A லித்தியம்-அயன் பேட்டரிரிச்சார்ஜபிள் பேட்டரி ஆகும், இது லித்தியம் அயனிகளை முறையே நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளாக மாற்றியமைக்கும் மற்றும் பிரிக்கும் திறன் கொண்ட இரண்டு பொருட்களைப் பயன்படுத்துகிறது. சார்ஜ் செய்யும் போது, நேர்மறை மின்முனையில் உள்ள லித்தியம் அணுக்கள் லித்தியம் அயனிகள் மற்றும் இலவச எலக்ட்ரான்களாக அயனியாக்கம் செய்கின்றன.
இந்த லித்தியம் அயனிகள் எதிர்மறை மின்முனைக்கு இடம்பெயர்ந்து அங்குள்ள இலவச எலக்ட்ரான்களுடன் இணைந்து லித்தியம் அணுக்களை உருவாக்குகின்றன. மாறாக, வெளியேற்றத்தின் போது, எதிர்மறை மின்முனையில் உள்ள லித்தியம் அணுக்கள் லித்தியம் அயனிகள் மற்றும் இலவச எலக்ட்ரான்களாக மீண்டும் அயனியாக்கம் செய்கின்றன, பின்னர் நேர்மறை மின்முனையில் மீண்டும் இணைந்து லித்தியம் அணுக்களை உருவாக்குகின்றன. எனவே, முழு சார்ஜ்-வெளியேற்ற சுழற்சி முழுவதும், லித்தியம் எப்போதும் அயனி வடிவில் இருக்கும் மற்றும் உலோக லித்தியம் வடிவத்தில் இல்லை, அதனால் இந்த வகை பேட்டரி லித்தியம்-அயன் பேட்டரி என்று அழைக்கப்படுகிறது. வெவ்வேறு வடிவமைப்புகளின் அடிப்படையில், சந்தையில் மிகவும் பொதுவான லித்தியம்{5}}அயன் பேட்டரிகள் பை செல்கள், உருளை செல்கள் மற்றும் பொத்தான் செல்கள். லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் நேர்மறை மின்முனைப் பொருள் பொதுவாக LiCoO2, LiFePO4, LiNiO மற்றும் LiMnzO2 போன்ற லித்தியம்{8}} நிறைந்த கலவையாகும். லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் எதிர்மறை மின்முனைப் பொருள் பெரும்பாலும் கிராஃபைட்டை அடிப்படையாகக் கொண்டது. எலக்ட்ரோலைட்டைப் பொறுத்தவரை, கரிம கரைப்பான்களில் கரைக்கப்பட்ட குறிப்பிட்ட லித்தியம் உப்புகளின் (LiPF6, LiASF6 மற்றும் LiCIO4 போன்றவை) தீர்வுகள் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த கரிம கரைப்பான்கள் எத்திலீன் கார்பனேட் (EC) அல்லது டைதைல் கார்பனேட் (DEC) போன்றவையாக இருக்கலாம். பேட்டரி சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் சுழற்சியில் இருக்கும்போது, லித்தியம் அயனிகள் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளுக்கு இடையில் முன்னும் பின்னுமாக நகர்கின்றன. கீழே உள்ள வரைபடத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இந்த செயல்முறை "ராக்கிங் நாற்காலி பேட்டரி" என்று அடையாளப்பூர்வமாக விவரிக்கப்பட்டுள்ளது.
லித்தியம் -அயன் பேட்டரிகளை லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு (LiCoO2) நேர்மறை மின்முனையாகவும், கிராஃபைட்டை எதிர்மறை மின்முனையாகவும் எடுத்துக் கொண்டால், அதன் மின்வேதியியல் வெளிப்பாடு: (-)CI LiPF(EC+ DEC) / LiCoO2(+).
