A లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీపునర్వినియోగపరచదగిన బ్యాటరీ, ఇది లిథియం అయాన్లను వరుసగా పాజిటివ్ మరియు నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్లుగా రివర్స్గా ఇన్సర్ట్ చేయగల మరియు డీఇంటర్కలేట్ చేయగల రెండు పదార్థాలను ఉపయోగిస్తుంది. ఛార్జింగ్ సమయంలో, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్లోని లిథియం పరమాణువులు లిథియం అయాన్లు మరియు ఉచిత ఎలక్ట్రాన్లుగా అయనీకరణం చెందుతాయి.
ఈ లిథియం అయాన్లు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్కు వలసపోతాయి మరియు అక్కడ ఉన్న ఉచిత ఎలక్ట్రాన్లతో కలిసి లిథియం అణువులను ఏర్పరుస్తాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, ఉత్సర్గ సమయంలో, ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద లిథియం పరమాణువులు లిథియం అయాన్లు మరియు ఉచిత ఎలక్ట్రాన్లుగా తిరిగి అయనీకరణం చెందుతాయి, ఆపై సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద మళ్లీ కలిసి లిథియం అణువులను ఏర్పరుస్తాయి. అందువల్ల, మొత్తం ఛార్జ్{2}}ఉత్సర్గ చక్రంలో, లిథియం ఎల్లప్పుడూ అయానిక్ రూపంలో ఉంటుంది మరియు ఎప్పుడూ లోహ లిథియం రూపంలో ఉండదు, అందుకే ఈ రకమైన బ్యాటరీని లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ అంటారు. విభిన్న డిజైన్ల ఆధారంగా, మార్కెట్లో అత్యంత సాధారణ లిథియం{5}}అయాన్ బ్యాటరీలు పర్సు సెల్లు, స్థూపాకార కణాలు మరియు బటన్ సెల్లు. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల యొక్క సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం సాధారణంగా LiCoO2, LiFePO4, LiNiO మరియు LiMnzO2 వంటి లిథియం-సంపన్నమైన సమ్మేళనం. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం ఎక్కువగా గ్రాఫైట్పై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఎలక్ట్రోలైట్కు సంబంధించి, సేంద్రీయ ద్రావకాలలో కరిగిన నిర్దిష్ట లిథియం లవణాల (LiPF6, LiASF6 మరియు LiCIO4 వంటివి) యొక్క పరిష్కారాలు సాధారణంగా ఉపయోగించబడతాయి. ఈ సేంద్రీయ ద్రావకాలు ఇథిలీన్ కార్బోనేట్ (EC) లేదా డైథైల్ కార్బోనేట్ (DEC) మొదలైనవి కావచ్చు. బ్యాటరీ ఛార్జ్-ఉత్సర్గ చక్రంలో ఉన్నప్పుడు, లిథియం అయాన్లు ధనాత్మక మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య ముందుకు వెనుకకు తరలిపోతాయి. దిగువ రేఖాచిత్రంలో చూపిన విధంగా ఈ ప్రక్రియ అలంకారికంగా "రాకింగ్ చైర్ బ్యాటరీ"గా వర్ణించబడింది.
లిథియం -అయాన్ బ్యాటరీలను లిథియం కోబాల్ట్ ఆక్సైడ్ (LiCoO2) సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్గా మరియు గ్రాఫైట్ను ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్గా తీసుకుంటే, దాని ఎలక్ట్రోకెమికల్ వ్యక్తీకరణ: (-)CI LiPF(EC+ DEC) / LiCoO2(+).
సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ ప్రతిచర్య:
ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ ప్రతిచర్య: 5.2
మొత్తం స్పందన: 5.3
సారాంశంలో, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీని లిథియం-అయాన్ గాఢతలో తేడాల ఆధారంగా పనిచేసే పరికరంగా వీక్షించవచ్చు. ఛార్జింగ్ సమయంలో, ధనాత్మక ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం నుండి లిథియం అయాన్లు విడుదల చేయబడి, ఎలక్ట్రోలైట్ గుండా వెళతాయి మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ మెటీరియల్లోకి చొప్పించబడతాయి, ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ లిథియం-సంపన్నంగా ఉంటుంది, అయితే సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ సాపేక్షంగా లిథియం-పేలవంగా ఉంటుంది. అదే సమయంలో, మొత్తం సిస్టమ్ యొక్క ఛార్జ్ బ్యాలెన్స్ను నిర్వహించడానికి, సంబంధిత ఎలక్ట్రాన్లు బాహ్య సర్క్యూట్ ద్వారా కార్బన్-ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్కు సరఫరా చేయబడతాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, ఉత్సర్గ సమయంలో, లిథియం అయాన్లు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ నుండి సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్కు తరలిపోతాయి, దీని వలన సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ లిథియం-సంపన్నంగా మారుతుంది. సాధారణంగా, సాధారణ ఛార్జ్{10}}ఉత్సర్గ చక్రాల సమయంలో, లిథియం అయాన్లు లేయర్డ్ కార్బన్ పదార్థాలు మరియు ఆక్సైడ్ల మధ్య పదేపదే పొందుపరచబడతాయి మరియు సంగ్రహిస్తాయి. ఈ ప్రక్రియ ప్రాథమికంగా ఇంటర్లేయర్ స్పేసింగ్లో మార్పులుగా వ్యక్తమవుతుంది మరియు పదార్థాల ప్రాథమిక క్రిస్టల్ నిర్మాణాన్ని అంతరాయం కలిగించదు. అందువల్ల, ప్రతిచర్య రివర్సిబిలిటీ కోణం నుండి, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలోని రసాయన మార్పులు అత్యంత ఆదర్శవంతమైన రివర్సిబుల్ ప్రక్రియగా పరిగణించబడతాయి. లిథియం{15}}అయాన్ బ్యాటరీ నాలుగు ప్రాథమిక భాగాలను కలిగి ఉంటుంది: ఎలక్ట్రోడ్లు, ఎలక్ట్రోలైట్, సెపరేటర్ మరియు కేసింగ్. ఎలక్ట్రోడ్లు ఒక లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ యొక్క ప్రధాన భాగం, ఇందులో క్రియాశీల పదార్థాలు, వాహక ఏజెంట్లు, బైండర్లు మరియు ప్రస్తుత కలెక్టర్లు ఉంటాయి. యాక్టివ్ మెటీరియల్స్ (లేదా ఎలక్ట్రోడ్ మెటీరియల్స్) అనేది లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలలోని ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు, ఇవి ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ సమయంలో ఎలక్ట్రోకెమికల్ ప్రతిచర్యల ద్వారా విద్యుత్ శక్తిని విడుదల చేస్తాయి. అవి లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల ఎలక్ట్రోకెమికల్ పనితీరు మరియు ప్రాథమిక లక్షణాలను నిర్ణయిస్తాయి. క్రియాశీల పదార్థాలు సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు. సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు ప్రధానంగా LiCoO₂, LiMnO₄, LiNi₁-x{25}}Co:MnyO₂, LiCo:Ni{{26}₂}OF₂ వంటి సాపేక్షంగా అధిక పొటెన్షియల్స్ (లిథియం మెటల్ ఎలక్ట్రోడ్లకు సంబంధించి) కలిగిన పొడి మిశ్రమ లోహ సమ్మేళనాలు.
ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు కార్బన్ పదార్థాలు, మిశ్రమం పదార్థాలు మరియు మెటల్ ఆక్సైడ్ పదార్థాలు ఉన్నాయి. ప్రస్తుతం, పోర్టబుల్ పరికరాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించే లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కోసం ప్రధాన సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు వరుసగా LiCoO₂ మరియు గ్రాఫైట్. అదనంగా, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల యొక్క ఆచరణాత్మక అనువర్తన అవసరాలను మెరుగ్గా తీర్చడానికి సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల వాహకతను మెరుగుపరచడానికి సాధారణంగా ఎలక్ట్రోడ్ తయారీ సమయంలో వాహక ఏజెంట్లు (ఎసిటిలీన్ బ్లాక్ వంటివి) జోడించబడతాయి. గ్రాన్యులర్ పాజిటివ్ మరియు నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ మెటీరియల్స్ మరియు కండక్టివ్ ఏజెంట్లు ప్రస్తుత కలెక్టర్కు దృఢంగా కట్టుబడి ఉండేలా చూసేందుకు, ఒక బైండర్ సాధారణంగా జోడించబడుతుంది. సాధారణ బైండర్లు చమురు-ఆధారిత మరియు నీటి-ఆధారితంగా వర్గీకరించబడ్డాయి. చమురు-ఆధారిత బైండర్లలో ప్రధానంగా పాలీవినైలిడిన్ ఫ్లోరైడ్ (PVDF) మరియు పాలీటెట్రాఫ్లోరోఎథిలిన్ (PTFE) ఉంటాయి, అయితే నీటి ఆధారిత బైండర్లు ప్రధానంగా కార్బాక్సిమీథైల్ సెల్యులోజ్/స్టైరిన్{11}}బుటాడిన్ రబ్బర్ (CMC/SBR). ప్రస్తుత కలెక్టర్ యొక్క ప్రధాన విధి క్రియాశీల పదార్థం నుండి ఎలక్ట్రాన్లను నిర్వహించడం మరియు కరెంట్ను సమానంగా పంపిణీ చేయడం, అదే సమయంలో క్రియాశీల పదార్థానికి మద్దతు ఇవ్వడం. ప్రస్తుత కలెక్టర్లు సాధారణంగా అధిక యాంత్రిక బలం, మంచి రసాయన స్థిరత్వం మరియు అధిక వాహకత కలిగి ఉండాలి. సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ కోసం ప్రస్తుత కలెక్టర్ అల్యూమినియం రేకు, మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ కోసం ప్రస్తుత కలెక్టర్ రాగి రేకు.
ఎలక్ట్రోలైట్ పాత్ర సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య లిథియం అయాన్లను నిర్వహించడం. ఎలక్ట్రోలైట్ ఎంపిక బ్యాటరీ యొక్క పని సూత్రాన్ని ఎక్కువగా నిర్ణయిస్తుంది మరియు దాని నిర్దిష్ట శక్తి, భద్రత పనితీరు, సైకిల్ పనితీరు, రేటు పనితీరు, తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరు మరియు నిల్వ పనితీరును ప్రభావితం చేస్తుంది. ప్రస్తుతం, వాణిజ్యపరంగా అందుబాటులో ఉన్న లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు ప్రధానంగా -సజల ఎలక్ట్రోలైట్ వ్యవస్థలను ఉపయోగిస్తాయి, వీటిలో సేంద్రీయ ద్రావకాలు మరియు వాహక లిథియం లవణాలు ఉన్నాయి. సేంద్రీయ ద్రావకం ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క ప్రధాన భాగం మరియు దాని పనితీరుతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది; ఇది సాధారణంగా ఇథిలీన్ కార్బోనేట్, ప్రొపైలిన్ కార్బోనేట్, డైమిథైల్ కార్బోనేట్ మరియు మిథైల్ ఇథైల్ కార్బోనేట్ వంటి సేంద్రీయ ద్రావకాల మిశ్రమం. వాహక లిథియం ఉప్పు సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య రవాణా చేయబడిన లిథియం అయాన్లను అందిస్తుంది మరియు అకర్బన లేదా సేంద్రీయ అయాన్లు మరియు లిథియం అయాన్లతో కూడి ఉంటుంది. ప్రస్తుతం, వాణిజ్యపరంగా లభించే ప్రధాన వాహక లిథియం ఉప్పు LiPF6. కొత్త యుగంలో, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల ఎలెక్ట్రోకెమికల్ పనితీరును మెరుగుపరచడానికి మరియు నిర్దిష్ట ప్రత్యేక విధులను సాధించడానికి, ఫ్లేమ్ రిటార్డెంట్ల వంటి ఫంక్షనల్ సంకలనాలు తరచుగా ఎలక్ట్రోలైట్కి జోడించబడతాయి.
