Liitium-ioonaku koostis

Liitiumioonaku koostis ja taaskasutus

Theliitium-ioonakukoosneb elektrolüüdist, separaatorist, katoodist ja anoodist ning korpusest.

Elektrolüütliitium-ioonaku võib olla geel või polümeer või geeli ja polümeeri segu.

Liitiumioonakudes olev elektrolüüt toimib akus olevate ioonide transpordikeskkonnana.Tavaliselt koosneb see liitiumisooladest ja orgaanilistest lahustitest.Elektrolüüt mängib võtmerolli liitiumioonaku positiivse ja negatiivse elektroodi vahelises ioonitranspordis, tagades, et aku suudab saavutada kõrge pinge ja suure energiatiheduse.Elektrolüüt koosneb üldiselt kõrge puhtusastmega orgaanilistest lahustitest, liitium-elektrolüütide sooladest ja vajalikest lisanditest, mis on konkreetsetes tingimustes hoolikalt kombineeritud kindlas vahekorras.

Katoodi materjalliitiumioonakude tüübid:

• LiCoO2
• Li2MnO3
• LiFePO4
• NCM
• NCA

 Katoodimaterjalid moodustavad üle 30% kogu aku maksumusest.

Anoodliitium-ioonaku sisaldab

Siis koosneb liitiumioonaku anood umbes 5-10 protsendi ulatuses kogu aku kuludest.Süsinikupõhised anoodimaterjalid on liitium-ioonakude jaoks tavaliselt kasutatav anoodimaterjal.Võrreldes traditsioonilise metallist liitiumanoodiga on sellel suurem ohutus ja stabiilsus.Süsinikupõhised anoodimaterjalid pärinevad peamiselt looduslikust ja tehisgrafiidist, süsinikkiust ja muudest materjalidest.Nende hulgas on grafiit peamine materjal, millel on suur eripind ja elektrijuhtivus, samuti on süsinikmaterjalidel hea keemiline stabiilsus ja taaskasutatavus.Süsinikupõhiste negatiivsete elektroodide materjalide võimsus on aga suhteliselt madal, mis ei vasta mõne rakenduse suurema võimsuse nõuetele.Seetõttu on praegu käimas mõned uuringud uute süsinikmaterjalide ja komposiitmaterjalide kohta, lootes veelgi parandada süsinikupõhiste negatiivsete elektroodide materjalide võimsust ja tsükli eluiga.

Sellel on endiselt räni-süsinik negatiivse elektroodi materjal.Räni (Si) materjal: võrreldes traditsiooniliste süsiniknegatiivsete elektroodidega on räninegatiivsetel elektroodidel suurem erivõimsus ja energiatihedus.Ränimaterjali suure paisumiskiiruse tõttu on aga lihtne põhjustada elektroodi mahu suurenemist, lühendades sellega aku eluiga.

Eraldajaliitium-ioonaku puhul on oluline osa aku jõudluse ja ohutuse tagamisel.Separaatori põhiülesanne on eraldada positiivsed ja negatiivsed elektroodid ning samal ajal võib see moodustada ioonide liikumise kanali ja säilitada vajalikku elektrolüüti.Liitium-ioonaku eraldaja jõudlust ja sellega seotud parameetreid tutvustatakse järgmiselt:

1. Keemiline stabiilsus: diafragmal peaks olema suurepärane keemiline stabiilsus, hea korrosioonikindlus ja vananemiskindlus orgaaniliste lahustite tingimustes ning see võib säilitada stabiilse jõudluse karmides tingimustes, nagu kõrge temperatuur ja kõrge niiskus.

2. Mehaaniline tugevus: Separaatoril peab olema piisav mehaaniline tugevus ja elastsus, et tagada piisav tõmbetugevus ja kulumiskindlus, et vältida kahjustusi kokkupaneku või kasutamise ajal.

3. Ioonjuhtivus: orgaanilise elektrolüütide süsteemi korral on ioonjuhtivus madalam kui vesipõhise elektrolüütide süsteemil, seega peaks separaatoril olema madal takistus ja kõrge ioonjuhtivus.Samal ajal peaks takistuse vähendamiseks separaatori paksus olema võimalikult õhuke, et elektroodi pindala oleks võimalikult suur.

4. Termiline stabiilsus: kui aku töötamise ajal ilmnevad kõrvalekalded või tõrked, nagu ülelaadimine, ületühjenemine ja lühis, peab eraldajal olema hea termiline stabiilsus.Teatud temperatuuril peaks diafragma pehmenema või sulama, blokeerides seeläbi aku sisemise vooluringi ja vältides akuga seotud õnnetusi.

5. Piisav niisutamine ja kontrollitav pooride struktuur: separaatori pooride struktuuril ja pinnakattel peaks olema piisavalt kontrollitavus niisutamist, et tagada eraldaja, parandades seeläbi aku võimsust ja tsükli eluiga.Üldiselt on polüetüleenhelveste (PP) ja polüetüleenhelveste (PE) mikropoorsed membraanid praegu tavalised diafragmamaterjalid ja hind on suhteliselt odav.Kuid on ka teisi liitium-ioonaku eraldamise materjale, näiteks polüester, millel on hea jõudlus, kuid hind on suhteliselt kõrge.