Una bateria di lithium-ion o Li-ion battery (abbreviata cum'è LIB) hè un tipu di bateria recargable.E batterie di lithium-ion sò cumunimenti aduprate per l'elettronica portatili è i veiculi elettrici è crescenu in pupularità per l'applicazioni militari è aerospaziali.Un prototipu di batteria Li-ion hè statu sviluppatu da Akira Yoshino in u 1985, basatu annantu à una ricerca precedente di John Goodenough, M. Stanley Whittingham, Rachid Yazami è Koichi Mizushima durante l'anni 1970-1980, è dopu una batteria Li-ion cummerciale hè stata sviluppata da un A squadra di Sony è Asahi Kasei guidata da Yoshio Nishi in 1991. In 2019, u Premiu Nobel in Chimica hè statu datu à Yoshino, Goodenough, è Whittingham "per u sviluppu di batterie di lithium ion".

In e batterie, i ioni di litiu si movenu da l'elettrodu negativu attraversu un elettrolitu à l'elettrodu pusitivu durante a scaricazione, è torna in carica.E batterie Li-ion utilizanu un compostu di litiu intercalatu cum'è materiale à l'elettrodu pusitivu è tipicamente grafite à l'elettrodu negativu.E batterie anu una alta densità d'energia, senza effettu di memoria (alcuni à e cellule LFP) è bassa autoscarica.Puderanu però esse un periculu per a sicurità postu chì cuntenenu elettroliti infiammabili, è se dannatu o caricati incorrectamente ponu purtà à splusioni è incendi.Samsung hè statu obligatu à ricurdà i telefunini Galaxy Note 7 dopu à incendi di lithium-ion, è ci sò stati parechji incidenti chì implicavanu batterie in Boeing 787s.

A chimica, u rendiment, u costu è e caratteristiche di sicurezza varianu trà i tipi di LIB.L'elettronica portatile usa principalmente batterie di polimeru di lithium (cù un gel di polimeru cum'è elettrolitu) cù l'ossidu di cobalt di lithium (LiCoO2) cum'è materiale di cathode, chì offre una alta densità d'energia, ma presenta risichi di sicurezza, soprattuttu quandu dannatu.Lithium iron phosphate (LiFePO4), lithium manganese oxide (LiMn2O4, Li2MnO3, o LMO), è lithium nickel manganese cobalt oxide (LiNiMnCoO2 o NMC) offre una densità di energia più bassa ma vita più longa è menu probabilità di focu o splusione.Tali batterie sò largamente usate per strumenti elettrici, equipaghji medichi è altri roli.NMC è i so derivati ​​sò largamente usati in i veiculi elettrici.

I spazii di ricerca per e batterie di lithium-ion includenu l'estensione di a vita, l'aumentu di a densità di l'energia, a migliurà a sicurezza, a riduzione di i costi è l'aumentu di a velocità di carica, frà altri.A ricerca hè stata in corso in l'area di l'elettroliti non-infiammabili cum'è una strada per una sicurezza aumentata basatu annantu à l'infiammabilità è a volatilità di i solventi organici utilizati in l'elettroliti tipici.E strategie includenu batterie di lithium-ion d'acqua, elettroliti solidi ceramichi, elettroliti polimeri, liquidi ionici è sistemi fortemente fluorurati.

Batteria versus cellula

Una cellula hè una unità elettrochimica basica chì cuntene l'elettrodi, separatori è elettroliti.

Una bateria o un pacchettu di bateria hè una cullizzioni di cellule o assemblee di cellula, cù l'abitazione, i cunnessione elettriche, è possibbilmente l'elettronica per u cuntrollu è a prutezzione.

Elettrodi anodi è catodi
Per e cellule rechargeable, u termu anodu (o elettrodu negativu) designa l'elettrodu induve l'ossidazione hè accaduta durante u ciclu di scaricamentu;l'altru elettrodu hè u catodu (o l'elettrodu pusitivu).Durante u ciclu di carica, l'elettrodu pusitivu diventa l'anodu è l'elettrodu negativu diventa u catodu.Per a maiò parte di e cellule di lithium-ion, l'elettrodu di l'ossidu di lithium hè l'elettrodu pusitivu;per e cellule di lithium-ion titanate (LTO), l'elettrodu di l'ossidu di lithium hè l'elettrodu negativu.

Storia

Sfondate

Varta batterie lithium-ion, Museum Autovision, Altlussheim, Germania
Batterie di lithium sò stati pruposti da u chimicu britannicu è co-recipient di u premiu Nobel 2019 per a chimica M. Stanley Whittingham, avà à l'Università di Binghamton, mentre travaglia per Exxon in l'anni 1970.Whittingham utilizò sulfuru di titaniu (IV) è lithium metal cum'è elettrodi.Tuttavia, sta bateria di lithium rechargeable ùn pudia mai esse fatta pratica.U disulfuru di titaniu era una scelta pobra, postu chì deve esse sintetizatu in cundizioni cumpletamente sigillate, ancu esse abbastanza caru (~ $ 1,000 per kilogramu per a materia prima di disulfuru di titaniu in l'anni 1970).Quandu espunutu à l'aria, u disulfuru di titaniu reagisce per furmà composti di sulfuru di l'idrogenu, chì anu un odore dispiacevule è sò tossichi per a maiò parte di l'animali.Per questu, è per altri motivi, Exxon hà interromputu u sviluppu di a bateria di disulfuru di lithium-titanium di Whittingham.[28]Batterie cù elettrodi di lithium metallicu presentanu prublemi di sicurezza, cum'è u metale di lithium reagisce cù l'acqua, liberendu gas d'idrogenu inflammable.In cunseguenza, a ricerca si trasfirìu à sviluppà batterie in quale, invece di lithium metallicu, solu i composti di lithium sò prisenti, essendu capaci di accettà è liberà ioni di lithium.

