Bħala l-aktar unità fundamentali tal-ħażna u r-rilaxx tal-enerġija fis-sistema tat-teknoloġija tal-batterija tal-litju-jone, iċ-ċellula tal-batterija tal-litju-jone hija l-element fundamentali li jiddetermina l-prestazzjoni, il-ħajja u s-sigurtà tal-pakkett tal-batterija. Essenzjalment, jikseb konverżjoni effiċjenti ta 'enerġija kimika f'enerġija elettrika permezz ta' l-inserzjoni riversibbli u l-estrazzjoni ta 'jonji tal-litju bejn l-elettrodi pożittivi u negattivi, li għandhom rwol insostitwibbli fil-qasam ta' l-enerġija ġdida moderna.
Strutturalment, ċellula tipika tal-batterija tal-litju-jone tikkonsisti prinċipalment f'ħames partijiet: l-elettrodu pożittiv, l-elettrodu negattiv, l-elettrolit, is-separatur, u l-kisi. Il-materjal tal-elettrodu pożittiv tipikament juża ossidi f'saffi (bħal ossidu tal-manganiż tal-litju nikil kobalt u ossidu tal-aluminju tal-kobalt tan-nikil tal-litju), fosfati tal-olivina (bħal fosfat tal-ħadid tal-litju), jew ossidu tal-manganiż tal-litju tat-tip spinel-, responsabbli għar-rilaxx tal-jonji tal-litju waqt l-iċċarġjar. L-elettrodu negattiv huwa magħmul prinċipalment minn grafita, b'xi ċelloli high-li jużaw materjali komposti bbażati fuq is-silikon- biex tiżdied il-kapaċità; il-funzjoni tiegħu hija li tirċievi u taħżen joni tal-litju waqt l-iċċarġjar. L-elettrolit huwa tipikament taħlita ta 'solventi karbonati organiċi u melħ tal-litju (bħal hexafluorophosphate tal-litju), li jservi bħala l-mezz għall-konduzzjoni tal-jone. Is-separatur huwa materjal iżolanti bi struttura mikroporuża, iddisinjat biex jipprevjeni kuntatt dirett bejn l-elettrodi pożittivi u negattivi, u b'hekk jipprevjeni ċirkwiti qosra, filwaqt li jippermetti li jonji tal-litju jgħaddu liberament. Il-kisi ta 'barra jipprovdi protezzjoni mekkanika u ambjent issiġillat, komunement fil-forma ta' aluminju-film tal-plastik (pakkett artab), azzar, jew kisi tal-aluminju.
Il-prinċipju ta' ħidma ta' ċellula tal-batterija tal-litju-jone huwa bbażat fuq reazzjoni redox elettrokimika. Waqt l-iċċarġjar, taħt l-influwenza ta 'kamp elettriku applikat, joni tal-litju huma rilaxxati mill-kannizzata ta' l-elettrodu pożittiv, jgħaddu mill-elettrolit u s-separatur, u jinkorporaw lilhom infushom bejn is-saffi tal-materjal ta 'l-elettrodu negattiv. L-elettroni jiċċirkolaw lejn l-elettrodu negattiv permezz taċ-ċirkwit estern, u jikkonvertu l-enerġija elettrika f'enerġija kimika. Il-proċess ta 'kwittanza huwa bil-maqlub: joni tal-litju jinħelsu mill-elettrodu negattiv u jerġgħu lura għall-elettrodu pożittiv, filwaqt li l-elettroni jagħmlu xogħol permezz taċ-ċirkwit estern, u jipprovdu enerġija elettrika għat-tagħbija. Dan il-mekkaniżmu ta 'reazzjoni "rocking chair" jagħti lill-batteriji tal-litju l-vantaġġi tagħhom ta' densità għolja ta 'enerġija u ħajja ta' ċiklu twil, filwaqt li jimponi wkoll rekwiżiti stretti fuq l-istabbiltà tal-materjal, il-kompatibilità interfacial, u l-preċiżjoni tal-manifattura.
