The cathode thepa ke mohloli oa mantlha oa lithium ions ka alithium - betri ya ion. Nakong ya go tjhaja, di-ion tša lithium di ntšhwa go tšwa go lattice ya kristale ya dilo tša cathode gomme di tsena ka gare ga dilo tša anode; go khutlela morago go direga nakong ya go tšhollwa. Bokgoni bjo bo bušetšwago morago le selete sa gagamalo sa dilo tša cathode nakong ya go tjhaja le go ntšha di laola kudu segokanyipalo sa maatla sa betri ya lithium-ion. Go feta fao, ka lebaka la gore sedirišwa sa cathode se na le ditšhipi tša go swana le lithium, cobalt, le nikele, se bopa karolo ye bohlokwa kudu ya ditshenyagalelo tša betri ya lithium-ion.
Go hlabolla didirišwa tša cathode tšeo di nago le segokanyipalo sa maatla a godimo, gagamalo ya go ntšha ya godimo, bophelo bjo botelele bja tirelo, le bonolo bja go bopa ke ga bohlokwa bjo bogolo. Thepa e loketseng cathode lokela ho kopana le maemo a latelang a motheo.
(1) Possess e phahameng redox bokgoni, etsa bonnete ba phahameng dipholo tsa gagamalo bakeng sa leshala.
(2) E ka amogela di-ion tše dintši tša lithium ka mo go kgonegago, e kgonthišetša bokgoni bjo bo phagamego bja betri.
(3) Nakong ya go tsenywa le go ntšhwa ga di-ion tša lithium, dilo tša cathode di ka boloka go tsepama ga tšona ga sebopego, ka go rialo tša kgonthišetša bophelo bjo botelele bja modikologo bakeng sa eleketorode.
(4) Possesses babatsehang elektronike le ion conductivity, ka katleho fokotsa matla tahlehelo bakwa ke liphello polarization, ka tsela eo etsa bonnete ba leshala ka potlako tjhaja le ho lokolloa bokgoni.
(5) The betri ya tshebetso gagamalo fapaneng lokela ho ba ka hare ho electrochemical botsitso fapaneng ya electrolyte, ka tsela eo fokotsa sa hlokahaleng dikhemikhale dikarabelo pakeng tsa electrode thepa le electrolyte.
(6) Ga se feela gore e swanetše go ba le ditshenyagalelo tša tlase le tshepedišo e bonolo ya go tswakanya, eupša gape e swanetše go bontšha bogwera bjo bo phagamego bja tikologo.
Go feta fao, didirišwa tša cathode le tšona di swanetše go bontšha go tsepama mo go botse kudu ga electrochemical le mogote.
Didirišwa tša cathode tše di lego gona di ka arolwa kudu ka magoro a mararo go ya ka diphapano tša tšona tša sebopego sa kristale: 1 sebopego sa legato, go swana le lithium cobalt oxide (LiCoO2) le didirišwa tša ternary (LiNiCo, Mni-x-yO2); 2 sebopego sa olivine, bjalo ka lithium iron phosphate (LiFePO4); 3 di-oxide tša sebopego sa spinel, go swana le lithium manganese oxide (LiMn2O4) le lithium nickel manganese oxide (LiNi10.5Mn1.5O4). Mehuta ye e fapanego ya di-cathode e na le di-density tša maatla tše di fapanego, dimelo tša dikhemikhale tša mohlagase, le ditshenyagalelo, mafelelong di di dira gore di lokele mašemo a go fapana le maemo a tirišo. Didirišwa tša cathode tša sebopego sa legato di šupa didirišwa tša cathode tšeo di nago le sebopego sa microcrystalline sa lera, kudukudu go akaretša lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, le lithium-rich manganese oxide. Gare ga tšona, lithium cobalt oxide le lithium nickel cobalt manganese oxide ga bjale ke didirišwa tša cathode tšeo di šomišwago kudu bakeng sa dibetri tša lithium-ion ka ditšweletšweng tša elektroniki tša dijithale le dibetri tša lithium-ion tša maatla. Di hlaolwa ka segokanyipalo sa maatla a godimo, tshepedišo ye botse ya modikologo, le tshepedišo ye botse ya kakaretšo, eupša karolo ye e phagamego ya ditšhipi tša go swana le nikele, cobalt, le manganese e lebiša go ditshenyagalelo tše di phagamego.
Lithium cobalt oxide cathode thepa
Lithium cobalt oxide (LiCoO2) e utolotšwe ke rathutamahlale wa Amerika le mofenyi wa sefoka sa Nobel ka go Chemistry, JB Goodenough, gomme ya bapatšwa la mathomo ke Sony Corporation ya Japane ka bo-1990. Gaešita le lehono, lithium cobalt oxide e sa dutše e le e nngwe ya didirišwa tša cathode tšeo di nago le segokanyipalo se se phagamego kudu sa matla a volumetric. Ka lebaka le, e dirišwa kudu ditšweletšweng tša disele tša mokotla wa dijithale tšeo di nyakago segokanyipalo se se phagamego sa matla a volumetric, tše bjalo ka megala ya sellathekeng, dišupanako tše bohlale le didirišwa tša dihlogo tša Bluetooth.