நேர்மறை மின்முனை எதிர்வினை:
எதிர்மறை மின்முனை எதிர்வினை:5.2
ஒட்டுமொத்த எதிர்வினை: 5.3
சாராம்சத்தில், லித்தியம்-அயன் பேட்டரியை லித்தியம்-அயன் செறிவில் உள்ள வேறுபாடுகளின் அடிப்படையில் செயல்படும் சாதனமாக பார்க்க முடியும். சார்ஜ் செய்யும் போது, லித்தியம் அயனிகள் நேர்மறை மின்முனைப் பொருளில் இருந்து வெளியிடப்பட்டு, எலக்ட்ரோலைட் வழியாகச் சென்று, எதிர்மறை மின்முனைப் பொருளில் உட்பொதிக்கப்பட்டு, எதிர்மறை எலக்ட்ரோடு லித்தியம்-நிறைந்ததாக இருக்கும் அதே வேளையில் நேர்மறை எலக்ட்ரோடு ஒப்பீட்டளவில் லித்தியம்-குறைவாக இருக்கும். அதே நேரத்தில், முழு அமைப்பின் சார்ஜ் சமநிலையை பராமரிக்க, தொடர்புடைய எலக்ட்ரான்கள் வெளிப்புற சுற்று மூலம் கார்பன் அடிப்படையிலான எதிர்மறை மின்முனைக்கு- வழங்கப்படுகின்றன. மாறாக, வெளியேற்றத்தின் போது, லித்தியம் அயனிகள் எதிர்மறை மின்முனையிலிருந்து நேர்மின்முனைக்கு இடம்பெயர்கின்றன, இதனால் நேர்மின்முனையானது லித்தியம்-சத்து நிறைந்ததாக மாறும். சாதாரணமாக, சாதாரண சார்ஜ்{10}}வெளியேற்ற சுழற்சிகளின் போது, அடுக்கு கார்பன் பொருட்கள் மற்றும் ஆக்சைடுகளுக்கு இடையே லித்தியம் அயனிகள் மீண்டும் மீண்டும் உட்பொதிந்து பிரித்தெடுக்கும். இந்த செயல்முறை முதன்மையாக இன்டர்லேயர் இடைவெளியில் ஏற்படும் மாற்றங்களாக வெளிப்படுகிறது மற்றும் பொருட்களின் அடிப்படை படிக அமைப்பை சீர்குலைக்காது. எனவே, எதிர்வினை மீள்தன்மையின் கண்ணோட்டத்தில், லித்தியம்{13}}அயன் பேட்டரியில் உள்ள இரசாயன மாற்றங்கள் மிகவும் சிறந்த மீளக்கூடிய செயல்முறையாகக் கருதப்படுகிறது. ஒரு லித்தியம்-அயன் பேட்டரி நான்கு அடிப்படைக் கூறுகளைக் கொண்டுள்ளது: மின்முனைகள், எலக்ட்ரோலைட், பிரிப்பான் மற்றும் உறை. எலக்ட்ரோடுகள் லித்தியம்{17}}அயன் பேட்டரியின் முக்கிய அங்கமாகும், இதில் செயலில் உள்ள பொருட்கள், கடத்தும் முகவர்கள், பைண்டர்கள் மற்றும் தற்போதைய சேகரிப்பான்கள் உள்ளன. செயலில் உள்ள பொருட்கள் (அல்லது எலக்ட்ரோடு பொருட்கள்) என்பது லித்தியம் அயன் பேட்டரிகளில் உள்ள எலக்ட்ரோடு பொருட்கள் ஆகும் அவை மின்வேதியியல் செயல்திறன் மற்றும் லித்தியம்{21}}அயன் பேட்டரிகளின் அடிப்படை பண்புகளை தீர்மானிக்கின்றன. செயலில் உள்ள பொருட்களில் நேர்மறை மின்முனை பொருட்கள் மற்றும் எதிர்மறை மின்முனை பொருட்கள் ஆகியவை அடங்கும். நேர்மறை மின்முனை பொருட்கள் முக்கியமாக LiCoO₂, LiMnO₄, LiNi₁-x{25}}Co:MnyO₂, LiCo:Ni{{26}₂}OFe.
