Yon batri ityòm-ion oswa batri Li-ion (abreje kòm LIB) se yon kalite batri rechargeable.Lityòm-ion pil yo souvan itilize pou elektwonik pòtab ak machin elektrik epi yo ap grandi nan popilarite pou aplikasyon militè ak ayewospasyal.Akira Yoshino te devlope yon pwototip batri Li-ion an 1985, ki baze sou rechèch anvan John Goodenough, M. Stanley Whittingham, Rachid Yazami ak Koichi Mizushima pandan ane 1970-1980 yo, epi yon batri komèsyal Li-ion te devlope pa yon. Sony ak Asahi Kasei ekip ki te dirije pa Yoshio Nishi an 1991. Nan 2019, Yoshino, Goodenough, ak Whittingham te bay Pri Nobèl nan Chimi "pou devlopman pil ityòm ion".

Nan pil yo, iyon ityòm deplase soti nan elektwòd negatif la atravè yon elektwolit nan elektwòd pozitif la pandan egzeyat, epi tounen lè w ap chaje.Li-ion pil sèvi ak yon konpoze ityòm entèrkalye kòm materyèl la nan elektwòd pozitif la ak tipikman grafit nan elektwòd negatif la.Batri yo gen yon gwo dansite enèji, pa gen okenn efè memwa (lòt pase selil LFP) ak ba pwòp tèt ou-egzeyat.Sepandan, yo ka yon danje pou sekirite paske yo gen elektwolit ki ka pran dife, epi si yo domaje oswa mal chaje ka mennen nan eksplozyon ak dife.Samsung te fòse yo sonje appareil Galaxy Note 7 apre dife ityòm-ion, e te gen plizyè ensidan ki enplike pil sou Boeing 787s.

Chimi, pèfòmans, pri ak karakteristik sekirite yo varye selon kalite LIB.Elektwonik pòtatif sitou itilize pil ityòm polymère (ak yon jèl polymère kòm elektwolit) ak oksid ityòm cobalt (LiCoO2) kòm materyèl katod, ki ofri dansite enèji segondè, men prezante risk sekirite, espesyalman lè domaje.Lityòm fè fosfat (LiFePO4), ityòm Manganèz oksid (LiMn2O4, Li2MnO3, oswa LMO), ak ityòm nikèl Manganèz Cobalt oksid (LiNiMnCoO2 oswa NMC) ofri pi ba dansite enèji men lavi pi long ak mwens chans pou dife oswa eksplozyon.Batri sa yo lajman itilize pou zouti elektrik, ekipman medikal, ak lòt wòl.NMC ak dérivés li yo lajman itilize nan machin elektrik.

Zòn rechèch pou pil ityòm-ion gen ladan pwolonje lavi, ogmante dansite enèji, amelyore sekirite, diminye pri, ak ogmante vitès chaje, pami lòt moun.Rechèch yo te sou pye nan zòn nan elektwolit ki pa ka pran dife kòm yon chemen pou ogmante sekirite ki baze sou enflamabilite ak volatilité nan solvang òganik yo itilize nan elektwolit tipik la.Estrateji yo enkli pil akeuz ityòm-ion, elektwolit solid seramik, elektwolit polymère, likid iyonik, ak sistèm ki gen anpil fliyò.

Batri kont selil

Yon selil se yon inite elektwochimik debaz ki gen elektwòd, séparateur, ak elektwolit.

Yon batri oswa yon pake batri se yon koleksyon selil oswa asanble selil, ak lojman, koneksyon elektrik, epi pètèt elektwonik pou kontwòl ak pwoteksyon.

Anòd ak katod elektwòd
Pou selil rechargeable, tèm anod la (oswa elektwòd negatif) deziyen elektwòd la kote oksidasyon ap pran plas pandan sik la egzeyat;lòt elektwòd la se katod la (oswa elektwòd pozitif).Pandan sik chaj la, elektwòd pozitif la vin anod la epi elektwòd negatif la vin katod la.Pou pifò selil ityòm-ion, elektwòd ityòm-oksid la se elektwòd pozitif la;pou selil ityòm-ion titanate (LTO), elektwòd ityòm-oksid la se elektwòd negatif la.

