Ko te rauemi cathode te puna tuatahi o nga katote lithium i roto i tepākahiko lithium{0}}ion. I te wa e utuhia ana, ka tangohia nga katote lithium mai i te raima karaihe o te rauemi cathode ka uru ki te rauemi anode; ka puta te whakamuri i te wa e tuku ana. Ko te kaha whakahuri me te papaa ngaohiko o te rauemi cathode i te wa e utu ana me te tukunga ka tino whakatau i te kiato o te pākahiko lithium-ion. I tua atu, na te mea kei roto i te papanga cathode nga konganuku penei i te lithium, cobalt, me te nickel, koinei te waahanga tino nui o te utu o te pākahiko lithium-ion.
Ko te whakawhanake i nga rauemi cathode me te kaha nui o te kaha, te ngaohiko whakaputa teitei, te roa o te mahi, me te ngawari o te hanga he mea nui. Me tutuki tetahi rauemi cathode pai ki nga tikanga e whai ake nei.
(1) Kei a ia te kaha redox teitei, me te whakarite i te ngaohiko whakaputa teitei mo te pākahiko.
(2) Ka taea te whakauru i te maha o nga katote lithium ka taea, me te whakarite i te kaha o te pākahiko.
(3) I te wa o te whakaurunga me te tangohanga o nga katote lithium, ka taea e te rauemi cathode te pupuri i tona hanganga hanganga, na reira ka whakarite i te roa o te huringa mo te hiko.
(4) He pai te hikohiko me te kawe katote, he pai te whakaiti i te ngaronga o te hiko na nga paanga polarization, na reira ka whakarite kia tere te utu me te rere o te pākahiko.
(5) Ko te awhe ngaohiko whakahaere o te pākahiko me uru ki roto i te awhe pumau hiko o te hiko, na reira ka whakaiti i nga tauhohenga matū kore e tika ana i waenga i te rauemi hiko me te hiko.
(6) Ehara i te mea he iti noa te utu me te mahi whakahiato ngawari, engari me whakaatu ano hoki i te pai o te taiao.
I tua atu, me whakaatu ano te papanga cathode i te tino pai o te hikohiko me te waiariki.
Ka taea te wehea te nuinga o nga rauemi cathode o naianei ki nga waahanga e toru i runga i o raatau rereketanga hanganga karaihe: ① te hanganga paparanga, penei i te lithium cobalt oxide (LiCoO2) me nga rauemi ternary (LiNiCo, Mni -x-yO2); ② hanganga olivine, pērā i te lithium rino phosphate (LiFePO4); ③ waikura hanganga spinel, pērā i te lithium konupora konupora (LiMn2O4) me te lithium nickel konupora waikura (LiNi10.5Mn1.5O4). He rereke nga momo katote rereke, nga ahuatanga hiko, me nga utu, i te mutunga ka pai mo nga waahi rereke me nga ahuatanga tono. Ko nga rauemi cathode anga paparanga e tohu ana ki nga rauemi cathode me te hanganga microcrystalline paparanga, ko te nuinga ko te lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, me te lithium{12}}taonga konupora konupora. I roto i era, ko te lithium cobalt oxide me te lithium nickel cobalt manganese oxide i tenei wa ko nga rauemi cathode tino whakamahia mo nga pākahiko lithium{14}}ion i roto i nga hua hiko mamati me nga pākahiko lithium{15}}ion. Ko te ahua o te kaha o te kaha o te kaha, te pai o te mahi huringa, me te pai o te mahi katoa, engari ko te nui o nga konganuku penei i te nickel, cobalt, me te konupora ka nui ake te utu.
Lithium cobalt oxide cathode rauemi
Ko te Lithium cobalt oxide (LiCoO2) i kitea e te kaiputaiao o Amerika me te toa Nobel i te Matū, JB Goodenough, a ka hokona tuatahitia e Sony Corporation o Japan i nga tau 1990. Ahakoa i tenei ra, ka noho tonu te lithium cobalt oxide tetahi o nga rauemi cathode me te kaha o te kaha o te kaha o te kaha. Mo konei, ka whakamahia nuitia i roto i nga hua pukoro pukoro mamati e hiahia ana kia nui te kaha o te hiko, penei i nga waea pukoro, nga maataki atamai, me nga pane Nihokikorangi.
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). I tua atu, ko te LiCoO2 e whakaatu ana i te pai o te hikohiko me te katote, te pai o te hiko, me te tere -ahuatanga utu, e tutuki ana i nga whakaritenga o nga pākahiko hikohiko o naianei, na reira he maha nga momo tono. I runga i enei ahuatanga, ka noho tonu a LiCoO2 tetahi o nga rawa cathode pai rawa atu ki tenei ra.
