De lithium-ionbatterij begint helemaal te haasten en nadert de batterij

In 1800 vond Alessandro Volta, een Italiaanse natuurkundige, de Volta-stapel uit, de eerste batterij in de menselijke geschiedenis. De eerste batterij was gemaakt van zink (anode) en koperen (kathode) platen en papier gedrenkt in zout water (elektrolyt), wat de kunstmatige mogelijkheid van elektriciteit aantoonde.

Sindsdien hebben batterijen, als apparaat dat continue en stabiele stroom kan leveren, meer dan 200 jaar ontwikkeling doorgemaakt en blijven ze voldoen aan de vraag van mensen naar flexibel elektriciteitsgebruik.

In de afgelopen jaren, met de enorme vraag naar duurzame energie en de toenemende bezorgdheid over milieuvervuiling, blijven secundaire batterijen (of batterijen) die andere vormen van energie kunnen omzetten in elektrische energie en deze opslaan in de vorm van chemische energie veranderingen teweegbrengen in de energiesector. systeem.

De ontwikkeling van de lithiumbatterij toont de vooruitgang van de samenleving vanuit een ander aspect. In feite is de snelle ontwikkeling van mobiele telefoons, computers, camera's en elektrische voertuigen gebaseerd op de volwassenheid van de lithiumbatterijtechnologie.

Chen Gen. De geboorte en angst van de lithiumbatterij naderen

De geboorte van de lithiumbatterij

De batterij heeft positieve en negatieve polen. De positieve pool, ook wel de kathode genoemd, is meestal gemaakt van stabielere materialen, terwijl de negatieve pool, ook wel de anode genoemd, meestal is gemaakt van "zeer actieve" metalen materialen. De positieve en negatieve polen worden gescheiden door elektrolyt en opgeslagen in de vorm van chemische energie.

De chemische reactie tussen de twee polen produceert ionen en elektronen. Deze ionen en elektronen bewegen in de batterij, waardoor elektronen gedwongen worden naar buiten te bewegen, een cyclus vormen en elektriciteit opwekken.

In de jaren zeventig stimuleerde de oliecrisis in de Verenigde Staten, in combinatie met de nieuwe vraag naar energie in het leger, de luchtvaart, de geneeskunde en andere domeinen, de zoektocht naar oplaadbare batterijen om duurzame, schone energie op te slaan.

Van alle metalen heeft lithium een ​​zeer laag soortelijk gewicht en elektrodepotentiaal. Met andere woorden: het lithiumbatterijsysteem kan in theorie de maximale energiedichtheid bereiken, dus lithium is de logische keuze van batterijontwerpers.

Lithium is echter zeer reactief en kan branden en exploderen bij blootstelling aan water of lucht. Daarom is het temmen van lithium de sleutel geworden tot de ontwikkeling van batterijen. Bovendien kan lithium bij kamertemperatuur gemakkelijk reageren met water. Als metaallithium in batterijsystemen moet worden gebruikt, is het essentieel om niet-waterige elektrolyten te introduceren.

In 1958 stelde Harris voor om organische elektrolyt te gebruiken als elektrolyt voor metalen batterijen. In 1962 lanceerden Lockheed Mission en SpaceCo. Chilton Jr. van het Amerikaanse leger en Cook brachten het idee naar voren van een "niet-waterig lithiumelektrolytsysteem".

Chilton en Cook hebben een nieuw type batterij ontworpen, die lithiummetaal als kathode, Ag-, Cu- en Ni-halogeniden als kathode gebruikt, en metaalzout met een laag smeltpunt lic1-AlCl3 opgelost in propyleencarbonaat als elektrolyt. Hoewel het probleem van de batterij ervoor zorgt dat deze binnen het concept blijft en niet zozeer commercieel haalbaar is, is het werk van Chilton en Cook het begin van onderzoek naar lithiumbatterijen.

In 1970 synthetiseerden Panasonic Electric Co. uit Japan en het Amerikaanse leger onafhankelijk van elkaar een nieuw kathodemateriaal: koolstoffluoride, vrijwel tegelijkertijd. Het kristallijne koolstoffluoride met de moleculaire expressie van (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) werd met succes bereid door Panasonic Electric Co., Ltd. en gebruikt als de anode van een lithiumbatterij. De uitvinding van de lithiumfluoridebatterij is een belangrijke stap in de geschiedenis van de ontwikkeling van lithiumbatterijen. Dit is de eerste keer dat "ingebedde verbindingen" worden geïntroduceerd in het ontwerp van lithiumbatterijen.

Om het omkeerbare laden en ontladen van een lithiumbatterij te realiseren, is de sleutel echter de omkeerbaarheid van de chemische reactie. Destijds gebruikten de meeste niet-oplaadbare batterijen lithiumanodes en organische elektrolyten. Om oplaadbare batterijen te realiseren, begonnen wetenschappers de omkeerbare invoeging van lithiumionen in de positieve elektrode van gelaagd overgangsmetaalsulfide te bestuderen.

Stanley Whittingham van ExxonMobil ontdekte dat de chemische intercalatiereactie kan worden gemeten door gelaagd TiS2 als kathodemateriaal te gebruiken, en het ontladingsproduct is LiTiS2.

In 1976 behaalde de door Whittingham ontwikkelde batterij een goed aanvankelijk rendement. Na herhaaldelijk opladen en ontladen vormden zich echter lithiumdendrieten in de batterij. De dendrieten groeiden van de negatieve pool naar de positieve pool en vormden een kortsluiting, waardoor het gevaar ontstond dat de elektrolyt ontbrandde en uiteindelijk faalden.

In 1989, als gevolg van het brandongeval met secundaire lithium-/molybdeenbatterijen, trokken de meeste bedrijven, op enkele na, zich terug uit de ontwikkeling van secundaire lithium-metaalbatterijen. De ontwikkeling van secundaire lithium-metaalbatterijen werd feitelijk stopgezet omdat het veiligheidsprobleem niet kon worden opgelost.

Vanwege het slechte effect van verschillende aanpassingen is het onderzoek naar de secundaire lithiummetaalbatterij gestagneerd. Uiteindelijk kozen de onderzoekers voor een radicale oplossing: een schommelstoelbatterij met ingebedde verbindingen als de positieve en negatieve polen van secundaire lithiummetaalbatterijen.

In de jaren tachtig bestudeerde Goodnow de structuur van gelaagde kathodematerialen van lithiumkobalaat en lithiumnikkeloxide aan de Universiteit van Oxford, Engeland. Ten slotte realiseerden onderzoekers zich dat meer dan de helft van het lithium omkeerbaar uit het kathodemateriaal kan worden verwijderd. Dit resultaat leidde uiteindelijk tot de geboorte van The.

In 1991 lanceerde SONY Company de eerste commerciële lithiumbatterij (anodegrafiet, kathode-lithiumverbinding, elektrode vloeibaar lithiumzout opgelost in organisch oplosmiddel). Vanwege de kenmerken van een hoge energiedichtheid en verschillende formuleringen die zich kunnen aanpassen aan verschillende gebruiksomgevingen, zijn lithiumbatterijen op de markt gebracht en op grote schaal gebruikt op de markt