O mea o le cathode o le puna muamua lea o ion lithium i totonumaa lithium -ion. I le taimi o le molia, o le lithium e maua mai i le lattice tioata o mea cathode ma ulufale i le anode mea; o le fa'afeagai e tupu a'o fa'ate'a. O le malosi e mafai ona toe fa'afo'i ma le maualuga o le voluma o mea cathode i le taimi o le fa'atumuina ma le fa'asa'oina e tele lava ina iloa ai le tele o le malosi ole maa lithium-ion. E le gata i lea, talu ai ona o le mea o le cathode o lo'o i ai metala e pei o le lithium, cobalt, ma le nickel, o lo'o i ai le vaega sili ona taua o le tau o se maa lithium-ion.
O le atina'eina o mea fa'apipi'i fa'atasi ai ma le maualuga o le malosi, maualuga le gaosiga, ola umi o le tautua, ma le faigofie o le fa'atupuina e taua tele. E tatau i se mea e sili ona lelei cathode ona fetaui ma tulaga fa'avae nei.
(1) O lo'o i ai se malosiaga fa'a-redox maualuga, fa'amautinoaina le maualuga o le voli fa'aola mo le maa.
(2) E mafai ona faʻaogaina le tele o ion lithium e mafai, faʻamautinoa le maualuga o le malosi o le maa.
(3) I le taimi o le faʻaofiina ma le faʻapipiʻiina o ion lithium, e mafai e le mea o le cathode ona faʻamautu lona faʻatulagaina, ma faʻamautinoa ai le umi o le taamilosaga o le ola mo le eletise.
(4) O lo'o i ai le fa'aeletoroni ma le ion conductivity lelei, fa'aitiitia le malosi e mafua mai i a'afiaga polarization, ma fa'amautinoa ai le fa'avaveina o le ma'a ma le mafai ona tu'u.
(5) E tatau ona i totonu o le laina eletise e fa'aogaina ai le ma'a i totonu o le tulaga mautu o le eletise eletise, ma fa'aitiitia ai le fa'aogaina o vaila'au le mana'omia i le va o mea eletise ma le eletise.
(6) E le gata e tatau ona i ai se tau maualalo ma se faiga faʻapipiʻi faigofie, ae e tatau foi ona faʻaalia le faʻaleleia o le siosiomaga.
E le gata i lea, o le cathode mea e tatau foi ona faʻaalia lelei le eletise eletise ma le mafanafana.
O mea o lo'o iai cathode e mafai ona vaevaeina i ni vaega se tolu e fa'atatau i le eseesega o le fausaga tioata: ① fausaga fa'apipi'i, e pei o le lithium cobalt oxide (LiCoO2) ma mea fa'apitoa (LiNiCo, Mni-x-yO2); ② fausaga olivine, e pei o le lithium iron phosphate (LiFePO4); ③ oxides fausaga spinel, e pei o le lithium manganese oxide (LiMn2O4) ma le lithium nickel manganese oxide (LiNi10.5Mn1.5O4). O ituaiga eseese o cathodes e eseese le malosi o le malosi, uiga eletise, ma tau, ma iu ai ina talafeagai mo vaega eseese ma faʻataʻitaʻiga faʻaoga. Layered structure cathode meafaitino e faasino i mea cathode o lo'o i ai se fausaga fa'apapa microcrystalline, aemaise lava e aofia ai le lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, ma le lithium-maua'a manganese oxide. Faatasi ai ma ia mea, o le lithium cobalt oxide ma le lithium nickel cobalt manganese oxide o mea ia e sili ona fa'aaogaina cathode mo maa lithium-ion i oloa faaeletonika numera ma maa lithium{15}}power. O loʻo faʻaalia i latou i le maualuga o le malosi, sili atu le faʻatinoga o le taamilosaga, ma le lelei o le faʻatinoga atoa, ae o le maualuga maualuga o metala e pei o le nickel, cobalt, ma le manganese e tau atu i tau maualuga.
