nag-uupod han mga pamaagi han solido nga estado, mga pamaagi han sol nga gel, ngan mga pamaagi han co-precipitation. An solido nga estado nga pamaagi naglalakip hin direkta nga paghalo hin mga metal oxides ngan metal carbonate o metal hydroxides ha usa nga piho nga proporsyon, nga ginsundan hin hataas nga temperatura nga solido nga estado nga reaksyon para makakuha hin mga layered lithium -riko nga mga materyales. An mga bentaha han pamaagi han solido nga estado amo an abilidad hini ha paghimo hin damo nga mga materyales nga riko hin litium, an medyo simple nga pamaagi han pag-andam, ngan an hamubo nga gastos hini. An mga disbentaha amo an diri maupay nga koepisyent han pagsarang han solido ha panahon han solido nga kahimtang nga sintering, ngan an kamatuoran nga an iba-iba nga mga metal han pagbalhin mayda magkalainlain nga mga rate han pagsabwag ha solido nga kahimtang nga reaksyon, nga nagigin makuri para han mga partikulo nga magsarang hin igo. Salit, an pagkapariho han ginhimo nga materyal diri maopay, nga nakakaapekto ha pagbuhat han materyal nga katodo. An pamaagi han sol{18}}gel in nag-uupod han una nga pagdugang hin solusyon hin asin nga metal hin pagbalhin ngadto hin usa nga integrator basi magporma hin sol, katapos pag-alisngaw han tubig basi magin gel, ngan ha katapusan pagpamara ngan pag-calciner hini basi makakuha hin mga materyales nga riko hin lithium. Ini nga paagi naghahatag hin mga materyales nga may-ada pariho nga pag-apod-apod ngan hitaas nga kaputli, ngan an mga elektrod nga nahimo nagpapakita hin maopay nga elektrokemikal nga pagbuhat. Kondi, an mga disbentaha hini nag-uupod hin maiha nga sikolo han paghimo, an panginahanglan hin damo nga mga integrador (organiko nga asido o etileno glikol), nga nagriresulta hin hitaas nga gastos. Dugang pa, ang mga nahimo nga mga layer nga litium -riko nga mga materyales kasagaran pino nga nano / micron nga mga partikulo nga may hamubo nga aktuwal nga densidad. Sanglit, ini nga pamaagi in panguna nga ginagamit ha pagkayana ha mga kahimtang han laboratoryo para han paghimo hin mga materyales nga riko hin litium-nga mga layer ngan makuri igkomersyal.
Mga materyales nga hataas nga nikel katod
Maiha na nga ginbibiling han mga parasaliksik an hitaas-nga karig-onan ha temperatura ngan maopay hinduro nga pagbuhat han rate sugad nga nangunguna nga mga tumong kon naghihimo hin katodo .
mga materyales para ha mga baterya nga litium. Lakip sa tulo ka mayor nga mga materyales nga LiCoO2, LiNi116Co2 (NCM), ug LiFePO4 - ang NCM giisip nga usa sa mga labing nagsasaad nga mga materyales nga katodo tungod sa iyang medyo hataas nga espisipiko nga kapasidad, medyo safe . LiCoO2, ngan mas maupay nga pagkamakisangkayon ha kalibungan ngan mga bentaha ha gastos kontra han mga tradisyonal nga materyales.
Ini nga klase hin materyal mayda pareho nga -NaFeO2-klase nga layer nga kristal nga istraktura ngan sakop han R-3m nga grupo han espasyo. Ini nga konsepto in una nga iginproponer ni Liu et al. sa 1999. Ini tuso nga nag-uusa sa mga bentaha sa tulo nga mga materyales sa katodo - lithium cobalt oxide (LiCoO2), litium nickel oxide (LiNiO2), ug litium manganese oxide (LiMnO2) - ug epektibo nga nagbabalos sa kada indibidwal nga materyales nga nagpakita sa shortcom. Pinaagi han pagpahiuyon han ratio han mga elemento han metal han pagbalhin, an pinakamaopay nga balanse ha butnga han espisipiko nga kapasidad, pagbuhat han siklo, katalwasan, ngan gastos mahimo makab-ot pa gud.
Ang kristal nga istraktura sa lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM) ternary cathode nga materyal in batakan nga pareho sa LiCoO2, pareho sakop sa hexagonal layered nga istraktura.
