Θεωρία μπαταρίας πολυμερούς λιθίου

Θεωρία μπαταρίας πολυμερούς λιθίου

2023-5-12

Υπάρχουν δύο εμπορικά διαθέσιμες τεχνολογίες στην αγορά που αναφέρονται συλλογικά ως πολυμερή ιόντων λιθίου (όπου το "πολυμερές" αντιπροσωπεύει "πολυμερές απομόνωσης ηλεκτρολυτών").

Η μπαταρία αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη:

Θετικό ηλεκτρόδιο: LiCoO2 διοξείδιο του κοβαλτίου λιθίου ή LiMn2O4 τετραοξείδιο λιθίου διοξείδιο μαγγανίου

Διάφραγμα: αγώγιμο πολυμερές ηλεκτρολύτη (όπως πολυαιθυλενογλυκόλη, PEO)

Αρνητικό ηλεκτρόδιο: ένωση λιθίου ή λιθίου με ενσωματωμένο άνθρακα (χημική).

Τυπική αντίδραση: (απαλλαγή)

Αρνητικό ηλεκτρόδιο: (Carbon Lix) → C+xLi+xe

Διάφραγμα: Li αγώγιμο

Θετικό ηλεκτρόδιο: Li1 − xCoO2+xLi+xe → LiCoO2

Ολική αντίδραση: (άνθρακας xLi+xe)+Li1-xCoO2 → LiCoO2+άνθρακας

Τα πολυμερή ηλεκτρολύτη/μεμβρανών μπορεί να είναι στερεά πολυμερή, όπως πολυαιθυλενογλυκόλη (PEO), εξαφθοριούχο λίθιο κάλιο (LiPF6) ή άλλα αγώγιμα άλατα με πυρίτιο ή άλλα υλικά πλήρωσης που ενισχύουν τις μηχανικές ιδιότητες (τέτοιες μέθοδοι δεν έχουν ακόμη κυκλοφορήσει στο εμπόριο). Σύμφωνα με τις απαιτήσεις ασφαλείας, οι περισσότερες μπαταρίες χρησιμοποιούν λίθιο ενσωματωμένο σε άνθρακα ως αρνητικό ηλεκτρόδιο, εκτός από ορισμένους κατασκευαστές όπως η Avestor (μετά τη συγχώνευση με το Battscap) που χρησιμοποιούν μεταλλικό λίθιο ως αρνητικό ηλεκτρόδιο (αναφέρονται ως μπαταρίες πολυμερούς μετάλλου λιθίου).

Και οι δύο εμπορικές μπαταρίες πολυμερίζονται με φθοριούχο πολυβινυλιδένιο (PVdF) με επικάλυψη κολλοειδών διαλυτών και αλάτων όπως ανθρακικό αιθυλένιο (EC)/ανθρακικό διμεθυλεστέρα (DMC)/ανθρακικό διαιθυλεστέρα (DEC). Η διαφορά έγκειται στη χρήση του οξειδίου του μαγγανίου λιθίου (LiMn2O4) ως θετικού ηλεκτροδίου (τεχνολογία Bellcore/Telcordia). Η παραδοσιακή μέθοδος είναι η χρήση οξειδίου λιθίου κοβαλτίου (LiCoO2).

Αν και δεν είναι ακόμη ευρέως διαθέσιμες στο εμπόριο, υπάρχουν άλλοι διαφορετικοί τύποι μπαταριών πολυμερών λιθίου που χρησιμοποιούν επίσης πολυμερή ως θετικά ηλεκτρόδια. Για παράδειγμα, η Moltech αναπτύσσει θετικά ηλεκτρόδια από αγώγιμα πλαστικά και ενώσεις θείου άνθρακα. Ωστόσο, από το 2005, αυτή η τεχνολογία φαινόταν να έχει προβλήματα με την αυτόματη απελευθέρωση και το κόστος παραγωγής ήταν επίσης πολύ υψηλό.

Άλλες μέθοδοι περιλαμβάνουν τη χρήση οργανικών ενώσεων που περιέχουν θείο και αγώγιμων πολυμερών ως θετικών ηλεκτροδίων, όπως η πολυανιλίνη. Αυτή η μέθοδος μπορεί να επιτύχει καλή υψηλή ικανότητα εκφόρτισης, συμπεριλαμβανομένης της χαμηλής εσωτερικής αντίστασης και της υψηλής χωρητικότητας εκφόρτισης, αλλά υπάρχουν προβλήματα με ανεπαρκείς χρόνους κύκλου και υψηλό κόστος.