Функциональные нановолокна в литий-ионных аккумуляторах
Х. Цяо, К. Вэй, Функциональные нановолокна и их приложения, 2012 г.

10.1 Введение
Литий-ионная батарея - это семейство типов перезаряжаемых батарей, в которых ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному во время разряда и обратно при зарядке. Химический состав, производительность, стоимость и характеристики безопасности зависят от типа литий-ионных батарей. В отличие от литиевых первичных батарей (которые являются одноразовыми), в литий-ионных батареях в качестве электродного материала используется интеркалированное соединение лития вместо металлического лития.

Литий-ионные батареи широко используются в бытовой электронике. Это один из самых популярных типов перезаряжаемых аккумуляторов для портативной электроники с одним из лучших соотношений энергии к весу, высоким напряжением холостого хода, низкой скоростью саморазряда, отсутствием эффекта памяти и медленной потерей заряда в нерабочем состоянии. использовать. Помимо бытовой электроники, литий-ионные аккумуляторы становятся все более популярными для военных, электромобилей и аэрокосмической промышленности из-за их высокой плотности энергии.

Литий-ионные батареи были впервые предложены М. С. Уиттингемом из Бингемтонского университета в 1970-х годах. Уиттингем использовал сульфид титана (II) в качестве катода и металлический литий в качестве анода. Электрохимические свойства интеркалирования лития в графите были впервые обнаружены в 1980 году Рашидом Язами и др., Которые показали обратимое интеркалирование лития в графит в полуячейке литий / полимерный электролит / графит.2 В 1981 году Bell Labs разработала работоспособный графит. анод в качестве альтернативы литий-металлической батарее. После исследования катодов, проведенного группой под руководством Джона Гуденаф, в 1991 году Sony выпустила первую коммерческую литий-ионную батарею. В их ячейках использовалась химия слоистых оксидов, в частности оксида лития-кобальта. В 1983 году доктор Майкл Теккерей, Гуденаф и его коллеги определили марганцевую шпинель в качестве катодного материала3. Шпинель показала большие перспективы, учитывая низкую стоимость, хорошую электронную и литий-ионную проводимость, а также трехмерную структуру, которая придает ей хорошую структурную стабильность. Хотя чистая марганцевая шпинель тускнеет при циклировании, это можно преодолеть с помощью химической модификации материала. Марганцевая шпинель в настоящее время используется в коммерческих электролизерах.

В 1989 году Гуденаф показал, что катоды, содержащие полианионы, например сульфаты, производят более высокие напряжения, чем оксиды, из-за индуктивного эффекта полианиона.4 В 1996 году Гуденаф, Акшая Падхи и его коллеги идентифицировали фосфат лития-железа (LiFePO4) и другие фосфаты. оливины (фосфаты металлического лития со структурой оливина) в качестве катодных материалов5. В 2002 году Йет-Мин Чианг и его группа из Массачусетского технологического института продемонстрировали существенное улучшение характеристик литиевых батарей за счет повышения проводимости материала за счет легирования его алюминием, ниобием и цирконием. . Точный механизм, вызывающий повышение, стал предметом споров. В 2004 году компания Chiang снова повысила производительность за счет использования частиц фосфата железа диаметром менее 100 нм. Это уменьшило плотность частиц почти в сто раз, увеличило площадь поверхности катода и улучшило емкость и характеристики.

В последние годы, с быстрым развитием нанотехнологий, наноматериалы являются многообещающими кандидатами в качестве электродов литий-ионных аккумуляторов. В качестве электродных материалов для литий-ионных аккумуляторов наноматериалы обладают некоторыми уникальными физическими и химическими свойствами, такими как большая площадь поверхности, меньшая транспортная длина, высокая обратимая емкость и длительный срок службы. Эти свойства могут значительно улучшить удельную емкость и быстродействие литий-ионных батарей.

ВТОРИЧНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ - ЛИТИЕВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ - ЛИТИЕВЫЕ ИОННЫЕ | Механизмы старения
Дж. Веттер, ... М. Вольфарт-Меренс, в Энциклопедии электрохимических источников энергии, 2009 г.

Введение
Литий-ионные батареи - это сложные системы для понимания, а их старение еще сложнее. Снижение емкости и снижение мощности происходят не по одной причине, а из-за множества процессов и их взаимодействий. Более того, большинство из этих процессов не могут быть изучены независимо и происходят в одинаковых временных масштабах, что усложняет исследование механизмов старения.

Литий-ионные батареи уже несколько лет коммерчески используются в небольших портативных устройствах. Из-за коротких инновационных циклов этих устройств срок службы батареи после определенного периода времени играет лишь незначительную роль для такого рода приложений. Но начавшееся проникновение литий-ионных батарей на рынок потребительских товаров длительного пользования и инвестиционных товаров, таких как (гибридные) электромобили, системы временного хранения возобновляемых источников энергии, а также на рынке аккумуляторов для обычных транспортных средств, требует более сложной оценки. срока службы батареи. Цели Совета по передовым аккумуляторным батареям США (USABC) в исследовательской инициативе FreedomCAR (2002), например, требуют календарного срока службы в 15 лет для аккумуляторных систем 42 В и гибридных электрических транспортных средств (HEV),