Ko nga tikanga whakahiato matua mo te lithium cobalt oxide ko te whakahiato -te pāmahana totoka-te whakahiato, te sol-ra, me te iti-te whakahiato i te pāmahana. Ko te whakahiato -te pāmahana totoka-te teitei ka uru ki te whakaranu i nga tai lithium me te cobalt-kei roto i te waikura, waiwai wai ranei i roto i te ōwehenga stoichiometric motuhake, ka whakamatao i te ranunga ki te pāmahana e tika ana mo tetahi wa, ka whai i te whakamatao, te para, me te tatari kia whiwhi tauira. Ahakoa e whakamahia nuitia ana te tikanga whakahiato toka -maamaa teitei i roto i te hanga ahumahi, he roa te wa, he nui te pāmahana whakahiato, ka whakaputa i nga paura nui, kore e taurite me te nui o te rerekee stoichiometric, ka piki te utu.
Nga rauemi cathode Phosphate
I te tau 1997, Goodenough et al. tuatahi i whakaarohia te lithium rino phosphate (LiFePO4) hei rauemi cathode mo nga pākahiko lithium{3}}ion.
Na te iti o te utu, te hanganga pumau, me te nui o te haumaru, kua noho haere tenei rawa tetahi o nga rawa cathode pai mo nga pākahiko lithium-i roto i nga pahi hiko me nga punaha rokiroki hiko.
Ko te Lithium iron phosphate (LiFePO4) he rite te hanganga karaihe me te punaha tioata me te rino phosphate (FePO4). Ko te tikanga he iti noa te huringa o te rōrahi o te rauemi i te wa o te whakaurunga/tangohanga lithium{3}}katote, he pai te aukati i te kino o te reanga na te roha o te rōrahi, te whakaheke ranei. I tua atu, ko tenei ahuatanga ka whakarite kia pai te whakapiri hiko i waenga i nga matūriki me nga taapiri whakaheke, ka puta te pai o te huringa huringa me te roa o te oranga. I tua atu, ko te lithium iron phosphate e rongonui ana mo te pai o te taiao, te utu-te whaihua, te tino pai o te haumaru, te kaha motuhake (tata ki te 170 mA·h/g), me te papaa utu/tuku. I runga i enei painga, ka kiia ko te lithium iron phosphate he whiringa pai mo nga rauemi cathode i roto i nga tono rokiroki hiko nui.
Kei roto i nga tikanga ko nga tukanga sol-rere, nga tikanga corecipitation, me te whakahiato waiariki. Inaa, ko te whakahiato waiariki ka whakaputa tika i te hua i whaaia i roto i te autoclave ma te whakanui ake i te pāmahana me te pehanga, ma te whakamahi i nga puhui rino, lithium, me te ūkuikui hei rauemi mata. Ko tenei tikanga e mohiotia ana mo tana mahi ngawari, te rahi o te matūriki iti me te rite, me te iti o te whakapau kaha. Heoi ano, he herenga mo nga mahi whakangao, na te hiahia mo nga ipu aatete -i hangaia. Ko te Coprecipitation, i tetahi atu taha, ka whakahaerehia i roto i te punaha otinga, kei reira te ahua o te ahua o mua e pa ana ki nga ahuatanga rereke penei i te kukū, te mana pāmahana, te whakatikatika pH, me te tere whakaoho. I runga i te tino mahi a enei tawhā ki te mahi o te rauemi LiFePO kua oti te whakahiato, he mea nui te kowhiringa o nga tikanga whakamatautau. Ko nga hua i mahia ma tenei tikanga ehara i te mea he pai nga ahuatanga moroiti (arā, te rahi o te matūriki iti me te rite) engari e whakaatu ana i nga ahuatanga matū hiko pai ake; heoi, me mahara he uaua te mahi katoa, ka ara ake pea nga wero tātari me nga take whakahaere para i te wa e tukatuka ana.
Lithium konupora waikura me te lithium -taonga konupora{1}}nga rauemi cathode
Lithium konupora waikura
I roto i te rangahau o nga rauemi cathode pākahiko lithium -ion, ko tetahi atu rauemi cathode nui me te hoko arumoni ko te riuwhiu -hanganga lithium manganese oxide (LiMn₂O₄) rauemi cathode i whakaarohia e Thackeray et al. i te tau 1983. Ko Spinel -whakaahua lithium konupora waikura no te punaha tioata cubic. Ko tana hanganga matū ko te LiMn₂O₄. I roto i te hanganga tioata LiMn₂O₄, ko te hāora kei roto i te hanganga mata-pokapū tata-te hanga, ko te konupora me te hāora he hanganga octahedral, penei i te ahua i raro nei.
He nui te konupora i roto i te taiao, a ko nga tikanga whakareri mo -momo lithium manganese oxide (LiMn2O4) e whakaatu ana i nga ahuatanga kanorau. Ko te huarahi whakahiato me te hangarau tukatuka o te rauemi ka pa tika ki te microstructure me te whanaketanga witi o te hua whakamutunga. No reira, he mea nui te arotau i enei tukanga whakahiato mo te whakapai ake i te mahi hiko o nga rawa hiko i roto i nga tono mahi. I tenei wa, e rua nga momo tikanga matua ki te whakarite i te LiMn2O4: ko tetahi i runga i te pahekoheko i waenga i nga rawa mata totoka, penei i te tauhohenga -mahana totoka-te teitei, te ngaruiti{10}}te whakahiatotanga awhina, me te whakamaimoatanga i roto i nga papaa tote rewa.
