Lityum-ion batareyalarning asosiy komponentlari
(1) Katod (musbat elektrod)– Faol moddalarga asosan litiy kobalt oksidi, litiy manganat, litiy temir fosfat, litiy nikel oksidi, nikel-kobalt-marganets uchlamchi materiallar va boshqalar kiradi. Odatda o'tkazuvchi tok kollektori sifatida qalinligi 10–20 mikrometr bo'lgan alyuminiy folga ishlatiladi.
(2) Ajratuvchi– Elektronlarni izolyatsiyalashda litiy ionlarining o‘tishiga imkon beruvchi maxsus plastik membrana. Hozirgi vaqtda u asosan pe, PP yoki ularning kompozitsiyalaridan tayyorlanadi. Noorganik qattiq separatorlar ham mavjud; masalan, alumina bilan qoplangan separator noorganik qattiq separatorning bir turidir.
(3) Anod (salbiy elektrod)– Faol materiallarga asosan grafit, litiy titanat yoki grafitga o‘xshash tuzilmalarga ega uglerod materiallari kiradi. Supero'tkazuvchilar oqim kollektori sifatida 7-15 mikrometr qalinlikdagi mis folga ishlatiladi.
(4) Elektrolit– Odatda organik tizim, masalan, litiy geksaftorofosfat bilan eritilgan karbonat asosidagi erituvchilar. Ba'zi polimer batareyalar gel tipidagi elektrolitlarni qabul qiladi.
(5) Batareya qutisi– Asosan qattiq qutilarga (po'lat qobiqlar, alyuminiy qobiqlar, nikel bilan qoplangan temir qobiqlar va boshqalar) va yumshoq o'ramlarga (alyuminiy-plastmassa plyonka) bo'linadi.
Zaryadlash vaqtida litiy ionlari katoddan ajralib chiqadi va anodga o'tadi; tushirish vaqtida teskarisi sodir bo'ladi. O'rnatishdan oldin bitta elektrod lityum-interkalatsiyalangan holatda bo'lishi kerak. Litiyga nisbatan potentsiali 3 V dan yuqori bo'lgan va havoda barqaror lityum-interkalatsiyalangan o'tish metall oksidlari odatda LiCoO₂, LiNiO₂ va LiMn₂O₄ kabi katod materiallari sifatida tanlanadi.
Anod materiallari imkon qadar litiy potentsialiga yaqin bo'lgan lityum bilan o'zaro bog'liq bo'lgan birikmalar, jumladan, turli xil uglerod materiallari (tabiiy grafit, sintetik grafit, uglerod tolasi, mezokarbonli mikroboncuklar va boshqalar) va SnO, SnO₂ va qalay kompozit oksidlari SnB kabi metall oksidlari. (x=0.4–0,6, y=0.6–0,4, z=(2 + 3x + 5y)/2).
Elektrolit etilen karbonat (EC), propilen karbonat (PC) va LiPF₆ bilan eritilgan past yopishqoqlikdagi dietil karbonat (DEC) kabi alkil karbonatlarning aralash erituvchi tizimini qabul qiladi.
Separatorlar PE, PP yoki ularning kompozitsiyalarining poliolefin mikroporozli plyonkalaridir. Xususan, PP/PE/PP uch qatlamli ajratgichlar past erish nuqtasi va yuqori teshilish qarshiligiga ega bo'lib, termal xavfsizlik sug'urtasi bo'lib xizmat qiladi.
G'iloflar po'lat yoki alyuminiydan yasalgan bo'lib, qopqoq agregatlari portlashdan himoyalangan va quvvatni o'chirish funksiyalari bilan jihozlangan.
Asosiy ish printsipi
Batareya zaryadlanganda, lityum ionlari katoddagi litiy o'z ichiga olgan birikmalardan chiqariladi va elektrolitlar orqali anodga o'tadi. Anodning uglerod moddasi qatlamli tuzilishga ega bo'lib, u erda litiy ionlari ko'milgan ko'plab mikroporlar mavjud. Ko'proq o'rnatilgan lityum ionlari yuqori zaryadlash qobiliyatini anglatadi.
Bo'shatish paytida (batareya ishlatilayotganda) anodning uglerod qatlamlariga o'rnatilgan litiy ionlari chiqariladi va katodga qaytadi. Ko'proq litiy ionlarining katodga qaytib kelishi yuqori tushirish qobiliyatiga mos keladi. Biz odatda nazarda tutadigan batareya quvvati zaryadsizlanish quvvatidir.
Lityum-ion batareyalarning zaryadsizlanish davrlarida lityum ionlari katod va anod o'rtasida oldinga va orqaga harakatlanadi. Bu tebranadigan stulga o'xshaydi: stulning ikki uchi ikkita elektrodni ifodalaydi va lityum ionlari ular orasida qayta-qayta harakatlanadi. Shunday qilib, lityum-ion batareyalar, shuningdek, silkituvchi stul batareyalari sifatida ham tanilgan.
Zaryadni chiqarish mexanizmi
Lityum-ionli batareyalarni zaryadlash jarayoni ikki bosqichdan iborat: doimiy oqim bilan zaryadlash va asta-sekin kamayib borayotgan oqim bilan doimiy kuchlanishli zaryadlash.
Haddan tashqari zaryadlash va haddan tashqari zaryadsizlanish katod va anodga doimiy zarar etkazadi. Haddan tashqari zaryadsizlanish anodli uglerodning qatlamli tuzilishining buzilishiga olib keladi va keyingi zaryadlash paytida litiy ionlarining interkalatsiyasini oldini oladi. Haddan tashqari zaryadlash anodning uglerod tuzilishiga haddan tashqari litiy ionlarini joylashtiradi va ba'zi litiy ionlarini doimiy ravishda ajratib bo'lmaydigan qilib qo'yadi.
Lityum-ion batareyaning ishlashini ta'minlash uchun optimal zaryadsizlanish sxemasi sayoz zaryadlash va sayoz zaryadsizlanishdir. Odatda, 60% tushirish chuqurligi (DOD) ostida aylanish muddati 100% DODdan 2-4 baravar ko'p.