Lithium cobalt oxide cathode meafaitino
Lithium cobalt oxide (LiCoO2) na maua e le saienitisi Amerika ma le Nobel laureate i Chemistry, JB Goodenough, ma muamua maketiina e Sony Corporation o Iapani i le 1990s. E oo lava i aso nei, o le lithium cobalt oxide o loʻo tumau pea o se tasi o mea cathode ma le maualuga maualuga o le malosi o le malosi. Mo lenei mafuaʻaga, e faʻaaogaina lautele i oloa telefoni feaveaʻi e manaʻomia ai le maualuga o le malosi, e pei o telefoni feʻaveaʻi, smartwatches, ma Bluetooth headsets.
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 gata i lea, o le LiCoO2 o lo'o fa'aalia ai e sili atu le fa'aeletonika ma le ionic conductivity, malosi malosi, ma le vave-uiga fa'atumu, fa'amalieina mana'oga o ma'a fa'akomepiuta fa'atau o lo'o iai nei ma fa'apena le tele o fa'aoga. Faʻavae i luga o nei meatotino, o loʻo tumau pea le LiCoO2 o se tasi o mea sili ona lelei cathode i le taimi nei.
O auala autu mo le fa'aogaina o le lithium cobalt oxide e aofia ai le -temperature solid{1}}state synthesis, sol-gel synthesis, ma le maualalo-temperature corecipitation. Ole maualuga-temperature solid-synthesis e aofia ai le fa'afefiloi o masima lithium ma cobalt-o lo'o iai oxides po'o hydroxides i se fua fa'atatau stoichiometric, ona fa'amama lea o le paluga i se vevela talafeagai mo se taimi patino, soso'o ai ma le fa'alili, fa'apala, ma sieving e maua ai le fa'ata'ita'iga. E ui o le -temperature solid solid{10}}meto'o tu'ufa'atasiga o lo'o fa'aoga lautele i le gaosiga o fale gaosimea, e alu le taimi{11}}, mana'omia le maualuga o le vevela fa'atasi, ma maua mai ai pauta lapopo'a e le tutusa ma le tele o suiga stoichiometric, ma fa'atupu ai le si'itia tele o le tau.
Mea fa'apipi'i phosphode
I le 1997, Goodenough et al. muamua na fa'atūina le lithium iron phosphate (LiFePO4) e fai ma mea fa'a-cathode mo ma'a lithium-ion.
Ona o lona tau maualalo, fausaga mautu, ma le maualuga o le saogalemu, ua faasolosolo malie lava ona avea lenei mea ma se tasi o mea e sili ona fiafia i ai cathode mo maa lithium-ion i pasi eletise ma faiga e teu ai le malosi.
Lithium iron phosphate (LiFePO4) faʻasoa se fausaga tioata tutusa ma le tioata tioata faʻatasi ma uʻamea phosphate (FePO4). O lona uiga e la'ititi lava le suiga o le voluma o mea i le taimi o le fa'aofiina/se'ese'ese o le lithium, ma puipuia lelei ai le fa'aleagaina o lattice e mafua mai i le fa'alauteleina o le voluma po'o le fa'aitiitia. E le gata i lea, o lenei uiga e mautinoa ai le lelei o fesoʻotaʻiga eletise i le va o vaega ma mea faʻapipiʻi faʻapipiʻi, e maua ai le mautu lelei o le taamilosaga ma le umi o le olaga. E le gata i lea, o le lithium iron phosphate e ta'uta'ua ona o lona faauo i le si'osi'omaga, tau-tatau, lelei le saogalemu, maualuga le malosi fa'apitoa (e tusa ma le 170 mA·h/g), ma le fa'amautu o le fa'atonuga/tu'u. Ona o nei tulaga lelei, o le lithium iron phosphate ua manatu ose filifiliga lelei mo mea cathode i le tele-fa'aoga e teu ai le malosi.