Lithium cobalt oxide (LiCoO2), as one of the earliest commercially available cathode materials, possesses a volumetric energy density unmatched by other cathode materials. Electrodes prepared from LiCoO2 can achieve a compaction density exceeding 4.2 g/cm², and a specific capacity of 185 mA·h/g at high voltage (>4.45V e le). Go feta fao, LiCoO2 e bontšha go swara ga elektroniki le ga ionic mo go phagamego kudu, bokgoni bja maatla, le dimelo tša go tjhaja ka lebelo -, e fihlelela dinyakwa tša dibetri tša bjale tša elektroniki tša bareki gomme ka go realo e ba le mehutahuta ya dikgopelo. Go ya ka dithoto tše, LiCoO2 e sa dutše e le ye nngwe ya didirišwa tše kaone tša cathode go fihla ga bjale.
Mekgwa ye megolo ya tswako ya lithium cobalt oxide e akaretša tswako ya maemo a godimo -themperetšha ye e tiilego-, tswako ya sol-gel, le coprecipitation ya themperetšha ya fase-. Tlhamo ya maemo a godimo -themperetšha ye e tiilego-e akaretša go hlakanya matswai a lithium le cobalt-ye e nago le di-oxide goba di-hydroxide ka tekanyo ye e itšego ya stoichiometric, ke moka go tšhuma motswako ka themperetšha ye e swanetšego ka nako ye e itšego, gomme gwa latelwa ke go fodiša, go pšhatlaganya, le go sefa go hwetša sampole. Le ge e le gore mokgwa wa tswako ya mmušo wa themperetšha ya godimo ye e tiilego- o šomišwa kudu ka tšweletšong ya intasteri, o ja nako-, o nyaka dithemperetšha tša godimo tša tswako, gomme o tšweletša diphofo tše kgolo, tše di sa lekalekanego tše di nago le dikgelogo tše bohlokwa tša stoichiometric, go feletša ka koketšego ye kgolo ya ditshenyagalelo.
Thepa ya cathode ya phosphate
Ka 1997, Goodenough le ba bangwe. pele e šišinya lithium iron phosphate (LiFePO4) bjalo ka sedirišwa sa cathode bakeng sa dibetri tša lithium-ion.
Ka lebaka la ditshenyagalelo tša yona tša fase, sebopego se se tsepamego, le polokego ye e phagamego, sedirišwa se ganyenyane-ganyenyane se fetogile se sengwe sa didirišwa tša cathode tše di kgethilwego bakeng sa dibetri tša lithium-ion ka dipeseng tša mohlagase le ditshepedišong tša polokelo ya maatla.
Lithium iron phosphate (LiFePO4) e abelana ka sebopego sa kristale se se swanago le tshepedišo ya kristale le iron phosphate (FePO4). Se se ra gore sedirišwa se itemogela phetogo ye nnyane ya bophagamo nakong ya go tsenywa/go ntšhwa ga lithium-ion, ka mo go atlegilego se thibela tshenyo ya lattice yeo e hlolwago ke katološo ya bophagamo goba go fokotšega. Go feta fao, seka se se netefatša kgokagano ye botse ya mohlagase magareng ga dikarolwana le ditlaleletšo tša go swara, go feletša ka go tsepama mo go botse kudu ga modikologo le nako ye telele ya bophelo. Go tlaleletša, lithium iron phosphate e tumile ka bogwera bja yona bja tikologo, go šoma gabotse ga ditshenyagalelo-, polokego ye botse kudu, bokgoni bjo bo itšego bjo bo phagamego (mo e ka bago 170 mA·h/g), le sefala se se tsepamego sa go lefiša/go ntšha. Ka ge go filwe mehola ye, lithium iron phosphate e tšewa bjalo ka kgetho ye e loketšego didirišwa tša cathode ka dikgopelong tše kgolo-tekanyo tša polokelo ya maatla.
