A lithium-ionbatterijis in oplaadbare batterij dy't brûkt twa materialen by steat fan reversibly ynfoegje en deintercalating lithium ioanen as de positive en negative elektroden, respektivelik. Tidens it opladen ionisearje lithiumatomen yn 'e positive elektrodes yn lithiumionen en frije elektroanen.
Dizze lithiumionen migrearje dan nei de negative elektrode en kombinearje mei de frije elektroanen dêr om lithiumatomen te foarmjen. Oarsom, by ûntlading reionisearje lithiumatomen by de negative elektrode yn lithiumionen en frije elektroanen, en rekombinearje dan by de positive elektrode om wer lithiumatomen te foarmjen. Dêrom, yn 'e hiele lading-ûntladingssyklus bestiet lithium altyd yn ionyske foarm en nea yn metallyske lithiumfoarm, dat is de reden wêrom't dit type batterij in lithium-ionbatterij neamd wurdt. Op grûn fan ferskate ûntwerpen binne de meast foarkommende lithium-ionbatterijen op 'e merk bûse-sellen, silindryske sellen en knopsellen. It positive elektrodemateriaal fan lithium-ionbatterijen is normaal in lithium-rike ferbining, lykas LiCoO2, LiFePO4, LiNiO, en LiMnzO2. It negative elektrodemateriaal fan lithium-ionbatterijen is meast basearre op grafyt. Oangeande de elektrolyt, oplossings fan spesifike lithium sâlten (lykas LiPF6, LiASF6, en LiCIO4) oplost yn organyske solvents wurde algemien brûkt. Dizze organyske solvents kinne ethylene carbonate (EC) of diethyl carbonate (DEC), ensfh As de batterij is yn in lading - ontladingssyklus, lithium ionen migrearje hinne en wer tusken de positive en negative elektroden. Dit proses wurdt figuerlik beskreaun as in "rocking stoel batterij", lykas werjûn yn it diagram hjirûnder.
Lithium-ionbatterijen mei lithiumkobaltokside (LiCoO2) as de positive elektrode en grafyt as de negative elektrode as foarbyld, is de elektrogemyske útdrukking: (-)CI LiPF(EC+ DEC) / LiCoO2(+).
Positive elektrodes reaksje:
Negative elektrodes reaksje: 5.2
Algemiene reaksje: 5.3
Yn essinsje kin in lithium-ionbatterij sjoen wurde as in apparaat dat wurket op basis fan ferskillen yn lithium-ionkonsintraasje. Tidens it opladen wurde lithium-ionen frijlitten út it positive elektrodemateriaal, passe troch de elektrolyt, en ynbêde yn it negative elektrodemateriaal, wêrtroch't de negative elektrode lithium -ryk makket, wylst de positive elektrode relatyf lithium-earm is. Tagelyk, om de lading lykwicht fan it hiele systeem te behâlden, wurde oerienkommende elektroanen levere oan 'e koalstof - basearre negative elektrodes fia in eksterne sirkwy. Oarsom, by ûntlading migrearje lithiumionen fan 'e negative elektrode nei de positive elektrode, wêrtroch't de positive elektrode lithium -ryk wurdt. Normaal, tidens normale lading{10}}ûntladingssyklusen, lithiumionen kearen yn en ekstrahearje tusken de lagen koalstofmaterialen en oksides. Dit proses manifestearret primêr as feroaringen yn interlayer spacing en net fersteure de basis crystal struktuer fan de materialen. Dêrom, út it perspektyf fan reversibiliteit fan 'e reaksje, wurde de gemyske feroaringen binnen in lithium-ionbatterij beskôge as in heul ideaal omkearber proses. In lithium-ionbatterij bestiet út fjouwer basiskomponinten: elektroden, elektrolyt, separator en behuizing. De elektroden binne de kearnkomponint fan in lithium-ionbatterij, besteande út aktive materialen, conductive aginten, binders en stroomsamlers. Aktive materialen (of elektrodesmaterialen) binne de elektrodematerialen yn lithium-ionbatterijen dy't elektryske enerzjy frijjaan troch elektrogemyske reaksjes by opladen en ûntladen. Se bepale de elektrogemyske prestaasjes en basiseigenskippen fan lithium-ionbatterijen. Aktive materialen omfetsje positive elektrodematerialen en negative elektrodematerialen. Positive elektrodesmaterialen binne benammen poederde gearstalde metaalferbiningen mei relatyf hege potensjes (relatyf oan lithiummetaalelektroden), lykas LiCoO₂, LiMnO₄, LiNi₁-x-Co:MnyO₂, LiCo:Ni-O₂, en LiFePO.