Il-karatteristiċi tal-prestazzjoni taċ-ċellula tal-batterija jiddeterminaw direttament ix-xenarji ta 'applikazzjoni tagħha. F'termini ta 'densità ta' enerġija, ċelluli tal-jone tal-litju ternarju tan-nikil-għoli jistgħu jilħqu 250-300Wh/kg, adattati għal vetturi elettriċi b'rekwiżiti ta 'firxa għolja; Iċ-ċelloli tal-fosfat tal-ħadid tal-litju għandhom densità ta 'enerġija kemmxejn aktar baxxa (madwar 150-200Wh/kg), iżda jippossjedu stabbiltà u sikurezza eċċellenti ta' ċiklu ta 'temperatura għolja-, u jintużaw ħafna fil-ħażna tal-enerġija u vetturi kummerċjali. Il-prestazzjoni tar-rata tirrifletti l-{10}}ċ-ċellola kapaċità ta' ċarġ u skariku ta' kurrent għoli. Il-karatteristiċi tar-rata jistgħu jittejbu permezz tad-daqs tan-nano-materjal, l-ottimizzazzjoni tal-aġent konduttiv, u d-disinn strutturali biex jissodisfaw it-talbiet ta 'ċarġjar veloċi u output ta' qawwa għolja. Il-ħajja taċ-ċiklu hija relatata mill-qrib mal-istabbiltà strutturali tal-materjali tal-elettrodu, l-uniformità tal-film SEI (film tal-interface tal-elettrolit solidu), u r-reżistenza tal-ossidazzjoni tal-elettrolit. Ċelloli ta 'kwalità għolja jistgħu jiksbu aktar minn 2000 ċiklu profond f'temperatura tal-kamra.
Is-sigurtà hija importanti ħafna fid-disinn taċ-ċelluli. Ir-runaway termali huwa r-riskju ewlieni, li ġej minn katina ta' reazzjonijiet eżotermiċi kkawżati minn iċċarġjar żejjed, ċirkuwiti qosra, temperaturi għoljin, jew -skarigu żejjed. Billi timmodifika materjali (bħal kisi ta 'elettrodu pożittiv u pre{3}}litju ta' elettrodu negattiv), l-applikazzjoni ta 'kisi taċ-ċeramika għas-separatur, bl-użu ta' addittivi ritardanti tal-fjammi- fl-elettrolit, u t-tfassil ta 'valvi ta' sigurtà, l-istabbiltà termali u r-reżistenza għall-abbuż taċ-ċelloli tal-batterija jistgħu jitjiebu b'mod sinifikanti. Barra minn hekk, l-indafa u l-kontroll tal-konsistenza tal-proċess tal-manifattura huma wkoll kruċjali; kontaminazzjoni ta 'materja barranija jew allinjament ħażin tal-allinjament tal-elettrodu jistgħu jwasslu għal mikro-shorts circuits lokalizzati, li joħolqu perikli potenzjali għas-sikurezza.
Bħalissa, it-teknoloġija taċ-ċelluli tal-batteriji tal-litju-jone qed tevolvi lejn densità ogħla tal-enerġija, sikurezza ogħla, spiża aktar baxxa, u favur l-ambjent. L-applikazzjoni ta 'elettroliti ta' stat solidu-hija mistennija li telimina kompletament ir-riskji ta 'tnixxija u kombustjoni assoċjati ma' elettroliti likwidi; l-iżvilupp ta' materjali ta' elettrodi pożittivi tan-nikil-ħieles u baxxi-nikil jista' jnaqqas id-dipendenza tar-riżorsi u l-ispejjeż; u teknoloġiji innovattivi tal-manifattura bħal proċessi ta 'elettrodu niexef jistgħu jtejbu l-effiċjenza tal-produzzjoni u jnaqqsu l-konsum tal-enerġija. Bħala l-unità ewlenija tal-ħażna tal-enerġija u s-sistemi tal-enerġija, l-innovazzjoni kontinwa fiċ-ċelloli tal-batteriji tal-litju-jone se tipprovdi appoġġ solidu għall-iżvilupp leapfrog ta 'vetturi tal-enerġija ġodda, grids intelliġenti, u tagħmir elettroniku portabbli.