Mekgwa e akaretša ditshepedišo tša sol-gel, dithekniki tša coprecipitation, le tswako ya hydrothermal. Ka go lebanya, tswako ya hydrothermal e tšweletša ka go lebanya setšweletšwa seo se lebantšwego ka gare ga autoclave ka go oketša themperetšha le kgatelelo, e šomiša metswako ya tšhipi, lithium le phosphorus yeo e hwetšagalago gabonolo bjalo ka didirišwa tše tala. Mokgwa wo o tsebja ka tšhomišo ya wona ye bonolo, bogolo bja dikarolwana tše nnyane le tše di swanago, le tšhomišo ya maatla a fase. Le ge go le bjalo, e na le mellwane ya tšweletšo ya intasteri, kudukudu ka lebaka la tlhokego ya ditshelo tše di hlamilwego ka mo go kgethegilego tšeo di lwantšhago kgatelelo-. Coprecipitation, ka lehlakoreng le lengwe, e dirwa ka tshepedišong ya tharollo, moo sebopego sa selelekela se amegago ke mabaka a go fapafapana a go swana le go tsepama, taolo ya themperetšha, peakanyo ya pH, le seelo sa go hlohleletša. Ka lebaka la tema ya mafelelo yeo ditekanyetšo tše di e kgathago mo tshepedišong ya didirišwa tša mafelelo tša LiFePO tše di sintered, kgetho ya kelohloko ya maemo a diteko e bohlokwa kudu. Ditšweletšwa tše di lokišitšwego ka mokgwa wo ga di na fela dimelo tša microstructure tše dibotse kudu (ke gore, bogolo bja dikarolwana tše nnyane le tše di swanago) eupša gape di bontšha dithoto tša electrochemical tše di phagamego; le ge go le bjalo, go bohlokwa go lemoga gore tshepedišo ka moka ya tshepedišo e raragane kudu, gomme ditlhohlo tša go sefa le ditaba tša taolo ya ditlakala di ka tšwelela nakong ya tshepedišo.
Lithium manganese oxide le lithium-didirišwa tša cathode tše di humilego ka manganese-
Lithium manganese oksaete
Dinyakišišong tša didirišwa tša cathode tša betri ya lithium-ion, sedirišwa se sengwe sa bohlokwa le seo se hwetšagalago kgwebong sa cathode ke sedirišwa sa cathode sa spinel-se se rulagantšwego sa lithium manganese oxide (LiMn2O4) seo se šišintšwego ke Thackeray et al. ka 1983. Spinel-structured lithium manganese oxide ke ya tshepedišo ya kristale ya dikhubi. Sebopego sa yona se se tlwaelegilego sa dikhemikhale ke LiMn2O4. Ka sebopegong sa kristale sa LiMn2O4, oksitšene e ka gare ga sebopego sa sefahlego-se se tsepamego sa dikhubu kgauswi-se se tletšego, mola manganese le oksitšene di bopa sebopego sa octahedral, bjalo ka ge go bontšhitšwe seswantšhong se se lego ka mo tlase.
Manganese e gona ka bontši ka tlhagong, gomme dithekniki tša go lokišetša spinel-mohuta wa lithium manganese oxide (LiMn2O4) di bontšha dimelo tše di fapanego. Tsela ya tswako le theknolotši ya tshepedišo ya dilo tše di bonagalago di ama ka go lebanya microstructure le tlhabollo ya mabele ya setšweletšwa sa mafelelo. Ka hona, optimizing dithulaganyo tsena tswakana ke bohlokoa bakeng sa ntlafatsa tshebetso electrochemical ya thepa eleketrode ka dikopo sebetsang. Ga bjale, intasteri le barutegi di šomiša ka bophara mehuta ye mebedi ye megolo ya mekgwa ya go lokišetša LiMn2O4: ye nngwe e theilwe godimo ga tirišano magareng ga didirišwa tše tala tše di tiilego, go swana le dikarabelo tša maemo a godimo -themperetšha ye e tiilego -, tswako ye e thušwago ke microwave-, le kalafo ya go kolobiša ka gare ga methopo ya ditaba ya letswai ye e qhibidišitšwego.
Legoro le lengwe le akaretša phetogo ya dikhemikhale tikologong ya seela, ka mehlala ye e tlwaelegilego go akaretšwa theknolotši ya sol-gel, tswako ya hydrothermal, le dithekniki tša coprecipitation. LiMnzO4 e gogetše šedi ye e atilego ka lebaka la mohola wa yona wa theko, go tsepama mo go botse kudu ga phišo, go ganetša mo go tiilego ga go lefiša go feta tekano, le mehola ye mebotse ya tikologo. Le ge go le bjalo, sedirišwa se se na le mafokodi a go sepela ka dipaesekele le tshepedišo ya polokelo, kudukudu ka dithemperetšheng tša godimo, moo tshepedišo ya sona ya go sepela ka dipaesekele e senyegago kudu, gomme seo sa lebiša go tahlegelo ya bokgoni yeo e sa fetogego.
lithium -manganese e humilego- e theilwego
Ka ntle le lithium manganese oxide, didirišwa tše di theilwego godimo ga lithium-tše di humilego ka manganese- tše di nago le legato di gogetše šedi ye e atilego bjalo ka sedirišwa sa cathode seo se tšwelelago sa dibetri tša lithium-ion.