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ డిజైన్లో, సెపరేటర్ ధనాత్మక మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య ఉంటుంది మరియు దీని ప్రధాన విధి రెండు ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య ప్రత్యక్ష సంబంధాన్ని నిరోధించడం, తద్వారా షార్ట్ సర్క్యూట్లను నివారించడం. అదే సమయంలో, ఈ పదార్ధం యొక్క ప్రత్యేకమైన మైక్రోపోరస్ నిర్మాణం లిథియం అయాన్లను స్వేచ్ఛగా గుండా వెళ్ళడానికి అనుమతిస్తుంది. బ్యాటరీ యొక్క నిల్వ సామర్థ్యం, సైకిల్ జీవితం మరియు మొత్తం భద్రతలో సెపరేటర్ కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది; అందువల్ల, అధిక-నాణ్యత విభజనను ఉపయోగించడం వల్ల బ్యాటరీ మొత్తం ఎలక్ట్రోకెమికల్ పనితీరు గణనీయంగా మెరుగుపడుతుంది. ప్రస్తుతం, మార్కెట్లో అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే సెపరేటర్ రకాలు అధిక-పాలీప్రొఫైలిన్ మరియు పాలిథిలిన్తో తయారు చేసిన పోరస్ ఉత్పత్తులు, అలాగే ప్రొపైలిన్ మరియు ఇథిలీన్ల కోపాలిమరైజేషన్ లేదా పాలిథిలిన్ హోమోపాలిమర్ను ఉపయోగించి తయారు చేయబడిన ఉత్పత్తులతో సహా పాలియోలిఫిన్లతో తయారు చేయబడిన అధిక బలం కలిగిన ఫిల్మ్లు. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలలోని-సజల రహిత ద్రావణాలను ఉపయోగించడం వలన లిథియం-అయాన్ వాహకత తగ్గుతుంది, తద్వారా పెద్ద ఎలక్ట్రోడ్ ప్రాంతం అవసరమవుతుంది. ఇంకా, బ్యాటరీ అసెంబ్లింగ్ సమయంలో స్పైరల్{11}}గాయం నిర్మాణాన్ని ఉపయోగించడం అంటే బ్యాటరీ పనితీరు ఎలక్ట్రోడ్లపైనే కాకుండా బ్యాటరీ తయారీలో ఉపయోగించే బైండర్లపై కూడా ఆధారపడి ఉంటుంది. ఈ బైండర్లు తప్పనిసరిగా ఎలక్ట్రోడ్ తయారీ సమయంలో క్రియాశీల పదార్ధాల యొక్క ఏకరూపత మరియు భద్రతను నిర్ధారించాలి, క్రియాశీల పదార్థాలను ప్రస్తుత కలెక్టర్కు సమర్థవంతంగా బంధించాలి, గ్రాఫైట్ యానోడ్పై రక్షిత SEI (ఘన-క్లెక్ట్రోలైట్ ఇంటర్ఫేస్) ఫిల్మ్ను ఏర్పరచడాన్ని సులభతరం చేయాలి, ఎండబెట్టడం సమయంలో తగినంత థర్మల్ స్థిరత్వాన్ని నిర్వహించాలి మరియు ఎలక్ట్రో తేమతో ప్రభావవంతంగా ఉండాలి.
బయటి కేసింగ్ అనేది లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ యొక్క కంటైనర్. సాధారణంగా ఉపయోగించే కేసింగ్లలో స్టీల్ కేసింగ్లు, అల్యూమినియం కేసింగ్లు మరియు అల్యూమినియం-ప్లాస్టిక్ కాంపోజిట్ కేసింగ్లు ఉంటాయి. సాధారణంగా, అధిక మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలలో మార్పులు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ నుండి తుప్పు పట్టడానికి కేసింగ్ అవసరం.