எதிர்மறை மின்முனை பொருட்களில் கார்பன் பொருட்கள், அலாய் பொருட்கள் மற்றும் உலோக ஆக்சைடு பொருட்கள் ஆகியவை அடங்கும். தற்போது, கையடக்க சாதனங்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளுக்கான முக்கிய நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை எலக்ட்ரோடு பொருட்கள் முறையே LiCoO₂ மற்றும் கிராஃபைட் ஆகும். கூடுதலாக, லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் நடைமுறை பயன்பாட்டுத் தேவைகளை சிறப்பாகப் பூர்த்தி செய்ய நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைப் பொருட்களின் கடத்துத்திறனை மேம்படுத்த மின்முனைத் தயாரிப்பின் போது கடத்தும் முகவர்கள் (அசிட்டிலீன் கருப்பு போன்றவை) பொதுவாக சேர்க்கப்படுகின்றன. சிறுமணி நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனை பொருட்கள் மற்றும் கடத்தும் முகவர்கள் தற்போதைய சேகரிப்பாளருடன் உறுதியாக ஒட்டிக்கொள்வதை உறுதிசெய்ய, ஒரு பைண்டர் பொதுவாக சேர்க்கப்படுகிறது. பொதுவான பைண்டர்கள் எண்ணெய்{6}}அடிப்படையிலான மற்றும் நீர்-அடிப்படையிலானவை என வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. எண்ணெய் அடிப்படையிலான பைண்டர்களில் முக்கியமாக பாலிவினைலைடின் ஃவுளூரைடு (PVDF) மற்றும் பாலிடெட்ராஃப்ளூரோஎத்திலீன் (PTFE) ஆகியவை அடங்கும், அதே சமயம் நீர் சார்ந்த பைண்டர்கள் முக்கியமாக கார்பாக்சிமெதில் செல்லுலோஸ்/ஸ்டைரீன்{11}}பியூடடீன் ரப்பர் (CMC/SBR) ஆகும். தற்போதைய சேகரிப்பாளரின் முக்கிய செயல்பாடு, செயலில் உள்ள பொருளிலிருந்து எலக்ட்ரான்களை நடத்துவதும், மின்னோட்டத்தை சமமாக விநியோகிப்பதும் ஆகும், அதே நேரத்தில் செயலில் உள்ள பொருளை ஆதரிக்கிறது. தற்போதைய சேகரிப்பாளர்கள் பொதுவாக அதிக இயந்திர வலிமை, நல்ல இரசாயன நிலைத்தன்மை மற்றும் அதிக கடத்துத்திறன் ஆகியவற்றைக் கொண்டிருக்க வேண்டும். நேர்மறை மின்முனைக்கான தற்போதைய சேகரிப்பான் அலுமினியத் தகடு, மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைக்கான தற்போதைய சேகரிப்பான் செப்புப் படலம் ஆகும்.
எலக்ட்ரோலைட்டின் பங்கு நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளுக்கு இடையில் லித்தியம் அயனிகளை நடத்துவதாகும். எலக்ட்ரோலைட்டின் தேர்வு பெரும்பாலும் பேட்டரியின் செயல்பாட்டுக் கொள்கையை தீர்மானிக்கிறது மற்றும் அதன் குறிப்பிட்ட ஆற்றல், பாதுகாப்பு செயல்திறன், சுழற்சி செயல்திறன், வீத செயல்திறன், குறைந்த-வெப்பநிலை செயல்திறன் மற்றும் சேமிப்பக செயல்திறன் ஆகியவற்றை பாதிக்கிறது. தற்போது, வணிகரீதியில் கிடைக்கும் லித்தியம்{3}}அயன் பேட்டரிகள் முக்கியமாக-அக்வஸ் எலக்ட்ரோலைட் அமைப்புகளைப் பயன்படுத்துகின்றன, இதில் கரிம கரைப்பான்கள் மற்றும் கடத்தும் லித்தியம் உப்புகள் அடங்கும். கரிம கரைப்பான் எலக்ட்ரோலைட்டின் முக்கிய அங்கமாகும் மற்றும் அதன் செயல்திறனுடன் நெருக்கமாக தொடர்புடையது; இது பொதுவாக எத்திலீன் கார்பனேட், புரோப்பிலீன் கார்பனேட், டைமிதில் கார்பனேட் மற்றும் மெத்தில் எத்தில் கார்பனேட் போன்ற கரிம கரைப்பான்களின் கலவையாகும். கடத்தும் லித்தியம் உப்பு நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளுக்கு இடையில் கொண்டு செல்லப்படும் லித்தியம் அயனிகளை வழங்குகிறது மற்றும் கனிம அல்லது கரிம அனான்கள் மற்றும் லித்தியம் அயனிகளால் ஆனது. தற்போது, வணிக ரீதியாக கிடைக்கக்கூடிய முக்கிய கடத்தும் லித்தியம் உப்பு LiPF6 ஆகும். புதிய சகாப்தத்தில், லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் மின்வேதியியல் செயல்திறனை மேம்படுத்தவும், சில சிறப்புச் செயல்பாடுகளை அடையவும், ஃப்ளேம் ரிடார்டன்ட்கள் போன்ற செயல்பாட்டுச் சேர்க்கைகள் பெரும்பாலும் எலக்ட்ரோலைட்டில் சேர்க்கப்படுகின்றன.