Mekgwa ya go lokišetša didirišwa tša cathode tše di theilwego godimo ga manganese ye e humilego ka lithium-e akaretša mekgwa ya maemo a tiilego-, mekgwa ya sol-gel, le mekgwa ya go co-pula. Mokgwa wa seemo se se tiilego-o akaretša go tswaka thwii di-oxide tša tšhipi le dikhaponete tša tšhipi goba di-hydroxide tša tšhipi ka tekanyo ye e itšego, gomme gwa latelwa ke karabelo ya boemo bjo bo tiilego bja themperetšha ya godimo-go hwetša didirišwa tše di humilego ka lithium-ya legato. Mehola ya mokgwa wa boemo bjo bo tiilego - ke bokgoni bja wona bja go kopanya palo ye kgolo ya didirišwa tše di humilego ka lithium-ya legato, mokgwa wa wona wo bonolo wa go lokišetša, le ditshenyagalelo tša wona tša fase. Go se loke ke segokanyipalo se se fokolago sa phatlalatšo ya selo se se tiilego nakong ya sintering ya boemo bjo bo tiilego -, le taba ya gore ditšhipi tša phetogo tše di fapanego di na le ditekanyo tše di fapanego tša phatlalatšo ka karabelong ya seemo se se tiilego -, e lego seo se dirago gore go be thata gore dikarolwana di phatlalale ka mo go lekanego. Ka hona, ho tšoana ha lintho tse bonahalang synthesized ke mafutsana, e leng ama tshebetso ya thepa cathode. Mokgwa wa sol-gel o akaretša pele go oketša tharollo ya letswai la tšhipi ya phetogo go sedirišwa sa go kopanya go bopa sol, ke moka o moyafale meetse go e dira gel, gomme mafelelong o omiše le go a tšhuma go hwetša didirišwa tše di humilego ka lithium-ya legato. Mokgwa wo o tšweletša didirišwa tše di nago le kabo ye e swanago le bohlweki bjo bo phagamego, gomme di-electrode tše di tšweleditšwego di bontšha tshepedišo ye botse ya electrochemical. Le ge go le bjalo, mafokodi a yona a akaretša modikologo wo motelele wa go hlama, go nyakega ga dikopanyi tše ntši (diesiti tša organic goba ethylene glycol), go feletša ka ditshenyagalelo tše di phagamego. Go feta fao, didirišwa tše di humilego tša lithium - tše di tšweleditšwego tša legato ke bontši bja dikarolwana tše botse tša nano/micron tšeo di nago le segokanyipalo sa nnete sa fase. Ka fao, mokgwa wo ga bjale o šomišwa kudu ka dipeakanyong tša laboratori bakeng sa go hlama didirišwa tše di humilego ka lithium-ya legato gomme go thata go di dira kgwebo.
Didirišwa tša cathode tša nikele tše di phagamego -
Banyakišiši ke kgale ba nyaka go tsepama ga themperetšha ya godimo-le tshepedišo ye botse kudu ya seelo bjalo ka dipakane tša mathomo ge ba hlabolla cathode
didirišwa tša dibetri tša lithium-ion. Gare ga didirišwa tše tharo tše kgolo - LiCoO2, LiNi11₋ᵧCo2MnᵧO2 (NCM), le LiFePO4 - NCM e tšewa e le e nngwe ya didirišwa tša cathode tše di holofetšago kudu ka lebaka la bokgoni bja yona bjo bo itšego bjo bo phagamego kudu, ditshenyagalelo tša didirišwa tše tala tše di lego fase kudu, polokego ye kaone ge e bapetšwa le LiCoO2, le bogwera bja tikologo le mehola ya ditshenyagalelo go feta didirišwa tša setšo.
Mohuta wo wa sedirišwa o na le sebopego se se swanago sa -NaFeO2-mohuta wa kristale ya lera gomme ke wa sehlopha sa sebaka sa R-3m. Kgopolo ye e ile ya šišinywa la mathomo ke Liu et al. ka 1999. E kopanya ka bohlale mehola ya didirišwa tše tharo tša cathode - lithium cobalt oxide (LiCoO2), lithium nickel oxide (LiNiO2), le lithium manganese oxide (LiMnO2) - gomme e lefela ka mo go atlegilego mafokodi ao a lego gona ka gare ga sedirišwa se sengwe le se sengwe ka noši (bjalo ka ge go bontšhitšwe go Seswantšho 5-6). Ka go beakanya tekanyo ya dielemente tša tšhipi ya phetogo, tekatekano ye e loketšego gare ga bokgoni bjo bo itšego, tshepedišo ya modikologo, polokego le ditshenyagalelo e ka fihlelelwa gape.
Sebopego sa kristale sa didirišwa tša lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM) ternary cathode ge e le gabotse se swana le sa LiCoO2, bobedi bja tšona ke tša sebopego sa legato la khutlotshela.
