Lithium-ion-batteriet begynder at haste hele vejen og nærmer sig strømbatteriet

I 1800 opfandt Alessandro Volta, en italiensk fysiker, Volta-stakken, det første batteri i menneskehedens historie. Det første batteri var lavet af zink (anode) og kobber (katode) plader og papir gennemblødt i saltvand (elektrolyt), hvilket demonstrerer den kunstige mulighed for elektricitet.

Siden da, som en enhed, der kan levere kontinuerlig og stabil strøm, har batterier oplevet mere end 200 års udvikling og fortsætter med at imødekomme folks efterspørgsel efter fleksibelt elforbrug.

I de senere år, med den enorme efterspørgsel efter vedvarende energi og stigende bekymring for miljøforurening, fortsætter sekundære batterier (eller batterier), der kan omdanne andre former for energi til elektrisk energi og lagre den i form af kemisk energi, med at bringe ændringer i energien system.

Udviklingen af ​​lithiumbatterier viser samfundets fremskridt fra et andet aspekt. Faktisk er den hurtige udvikling af mobiltelefoner, computere, kameraer og elektriske køretøjer baseret på modenheden af ​​lithiumbatteriteknologi.

Chen Gen. Fødslen og angsten for lithiumbatteri nærmer sig

Fødslen af ​​lithium batteri

Batteriet har positive og negative poler. Den positive pol, også kendt som katoden, er normalt lavet af mere stabile materialer, mens den negative pol, også kendt som anoden, normalt er lavet af "højaktive" metalmaterialer. De positive og negative poler adskilles af elektrolyt og lagres i form af kemisk energi.

Den kemiske reaktion mellem de to poler producerer ioner og elektroner. Disse ioner og elektroner bevæger sig i batteriet, tvinger elektroner til at bevæge sig udad, danner en cyklus og genererer elektricitet.

I 1970'erne stimulerede oliekrisen i USA, kombineret med ny energiefterspørgsel inden for militær, luftfart, medicin og andre områder, søgningen efter genopladelige batterier til at lagre vedvarende ren energi.

Af alle metaller har lithium en meget lav vægtfylde og elektrodepotentiale. Med andre ord kan lithium batterisystem opnå den maksimale energitæthed i teorien, så lithium er det naturlige valg for batteridesignere.

Lithium er dog meget reaktivt og kan brænde og eksplodere, når det udsættes for vand eller luft. Derfor er tæmning af lithium blevet nøglen til batteriudvikling. Derudover kan lithium nemt reagere med vand ved stuetemperatur. Hvis metallithium skal bruges i batterisystemer, er det vigtigt at indføre ikke-vandige elektrolytter.

I 1958 foreslog Harris at bruge organisk elektrolyt som elektrolyt af metalbatterier. I 1962, Lockheed Mission og SpaceCo. Chilton Jr. fra det amerikanske militær And Cook fremsatte ideen om "lithium ikke-vandigt elektrolytsystem".

Chilton og Cook designet en ny type batteri, som bruger lithiummetal som katode, Ag, Cu, Ni-halogenider som katode og lavsmeltende metalsalt lic1-AlCl3 opløst i propylencarbonat som elektrolyt. Selvom problemet med batteriet får det til at forblive i konceptet frem for kommerciel gennemførlighed, er Chilton og Cooks arbejde begyndelsen på lithiumbatteriforskning.

I 1970 syntetiserede Panasonic Electric Co. i Japan og det amerikanske militær uafhængigt et nyt katodemateriale - kulstoffluorid næsten på samme tid. Det krystallinske carbonfluorid med den molekylære ekspression af (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) blev med succes fremstillet af Panasonic Electric Co., Ltd. og brugt som anode på lithiumbatterier. Opfindelsen af ​​lithium fluorid batteri er et vigtigt skridt i historien om lithium batteri udvikling. Dette er første gang at introducere "embedded compound" i designet af lithiumbatterier.

Men for at realisere den reversible opladning og afladning af lithiumbatterier er nøglen reversibiliteten af ​​kemisk reaktion. På det tidspunkt brugte de fleste ikke-genopladelige batterier lithiumanoder og organiske elektrolytter. For at realisere genopladelige batterier begyndte forskerne at studere den reversible indsættelse af lithiumioner i den positive elektrode af lagdelt overgangsmetalsulfid.

Stanley Whittingham fra ExxonMobil fandt ud af, at den kemiske interkalationsreaktion kan måles ved at bruge lagdelt TiS2 som katodemateriale, og udledningsproduktet er LiTiS2.

I 1976 opnåede batteriet udviklet af Whittingham god initial effektivitet. Men efter gentagne opladninger og afladninger i flere gange, blev der dannet lithiumdendritter i batteriet. Dendritterne voksede fra den negative pol til den positive pol og dannede en kortslutning, som forårsagede faren for at antænde elektrolytten og i sidste ende fejlede.

I 1989 trak de fleste virksomheder på nær nogle få sig tilbage fra udviklingen af ​​sekundære lithium-metalbatterier. Udviklingen af ​​sekundære lithiummetalbatterier blev stort set stoppet, fordi sikkerhedsproblemet ikke kunne løses.

På grund af den dårlige effekt af forskellige modifikationer har forskningen på lithiummetal sekundært batteri været stagnerende. Til sidst valgte forskerne en radikal løsning: et gyngestolsbatteri med indlejrede forbindelser som de positive og negative poler af sekundære lithiummetalbatterier.

I 1980'erne studerede Goodnow strukturen af ​​lagdelt lithiumcobalat og lithiumnikkeloxidkatodematerialer ved Oxford University, England. Endelig indså forskerne, at mere end halvdelen af ​​lithium kan fjernes fra katodematerialet reversibelt. Dette resultat førte til sidst til fødslen af ​​The.

I 1991 lancerede SONY Company det første kommercielle lithiumbatteri (anodegrafit, katodelithiumforbindelse, elektrode flydende lithiumsalt opløst i organisk opløsningsmiddel). På grund af egenskaberne ved høj energitæthed og forskellige formuleringer, der kan tilpasse sig forskellige brugsmiljøer, er lithiumbatterier blevet kommercialiseret og meget brugt på markedet