Li-ion is een onderhoudsarme batterij, een voordeel dat de meeste andere chemie niet kan claimen. De batterij heeft geen geheugen en hoeft niet te worden getraind (opzettelijk volledig ontladen) om hem in goede conditie te houden. De zelfontlading is minder dan de helft van die van systemen op nikkelbasis en dit komt de toepassingen van brandstofmeters ten goede. De nominale celspanning van 3,60 V kan mobiele telefoons, tablets en digitale camera's rechtstreeks van stroom voorzien, wat vereenvoudigingen en kostenbesparingen oplevert ten opzichte van ontwerpen met meerdere cellen. De nadelen zijn de behoefte aan beveiligingscircuits om misbruik te voorkomen, evenals de hoge prijs.
Soorten lithium-ionbatterijen
Figuur 1 illustreert het proces.
Li-ion is een onderhoudsarme batterij, een voordeel dat de meeste andere chemie niet kan claimen. De batterij heeft geen geheugen en hoeft niet te worden getraind (opzettelijk volledig ontladen) om hem in goede conditie te houden. De zelfontlading is minder dan de helft van die van systemen op nikkelbasis en dit komt de toepassingen van brandstofmeters ten goede. De nominale celspanning van 3,60 V kan mobiele telefoons, tablets en digitale camera's rechtstreeks van stroom voorzien, wat vereenvoudigingen en kostenbesparingen oplevert ten opzichte van ontwerpen met meerdere cellen. De nadelen zijn de behoefte aan beveiligingscircuits om misbruik te voorkomen, evenals de hoge prijs.
De originele lithium-ionbatterij van Sony gebruikte cokes als anode (steenkoolproduct). Sinds 1997 zijn de meeste Li-ion-fabrikanten, waaronder Sony, overgestapt op grafiet om een vlakkere ontladingscurve te bereiken. Grafiet is een vorm van koolstof met langdurige cyclusstabiliteit en wordt gebruikt in potloodpotloden. Het is het meest voorkomende koolstofmateriaal, gevolgd door harde en zachte koolstof. Koolstoffen uit nanobuisjes zijn nog niet commercieel gebruikt in Li-ion, omdat ze de neiging hebben om in de war te raken en de prestaties te beïnvloeden. Een toekomstig materiaal dat belooft de prestaties van Li-ion te verbeteren is grafeen.
Figuur 2 illustreert de spanningsontladingscurve van een moderne Li-ion met grafietanode en de vroege cokesversie.
Er zijn verschillende additieven geprobeerd, waaronder legeringen op siliciumbasis, om de prestaties van de grafietanode te verbeteren. Er zijn zes koolstofatomen (grafiet) nodig om zich aan een enkel lithiumion te binden; een enkel siliciumatoom kan zich binden aan vier lithiumionen. Dit betekent dat de siliciumanode theoretisch meer dan tien keer de energie van grafiet zou kunnen opslaan, maar dat de uitzetting van de anode tijdens het opladen een probleem is. Zuivere siliconenanodes zijn daarom niet praktisch en slechts 3 à 5 procent silicium wordt doorgaans toegevoegd aan de anode van een op silicium gebaseerde anode om een goede levensduur te bereiken.
Het gebruik van nano-gestructureerd lithium-titanaat als anode-additief vertoont een veelbelovende levensduur, goede belastingsmogelijkheden, uitstekende prestaties bij lage temperaturen en superieure veiligheid, maar de specifieke energie is laag en de kosten zijn hoog.
Door te experimenteren met kathode- en anodemateriaal kunnen fabrikanten de intrinsieke kwaliteiten versterken, maar de ene verbetering kan de andere in gevaar brengen. De zogenaamde “Energy Cell” optimaliseert de specifieke energie (capaciteit) om lange looptijden te bereiken, maar bij een lager specifiek vermogen; de “Power Cell” biedt een uitzonderlijk specifiek vermogen, maar met een lagere capaciteit. De “Hybrid Cell” is een compromis en biedt een beetje van beide.
Fabrikanten kunnen relatief eenvoudig een hoge specifieke energie en lage kosten bereiken door nikkel toe te voegen in plaats van het duurdere kobalt, maar dit maakt de cel minder stabiel. Hoewel een startend bedrijf zich kan concentreren op een hoge specifieke energie en een lage prijs om snel marktacceptatie te verwerven, mogen de veiligheid en duurzaamheid niet in het gedrang komen. Gerenommeerde fabrikanten hechten veel waarde aan veiligheid en een lange levensduur.
De meeste Li-ion-batterijen hebben een soortgelijk ontwerp, bestaande uit een positieve elektrode (kathode) van metaaloxide die is gecoat op een aluminium stroomcollector, een negatieve elektrode (anode) gemaakt van koolstof/grafiet gecoat op een koperen stroomcollector, een scheider en elektrolyt gemaakt van lithiumzout in een organisch oplosmiddel. Ga voor meer informatie naar teda battery.com.
Tabel 3 vat de voordelen en beperkingen van Li-ion samen.
Posttijd: 26 juni 2022