Ko tetahi atu waahanga ko te huringa matū i roto i te taiao wai, me nga tauira angamaheni tae atu ki te hangarau sol-rere, te whakahiato waiariki, me nga tikanga corecipitation. Kua aro nui a LiMnzO4 na te painga o te utu, te tino pai o te waiariki, te kaha o te aukati utu nui, me te pai o nga painga o te taiao. Heoi ano, he ngoikoretanga o tenei rawa i roto i te eke paihikara me te mahi rokiroki, ina koa i te teitei o te mahana, ka tino paheke te mahi eke paihikara, e kore e taea te whakahoki.
lithium-konupora nui-
I tua atu i te waikura konupora lithium, ko nga papanga lithium -taonga konupora nui-kua aro nuitia hei rauemi cathode ka puta ake mo nga pākahiko lithium-katoon.
Ko nga tikanga whakareri mo te lithium-taonga konupora -maaariki cathode ko nga tikanga totika, -raera sol, me nga tikanga rewharewha. Ko te tikanga totika -ka uru ki te whakaranu tika i te waikura whakarewa me te warowaiha whakarewa, te waikawa whakarewa ranei i roto i tetahi ohanga, ka whai i te tauhohenga -mahana totoka-teitei ki te whiwhi rauemi paparanga lithium-. Ko nga painga o te tikanga -totoka ko tona kaha ki te whakahiato i nga rahinga nui o nga paparanga lithium{12}}nga rawa taonga, tona tikanga whakarite ngawari, me te utu iti. Ko nga ngoikoretanga ko te iti o te whakarea rurirarai o te totoka i te wa -tuuturu o te totoka, me te mea he rereke nga reiti ruririri rereke o nga konganuku whakawhiti i roto i te tauhohenga -totoka, na te mea he uaua te marara o te matūriki. Na reira, he rawakore te rite o nga mea kua whakahiatohia, e pa ana ki te mahi o te rauemi cathode. Ko te tikanga sol -rere he whakauru tuatahi i te wairewa tote whakarewa whakawhiti ki te whakauru kia hanga he sol, katahi ka whakaeto i te wai kia waiho hei reera, ka mutu ka whakamaroke me te whakamaarama kia whiwhi rawa i te lithium{19}}paparanga. Ko tenei tikanga ka puta nga taonga me te tohatoha rite me te tino ma, a ko nga hiko i mahia e whakaatu ana i te pai o te mahi hiko. Heoi ano, ko nga ngoikoretanga he roa te huringa tito, te hiahia mo te maha o nga whakauru (waikawa waro, ethylene glycol ranei), ka nui te utu. I tua atu, ko nga papanga paparanga lithium -he taonga he matūriki nano/micron pai te nuinga he iti te kiato. No reira, i tenei wa ka whakamahia tenei tikanga i roto i nga tautuhinga taiwhanga mo te hanga i nga rawa paparanga lithium{25}}he mea uaua ki te hokohoko.
-Nikeera cathode rawa
Kua roa nga Kairangahau e rapu -te whakapumautanga o te pāmahana me te reeti tino pai hei whainga tuatahi i te wa e whakawhanake ana te cathode.
rauemi mo nga pākahiko lithium-katote. I roto i nga rawa nui e toru - LiCoO₂, LiNi₁ₓ₋ᵧCoₓMnᵧO₂ (NCM), me LiFePO₄ - Ko te NCM e kiia ana ko tetahi o nga rauemi cathode tino pai na te mea he nui te kaha motuhake, he iti te utu o te rauemi mata, he pai ake te pai o te taiao ki te LiCoO.
He rite tonu te -NaFeO₂-mo tenei momo rauemi, no te roopu mokowā R-3m. Na Liu et al tenei kaupapa i whakatakoto tuatahi. i te tau 1999. Ma te mohio te whakakotahi i nga painga o nga rauemi cathode e toru - lithium cobalt oxide (LiCoO₂), lithium nickel oxide (LiNiO₂), me te lithium manganese oxide (LiMnO₂) - me te utu pai mo nga ngoikoretanga kei roto i ia rauemi takitahi (penei i te Whakaahua 5-6). Ma te whakatikatika i te tauwehenga o nga huānga whakarewa whakawhiti, ka taea te whakatutuki i te toenga tino pai i waenga i te kaha motuhake, te mahi huringa, te haumaru, me te utu.
Ko te hanganga karaihe o te lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM) rauemi cathode ternary he rite tonu ki tera o LiCoO2, e rua no te hanganga paparanga hexagonal.