Negative elektrodesmaterialen omfetsje koalstofmaterialen, legeringsmaterialen, en metalen oksidematerialen. Op it stuit binne de wichtichste positive en negative elektrodesmaterialen foar lithium-ionbatterijen dy't in protte brûkt wurde yn draachbere apparaten LiCoO₂ en grafyt, respektivelik. Dêrneist wurde conductive aginten (lykas acetylene swart) meastentiids tafoege by elektrode fabrication te ferbetterjen de conductivity fan de positive en negative elektrodes materialen om better te foldwaan oan de praktyske tapassing behoeften fan lithium -ion batterijen. Om te garandearjen dat de korrelige positive en negative elektrodesmaterialen en conductive aginten stevich oan 'e hjoeddeistige samler hingje, wurdt typysk in bynmiddel tafoege. Gewoane binders wurde klassifisearre as oalje-basearre en wetter-basearre. Oalje-basearre binders omfetsje benammen polyvinylidenfluoride (PVDF) en polytetrafluorethylene (PTFE), wylst wetter-basearre binders benammen carboxymethylcellulose/styrene-butadiene rubber (CMC/SBR) binne. De haadfunksje fan 'e aktuele samler is om elektroanen út it aktive materiaal te fieren en de aktuele gelyk te fersprieden, wylst ek it aktive materiaal stypje. Aktuele samlers binne oer it algemien ferplichte om hege meganyske sterkte, goede gemyske stabiliteit en hege konduktiviteit te hawwen. De hjoeddeistige samler foar de positive elektrode is aluminiumfolie, en de hjoeddeistige samler foar de negative elektrode is koperfolie.
De rol fan 'e elektrolyt is om lithiumionen te fieren tusken de positive en negative elektroden. De kar foar elektrolyt bepaalt foar in grut part it wurkprinsipe fan 'e batterij en hat ynfloed op syn spesifike enerzjy, feiligensprestaasjes, syklusprestaasjes, snelheidsprestaasjes, prestaasjes mei lege-temperatuer en opslachprestaasjes. Op it stuit brûke kommersjeel beskikbere lithium-ionbatterijen benammen net-wetterige elektrolytsystemen, dy't organyske solvents en liedende lithiumsâlten omfetsje. It organyske solvent is de wichtichste komponint fan 'e elektrolyt en is nau besibbe oan syn prestaasjes; it is typysk in mingsel fan organyske solvents lykas ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, en methyl ethyl carbonate. It conductive lithium sâlt leveret de lithiumionen dy't wurde ferfierd tusken de positive en negative elektroden en is gearstald út anorganyske as organyske anionen en lithiumionen. Op it stuit is it wichtichste kommersjeel beskikbere conductive lithium sâlt LiPF6. Yn it nije tiidrek, om de elektrogemyske prestaasjes fan lithium-ionbatterijen te ferbetterjen en bepaalde spesjale funksjes te berikken, wurde funksjonele tafoegings, lykas flammefertragers, faak tafoege oan 'e elektrolyt.
Yn lithium-ion-batterijûntwerp leit de separator tusken de positive en negative elektroden, en har haadfunksje is om direkt kontakt tusken de twa elektroden te foarkommen, sadat koartslutingen foarkomme. Tagelyk lit de unike mikroporeuze struktuer fan dit materiaal lithium-ionen frij trochjaan.De separator spilet in krúsjale rol yn 'e opslachkapasiteit fan' e batterij, it libbenslibben en de algemiene feiligens; dêrom, it brûken fan in hege-kwaliteit skieding kin gâns ferbetterje de totale elektrochemyske prestaasjes fan de batterij. Op it stuit binne de meast brûkte skiedingstypen op 'e merke films mei hege{-sterkte makke fan polyolefinen, ynklusyf poreuze produkten makke fan polypropyleen en polyetyleen, lykas produkten makke troch kopolymerisaasje fan propyleen en ethyleen of allinich mei polyetyleenhomopolymer. It brûken fan net-wetterige solvents yn lithium-ionbatterijen liedt ta legere lithium-ionkonduktiviteit, wêrtroch in grut elektrodesgebiet nedich is. Fierder betsjut it gebrûk fan in spiraal-wûne struktuer tidens batterijmontage dat batterijprestaasjes net allinich ôfhinklik binne fan 'e elektroden sels, mar ek fan 'e binders dy't brûkt wurde yn' e batterijproduksje. Dizze binders moatte de unifoarmens en feiligens fan 'e aktive materialen garandearje tidens elektrodefabryk, de aktive materialen effektyf ferbine oan' e hjoeddeistige samler, fasilitearje de foarming fan in beskermjende SEI (- clectrolyte interphase) film op 'e grafytanode, behâlde genôch thermyske stabiliteit tidens it droegjen, en effektyf befeilige wurde troch de elektrolyt.
De bûtenkant is de kontener fan in lithium-ionbatterij. Faak brûkte mantels omfetsje stielen behuizingen, aluminium mantels, en aluminium - plestik gearstalde casings. Typysk is it omhulsel nedich om feroaringen yn hege en lege temperatueren en korrosje fan 'e elektrolyt te wjerstean.