Litiumion-batteriet begynner å haste hele veien, og nærmer seg strømbatteriet

I 1800 oppfant Alessandro Volta, en italiensk fysiker, Volta-stabelen, det første batteriet i menneskets historie. Det første batteriet var laget av sink (anode) og kobber (katode) ark og papir dynket i saltvann (elektrolytt), og demonstrerte den kunstige muligheten for elektrisitet.

Siden den gang, som en enhet som kan gi kontinuerlig og stabil strøm, har batterier opplevd mer enn 200 års utvikling og fortsetter å møte folks etterspørsel etter fleksibel strømbruk.

De siste årene, med den enorme etterspørselen etter fornybar energi og økende bekymring for miljøforurensning, fortsetter sekundære batterier (eller batterier) som kan konvertere andre former for energi til elektrisk energi og lagre den i form av kjemisk energi å bringe endringer i energien. system.

Utviklingen av litiumbatteri viser fremgangen i samfunnet fra et annet aspekt. Faktisk er den raske utviklingen av mobiltelefoner, datamaskiner, kameraer og elektriske kjøretøy basert på modenheten til litiumbatteriteknologi.

Chen Gen. Fødselen og angsten til litiumbatteri nærmer seg

Fødselen av litiumbatteri

Batteriet har positive og negative poler. Den positive polen, også kjent som katoden, er vanligvis laget av mer stabile materialer, mens den negative polen, også kjent som anoden, vanligvis er laget av "svært aktive" metallmaterialer. De positive og negative polene er atskilt med elektrolytt og lagret i form av kjemisk energi.

Den kjemiske reaksjonen mellom de to polene produserer ioner og elektroner. Disse ionene og elektronene beveger seg i batteriet, og tvinger elektronene til å bevege seg utover, danner en syklus og genererer elektrisitet.

På 1970-tallet stimulerte oljekrisen i USA, kombinert med ny kraftetterspørsel innen militær, luftfart, medisin og andre felt, letingen etter oppladbare batterier for å lagre fornybar ren energi.

Av alle metaller har litium svært lav egenvekt og elektrodepotensial. Med andre ord kan litiumbatterisystemet oppnå maksimal energitetthet i teorien, så litium er det naturlige valget for batteridesignere.

Litium er imidlertid svært reaktivt og kan brenne og eksplodere når det utsettes for vann eller luft. Derfor har temming av litium blitt nøkkelen til batteriutvikling. I tillegg kan litium lett reagere med vann ved romtemperatur. Hvis metalllitium skal brukes i batterisystemer, er det viktig å introdusere ikke-vandige elektrolytter.

I 1958 foreslo Harris å bruke organisk elektrolytt som elektrolytten til metallbatterier. I 1962, Lockheed Mission og SpaceCo. Chilton Jr. fra det amerikanske militæret And Cook fremmet ideen om "litium ikke-vandig elektrolyttsystem".

Chilton og Cook designet en ny type batteri, som bruker litiummetall som katode, Ag, Cu, Ni-halogenider som katode, og lavsmeltende metallsalt lic1-AlCl3 oppløst i propylenkarbonat som elektrolytt. Selv om problemet med batteriet gjør at det forblir i konseptet i stedet for kommersiell gjennomførbarhet, er Chilton og Cooks arbeid begynnelsen på forskning på litiumbatterier.

I 1970 syntetiserte Panasonic Electric Co. i Japan og det amerikanske militæret uavhengig av hverandre et nytt katodemateriale - karbonfluorid nesten samtidig. Det krystallinske karbonfluoridet med det molekylære uttrykket av (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) ble vellykket fremstilt av Panasonic Electric Co., Ltd. og brukt som anode for litiumbatteri. Oppfinnelsen av litiumfluoridbatteri er et viktig skritt i historien til utviklingen av litiumbatterier. Dette er første gang å introdusere "embedded compound" i utformingen av litiumbatterier.

Men for å realisere reversibel ladning og utladning av litiumbatteri, er nøkkelen reversibiliteten av kjemisk reaksjon. På den tiden brukte de fleste ikke-oppladbare batterier litiumanoder og organiske elektrolytter. For å realisere oppladbare batterier begynte forskere å studere reversibel innsetting av litiumioner i den positive elektroden av lagdelt overgangsmetallsulfid.

Stanley Whittingham fra ExxonMobil fant at den kjemiske interkalasjonsreaksjonen kan måles ved å bruke lagdelt TiS2 som katodemateriale, og utladningsproduktet er LiTiS2.

I 1976 oppnådde batteriet utviklet av Whittingham god initial effektivitet. Etter gjentatt lading og utlading i flere ganger, ble det imidlertid dannet litiumdendritter i batteriet. Dendrittene vokste fra den negative polen til den positive polen, og dannet en kortslutning, som forårsaket faren for antennelse av elektrolytten og til slutt mislyktes.

I 1989, på grunn av brannulykken av litium/molybden sekundærbatterier, trakk de fleste selskaper bortsett fra noen få seg fra utviklingen av litiummetall sekundærbatterier. Utviklingen av sekundærbatterier av litiummetall ble i utgangspunktet stoppet fordi sikkerhetsproblemet ikke kunne løses.

På grunn av den dårlige effekten av ulike modifikasjoner, har forskningen på litiummetall sekundærbatteri stått stille. Til slutt valgte forskerne en radikal løsning: et gyngestolbatteri med innebygde forbindelser som positive og negative poler til sekundærbatterier av litiummetall.

På 1980-tallet studerte Goodnow strukturen til lagdelt litiumkobalat og litiumnikkeloksidkatodematerialer ved Oxford University, England. Til slutt innså forskerne at mer enn halvparten av litium kan fjernes fra katodematerialet reversibelt. Dette resultatet førte til slutt til fødselen av The.

I 1991 lanserte SONY Company det første kommersielle litiumbatteriet (anodegrafitt, katodelitiumforbindelse, elektrode flytende litiumsalt oppløst i organisk løsningsmiddel). På grunn av egenskapene til høy energitetthet og forskjellige formuleringer som kan tilpasse seg forskjellige bruksmiljøer, har litiumbatterier blitt kommersialisert og mye brukt i markedet