L'intercalazione reversibile in grafite è l'intercalazione in ossidi catodici hè stata scuperta durante u 1974-76 da JO Besenhard à TU Munich.Besenhard hà prupostu a so applicazione in cellule di lithium.A descomposizione di l'elettroliti è a co-intercalazione di solventi in grafite eranu severi svantaghji iniziali per a vita di a bateria.

Sviluppu

1973 - Adam Heller hà prupostu a bateria di lithium thionyl chloride, sempre aduprata in i dispositi medichi implantati è in i sistemi di difesa induve una vita di conservazione più di 20 anni, alta densità d'energia è / o tolleranza per temperature operative estreme sò richieste.
1977 - Samar Basu hà dimustratu l'intercalazione elettrochimica di lithium in graphite à l'Università di Pennsylvania.Questu hà purtatu à u sviluppu di un elettrodu di grafite intercalatu di litiu funzionale in Bell Labs (LiC6) per furnisce una alternativa à a batteria di l'elettrodu di lithium metal.
1979 - U travagliu in gruppi separati, Ned A. Godshall et al., è, pocu dopu, John B. Goodenough (Università di Oxford) è Koichi Mizushima (Università di Tokyo), dimustranu una cellula di lithium rechargeable cù voltage in a gamma 4 V cù lithium. diossidu di cobalt (LiCoO2) cum'è l'elettrodu pusitivu è lithium metal cum'è l'elettrodu negativu.Questa innuvazione hà furnitu u materiale di l'elettrodu pusitivu chì hà permessu e prime batterie di lithium cummerciale.LiCoO2 hè un materiale di l'elettrodu pusitivu stabile chì agisce cum'è un donatore di ioni di litiu, chì significa chì pò esse usatu cù un materiale di l'elettrodu negativu altru ch'è u lithium metal.Permettenu l'usu di materiali d'elettrodi negativi stabili è facili da manighjà, LiCoO2 hà attivatu novi sistemi di batterie ricaricabili.Godshall et al.identificanu ancu u valore simili di l'ossidi di metalli di transizione di litio cumposti ternari cum'è u spinel LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, è LiFe5O4 (è più tardi lithium-copper-oxide è lithium-nickel-oxide cathode in 1985)
1980 - Rachid Yazami hà dimustratu l'intercalazione elettrochimica reversibile di lithium in graphite, è hà inventatu l'elettrodu di lithium graphite (anodu).L'elettroliti organici dispunibuli à u mumentu si decomponenu durante a carica cù un elettrodu negativu di grafite.Yazami hà utilizatu un elettrolitu solidu per dimustrà chì u litiu puderia esse intercalatu in modu reversibile in grafite per mezu di un mecanismu elettrochimicu.Da u 2011, l'elettrodu di grafite di Yazami era l'elettrodu più cumunimenti utilizatu in e batterie di lithium-ion cummerciale.
L'elettrodu negativu hà l'urighjini in PAS (material semiconductive polyacenic) scupertu da Tokio Yamabe è più tardi da Shjzukuni Yata à l'iniziu di l'anni 1980.A sumente di sta tecnulugia hè stata a scuperta di polimeri conduttivi da u prufessore Hideki Shirakawa è u so gruppu, è puderia ancu esse vistu cum'è avè principiatu da a bateria di lithium polyacetylene sviluppata da Alan MacDiarmid è Alan J. Heeger et al.
1982 - Godshall et al.sò stati premiati US Patent 4,340,652 per l'usu di LiCoO2 cum'è catodi in batterie di lithium, basatu annantu à u Ph.D.tesi è publicazioni di u 1979.
1983 - Michael M. Thackeray, Peter Bruce, William David, è John Goodenough anu sviluppatu un spinel di manganese cum'è un materiale di catodu cumerciu pertinenti per e batterie di lithium-ion.
1985 - Akira Yoshino hà assemblatu una cellula prototipu utilizendu materiale carbonicu in quale i ioni di litiu puderanu esse inseriti cum'è un elettrodu, è l'ossidu di cobalt di litiu (LiCoO2) cum'è l'altru.Questu hà miglioratu dramaticamente a sicurezza.LiCoO2 hà permessu a produzzione à scala industriale è hà permessu a bateria di lithium-ion cummerciale.
1989 - Arumugam Manthiram è John B. Goodenough anu scupertu a classa polyanion di cathodes.Anu dimustratu chì l'elettrodi pusitivi chì cuntenenu polianioni, per esempiu, sulfati, pruducenu tensioni più altu ch'è l'ossidi per l'effettu induttivu di u polianione.Questa classe di polianione cuntene materiali cum'è fosfatatu di ferru di lithium.

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