Li-ion is een onderhoudsarme batterij, een voordeel dat de meeste andere chemiebedrijven niet kunnen claimen.De batterij heeft geen geheugen en hoeft niet te worden getraind (opzettelijke volledige ontlading) om hem in goede conditie te houden.Zelfontlading is minder dan de helft van die van op nikkel gebaseerde systemen en dit helpt de brandstofmetertoepassingen.De nominale celspanning van 3,60 V kan mobiele telefoons, tablets en digitale camera's rechtstreeks van stroom voorzien, wat vereenvoudigingen en kostenbesparingen biedt ten opzichte van ontwerpen met meerdere cellen.De nadelen zijn de noodzaak van 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 chemiebedrijven niet kunnen claimen.De batterij heeft geen geheugen en hoeft niet te worden getraind (opzettelijke volledige ontlading) om hem in goede conditie te houden.Zelfontlading is minder dan de helft van die van op nikkel gebaseerde systemen en dit helpt de brandstofmetertoepassingen.De nominale celspanning van 3,60 V kan mobiele telefoons, tablets en digitale camera's rechtstreeks van stroom voorzien, wat vereenvoudigingen en kostenbesparingen biedt ten opzichte van ontwerpen met meerdere cellen.De nadelen zijn de noodzaak van beveiligingscircuits om misbruik te voorkomen, evenals de hoge prijs.
Sony's originele lithium-ionbatterij gebruikte cokes als anode (steenkoolproduct).Sinds 1997 zijn de meeste Li-ionfabrikanten, waaronder Sony, overgestapt op grafiet om een vlakkere ontladingscurve te verkrijgen.Grafiet is een vorm van koolstof die een langdurige cyclusstabiliteit heeft en wordt gebruikt in potloodpotloden.Het is het meest voorkomende koolstofmateriaal, gevolgd door harde en zachte koolstoffen.Nanobuiskoolstoffen zijn nog niet commercieel gebruikt in Li-ion, omdat ze de neiging hebben om in de knoop 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 basis van silicium, om de prestaties van de grafietanode te verbeteren.Er zijn zes koolstofatomen (grafiet) nodig om te binden aan een enkel lithiumion;een enkel siliciumatoom kan binden aan vier lithiumionen.Dit betekent dat de siliciumanode theoretisch meer dan 10 keer de energie van grafiet zou kunnen opslaan, maar uitzetting van de anode tijdens het opladen is een probleem.Zuivere siliconenanoden zijn daarom niet praktisch en slechts 3-5 procent silicium wordt typisch toegevoegd aan de anode van een op silicium gebaseerde anode om een goede levensduur te bereiken.
Het gebruik van nanogestructureerd lithiumtitanaat als anodeadditief vertoont een veelbelovende levensduur, goede laadmogelijkheden, 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 eigenschappen versterken, maar de ene verbetering kan de andere in gevaar brengen.De zogenaamde "Energiecel" 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 gemakkelijk 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 door de markt te worden geaccepteerd, mogen 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 metaaloxide-elektrode (kathode) die is gecoat op een aluminium stroomcollector, een negatieve elektrode (anode) gemaakt van koolstof/grafiet gecoat op een koperen stroomcollector, een separator en elektrolyt gemaakt van lithiumzout in een organisch oplosmiddel.Meer informatie, ga naar teda battery.com.
Tabel 3 vat de voordelen en beperkingen van Li-ion samen.
Posttijd: 26 juni-2022