O auala e aofia ai sol-gel faiga, corecipitation techniques, ma hydrothermal synthesis. Aemaise lava, o le hydrothermal synthesis e fa'atupu sa'o ai le oloa fa'atatau i totonu o le autoclave e ala i le fa'atuputeleina o le vevela ma le mamafa, e fa'aaoga ai le u'amea, lithium, ma le phosphorus e faigofie ona maua e fai ma mea mata. O lenei metotia ua lauiloa mo lona faʻaogaina faigofie, laʻititi laʻititi ma tutusa le lapoʻa, ma le maualalo o le malosi. Ae ui i lea, e iai tapula'a mo le gaosiga o alamanuia, e mafua ona o le mana'omia o pusa fa'apitoa -fa'asa'o. Coprecipitation, i le isi itu, e faia i se faiga fofo, lea e aafia ai le morphology muamua i mea eseese e pei o le faʻatonuga, pulea o le vevela, fetuunaiga o le pH, ma le faʻafefeteina o fua. Ona o le sao taua o nei ta'otoga i le fa'atinoga o mea fa'ai'u LiFePO sintered, filifiliga fa'aeteete o tulaga fa'ata'ita'i e taua tele. O oloa ua saunia i lenei metotia e le gata ina iai uiga fa'alelei lelei (fa'atusa, la'ititi ma tutusa le lapopo'a) ae fa'aalia ai fo'i mea fa'aeletise sili atu; ae ui i lea, e taua le matauina o le faagasologa atoa o le faʻagaioiga e fai si lavelave, ma o luʻitau faʻamama ma faʻafitauli tau otaota e ono tulaʻi mai i le taimi o le gaosiga.
Lithium manganese oxide ma le lithium-maua'a manganese-mea fa'avae cathode
Lithium manganese oxide
I le su'esu'ega o meafaitino o le lithium-ion battery cathode, o le isi mea taua ma fa'atau oloa cathode o le spinel-structured lithium manganese oxide (LiMn₂O₄) cathode material na fuafuaina e Thackeray et al. i le 1983. Spinel-o le lithium manganese oxide o lo'o iai i le masini tioata kupita. O lona vaila'au masani ole LiMn₂O₄. I le fausaga tioata LiMn₂O₄, o le okesene o lo'o i totonu o foliga-faatotonugalemu kupita tapunia-fa'a tumu, ae o le manganese ma le okesene o lo'o fausia ai se fausaga octahedral, e pei ona fa'aalia i le ata i lalo.
E tele le manganese i le natura, ma o auala sauniuni mo -ituaiga lithium manganese oxide (LiMn2O4) e fa'aalia ai uiga eseese. O le auala faʻapipiʻi ma le gaosiga o tekonolosi o mea e aʻafia ai le microstructure ma le atinaʻeina o fatu o le oloa mulimuli. O le mea lea, o le faʻamalieina o nei faʻagasologa faʻasologa e taua tele mo le faʻaleleia o le eletise eletise o mea eletise i faʻaoga faʻaoga. I le taimi nei, o alamanuia ma a'oa'oga e fa'aaoga lautele ituaiga auala autu e lua e saunia ai le LiMn2O4: o le tasi e fa'avae i le fegalegaleai i le va o mea mata'utia, e pei o le maualuga-temperature solid-state reactions, microwave-assisted synthesis, ma le impregnation treatment in liusuava masima.
O le isi vaega e aofia ai suiga o vaila'au i totonu o se si'osi'omaga sua, fa'atasi ai ma fa'ata'ita'iga masani e aofia ai le sol-gel technology, hydrothermal synthesis, ma le corecipitation techniques. LiMnzO4 ua tosina atu i ai le toatele o tagata ona o lona tau lelei, lelei le mautu o le vevela, malosi malosi o le tau, ma le lelei o le siosiomaga. Ae ui i lea, o lenei mea e iai ni faaletonu i le uila ma le teuina o gaioiga, aemaise lava i le maualuga o le vevela, lea e matua leaga ai le faʻaogaina o le uila, e mafua ai le leiloa o le malosi.
lithium-maua'a manganese-fa'avae
E ese mai i le lithium manganese oxide, o mea fa'apipi'i lithium-maua'a manganese-o meafaitino ua fa'atosinaina le to'atele o tagata e avea o se mea fa'apipi'i fou mo maa lithium-iona.