லித்தியம்-அயன் பேட்டரி வடிவமைப்பில், பிரிப்பான் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளுக்கு இடையில் அமைந்துள்ளது, மேலும் அதன் முக்கிய செயல்பாடு இரண்டு மின்முனைகளுக்கு இடையே நேரடி தொடர்பைத் தடுப்பதாகும், இதனால் குறுகிய சுற்றுகளைத் தவிர்க்கிறது. அதே நேரத்தில், இந்த பொருளின் தனித்துவமான நுண்ணிய அமைப்பு லித்தியம் அயனிகளை சுதந்திரமாக கடந்து செல்ல அனுமதிக்கிறது. பேட்டரியின் சேமிப்பு திறன், சுழற்சி ஆயுள் மற்றும் ஒட்டுமொத்த பாதுகாப்பில் பிரிப்பான் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது; எனவே, உயர்-தர பிரிப்பானைப் பயன்படுத்துவது பேட்டரியின் ஒட்டுமொத்த மின்வேதியியல் செயல்திறனை கணிசமாக மேம்படுத்தலாம். தற்போது, சந்தையில் மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் பிரிப்பான் வகைகள் பாலியோலிஃபின்களால் செய்யப்பட்ட உயர்-திறன் படங்களாகும், இதில் பாலிப்ரோப்பிலீன் மற்றும் பாலிஎதிலினின் நுண்துளைப் பொருட்கள், அத்துடன் புரோப்பிலீன் மற்றும் எத்திலீனின் கோபாலிமரைசேஷன் மூலம் தயாரிக்கப்படும் பொருட்கள் அல்லது பாலிஎதிலீன் ஹோமோபாலிமரை மட்டும் பயன்படுத்துகின்றன. லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளில் உள்ள -நீர் அல்லாத கரைப்பான்களின் பயன்பாடு லித்தியம்-அயன் கடத்துத்திறனைக் குறைக்க வழிவகுக்கிறது, இதனால் ஒரு பெரிய மின்முனைப் பகுதி தேவைப்படுகிறது. மேலும், பேட்டரி அசெம்பிளி செய்யும் போது ஸ்பைரல்{11}}காய அமைப்பைப் பயன்படுத்தினால், பேட்டரி செயல்திறன் மின்முனைகளில் மட்டுமல்ல, பேட்டரி தயாரிப்பில் பயன்படுத்தப்படும் பைண்டர்களிலும் தங்கியுள்ளது. இந்த பைண்டர்கள் எலக்ட்ரோடு புனையலின் போது செயலில் உள்ள பொருட்களின் சீரான தன்மை மற்றும் பாதுகாப்பை உறுதி செய்ய வேண்டும், செயலில் உள்ள பொருட்களை தற்போதைய சேகரிப்பாளருடன் திறம்பட பிணைக்க வேண்டும், கிராஃபைட் அனோடில் ஒரு பாதுகாப்பு SEI (திட-கிளெக்ட்ரோலைட் இன்டர்ஃபேஸ்) ஃபிலிம் உருவாவதை எளிதாக்க வேண்டும், உலர்த்தும் போது போதுமான வெப்ப நிலைத்தன்மையை பராமரிக்க வேண்டும், மேலும் திறம்பட ஈரப்படுத்தப்பட வேண்டும்.
வெளிப்புற உறை என்பது லித்தியம்-அயன் பேட்டரியின் கொள்கலன் ஆகும். பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் உறைகளில் எஃகு உறைகள், அலுமினிய உறைகள் மற்றும் அலுமினியம்-பிளாஸ்டிக் கலவை உறைகள் ஆகியவை அடங்கும். பொதுவாக, உயர் மற்றும் குறைந்த வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டிலிருந்து அரிப்பைத் தாங்குவதற்கு உறை தேவைப்படுகிறது.