Sauniuniga mo le lithium-maua'a manganese-mea fa'avae cathode e aofia ai -metotia malo, sol-gel, ma -auala fa'atasi. Ole faiga malo -e aofia ai le fa'afefiloi sa'o o u'amea u'amea ma carbonate u'amea po'o le u'amea u'amea i se vaega fa'apitoa, soso'o ai ma le maualuga-suavai malo-tulaga fa'afefete e maua ai mea fa'aofuofu lithium-mea. O le lelei o le faiga malo -o lona mafaia ona fa'apipi'iina le tele o lapisi lithium{12}}mea fa'a'oa'oa, o lona faiga fa'ataugofie, ma lona tau maualalo. O mea le lelei o le le lelei o le fa'asalalauina fa'atasi o le malo i le taimi o -tulaga sintering malo, ma o le mea moni o metala fe'avea'i 'ese'ese e eseese fua fa'asalalau i le -tulaga fa'agaoioiga, fa'afaigata ai ona fa'asolo lelei. O le mea lea, o le tutusa o mea faʻapipiʻi e le lelei, lea e aʻafia ai le faʻatinoga o mea cathode. Ole auala sol-gel e aofia ai le fa'aopopoina muamua o se vaifofo masima fa'asolo i se mea tu'ufa'atasi e fai ai se sol, ona fa'asa lea o le vai e fai ma gel, ma mulimuli ane fa'agogo ma fa'a'ele'ele ina ia maua mai ai mea fa'a'oloa lithium- O lenei metotia e maua mai ai meafaitino ma tufatufa toniga ma maualuga le mama, ma o le eletise na gaosia e faʻaalia ai le lelei o le eletise. Ae ui i lea, o ona faaletonu e aofia ai se taamilosaga umi o le gaosiga, o le manaʻomia mo le tele o mea faʻapipiʻi (organic acids poʻo le ethylene glycol), e mafua ai le maualuga o tau. E lē gata i lea, o mea fa'a'oa'oa lithium -o lo'o gaosia e tele lava ma'oti nano/micron e maualalo le mamafa. O lea la, o le auala lea o lo'o fa'aaoga muamua i totonu o falesu'esu'e mo le fa'afugagaina o mea fa'a'oa - lithium ma e faigata ona fa'atau.
Mea -nickel cathode maualuga
Ua leva ona sailia e le au su'esu'e le maualuga-mautu o le vevela ma le tulaga lelei o le faatinoga e fai ma sini autu pe a atia'e cathode.
mea mo maa lithium-ion. I totonu o mea tetele e tolu - LiCoO₂, LiNi₁ₓ₋ᵧCoₓMnᵧO₂ (NCM), ma le LiFePO₄ - NCM ua manatu o se tasi o mea sili ona lelei cathode ona o lona gafatia patino maualuga, tau o mea mata'utia tau₂ sili atu le saogalemu nai lo le LiCoO mea aoga ma sili atu le lelei o uo i luga o le siosiomaga.
O lenei ituaiga meafaitino e tutusa le -NaFeO₂-ituaiga fa'apipi'i fausaga tioata ma e iai i le R-3m space group. O lenei manatu na muamua faatuina e Liu et al. i le 1999. Ua tuufaatasia ma le poto le lelei o mea e tolu cathode - lithium cobalt oxide (LiCoO₂), lithium nickel oxide (LiNiO₂), ma le lithium manganese oxide (LiMnO₂) - ma toe totogi lelei mo faaletonu o loo i ai i mea taitasi (e pei ona faaalia i le Ata 5-6). E ala i le fetuutuunai o le fua faatatau o elemene uʻamea suiga, o le paleni sili ona lelei i le tulaga faʻapitoa, faʻatinoga o le taamilosaga, saogalemu, ma le tau e mafai ona sili atu ona ausia.
O le fausaga tioata o le lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM) ternary cathode material e tutusa lelei lava ma le LiCoO2, e aofia uma i le fausaga o le hexagonal layered.