Istwa

Jan nou koumanse

Varta ityòm-ion batri, Mize Autovision, Altlussheim, Almay
Batri ityòm yo te pwopoze pa yon famasi Britanik ak ko-benefisyè pri Nobel 2019 pou Chimi M. Stanley Whittingham, kounye a nan Binghamton University, pandan y ap travay pou Exxon nan ane 1970 yo.Whittingham te itilize sulfid Titàn (IV) ak metal ityòm kòm elektwòd yo.Sepandan, batri ityòm rechargeable sa a pa janm ka fè pratik.Titàn disulfide se te yon chwa pòv, depi li gen pou fè sentèz nan kondisyon konplètman sele, tou yo te byen chè (~ $ 1,000 pou chak kilogram pou Titàn disulfide matyè premyè nan ane 1970).Lè yo ekspoze a lè, disulfid Titàn reyaji pou fòme konpoze ilfid idwojèn, ki gen yon odè dezagreyab epi ki toksik pou pifò bèt yo.Pou sa a, ak lòt rezon, Exxon sispann devlopman batri ityòm-Titàn disulfid Whittingham la.[28]Batri ak elektwòd metalik ityòm prezante pwoblèm sekirite, kòm metal ityòm reyaji ak dlo, divilge gaz idwojèn ki ka pran dife.Kontinwe, rechèch te deplase pou devlope pil kote, olye pou yo metalik ityòm, sèlman konpoze ityòm yo prezan, yo te kapab aksepte ak divilge iyon ityòm.

Yo te dekouvri entèkalasyon revèsib nan grafit ak entèkalasyon nan oksid katodik pandan 1974–76 pa JO Besenhard nan TU Munich.Besenhard te pwopoze aplikasyon li nan selil ityòm.Dekonpozisyon elektwolit ak sòlvan ko-intercalation nan grafit te grav dezavantaj bonè pou lavi batri.

Devlopman

1973 - Adam Heller te pwopoze batri klori ityòm thionyl la, ki toujou itilize nan aparèy medikal implanté ak nan sistèm defans kote yo mande yon pi gran pase 20 ane etajè, gwo dansite enèji, ak/oswa tolerans pou tanperati operasyon ekstrèm yo.
1977 - Samar Basu demontre entèrkalasyon elektwochimik nan ityòm nan grafit nan University of Pennsylvania.Sa a te mennen nan devlopman yon lektwòd grafit intercalated ityòm travayabl nan Bell Labs (LiC6) pou bay yon altènativ a batri metal ityòm elektwòd.
1979 - Travay nan gwoup separe, Ned A. Godshall et al., epi, yon ti tan apre sa, John B. Goodenough (Oxford University) ak Koichi Mizushima (Tokyo University), demontre yon selil ityòm rechargeable ak vòltaj nan seri a 4 V lè l sèvi avèk ityòm. diyoksid cobalt (LiCoO2) kòm elektwòd pozitif la ak metal ityòm kòm elektwòd negatif la.Inovasyon sa a te bay materyèl elektwòd pozitif ki te pèmèt bonè komèsyal ityòm pil.LiCoO2 se yon materyèl elektwòd pozitif ki estab ki aji kòm yon donatè nan iyon ityòm, ki vle di ke li ka itilize ak yon materyèl elektwòd negatif lòt pase metal ityòm.Lè yo pèmèt itilizasyon materyèl elektwòd negatif ki estab ak fasil-a-manyen, LiCoO2 pèmèt nouvo sistèm batri rechargeable.Godshall et al.plis idantifye valè a menm jan an nan ternary konpoze ityòm-tranzisyon metal-oksid tankou spinèl LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, ak LiFe5O4 (epi pita ityòm-kwiv-oksid ak ityòm-nikèl-oksid katod materyèl nan 1985)
1980 - Rachid Yazami te demontre entèrkalasyon elektwochimik revèsib ityòm nan grafit, e li te envante elektwòd grafit ityòm (anod).Elektwolit òganik ki disponib nan moman sa a ta dekonpoze pandan chaje ak yon elektwòd negatif grafit.Yazami te itilize yon elektwolit solid pou demontre ke ityòm ta ka revèsibman entèrkalye nan grafit atravè yon mekanis elektwochimik.Kòm nan 2011, elektwòd grafit Yazami a te elektwòd ki pi souvan itilize nan pil komèsyal ityòm-ion.
Elektwòd negatif la gen orijin li nan PAS (materyèl semiconducteur polyacenic) dekouvri pa Tokio Yamabe epi pita pa Shjzukuni Yata nan kòmansman ane 1980 yo.Grenn nan teknoloji sa a te dekouvèt polymères conducteurs pa pwofesè Hideki Shirakawa ak gwoup li a, e li te kapab tou pou wè li te kòmanse nan batri polyacetylene ityòm ion devlope pa Alan MacDiarmid ak Alan J. Heeger et al.
1982 - Godshall et al.yo te akòde US Patant 4,340,652 pou itilize LiCoO2 kòm katod nan pil ityòm, ki baze sou Godshall's Stanford University Ph.D.tèz ak piblikasyon 1979.
1983 - Michael M. Thackeray, Peter Bruce, William David, ak John Goodenough te devlope yon spinèl Manganèz kòm yon materyèl katod ki enpòtan pou komèsyal pou pil ityòm-ion.
1985 - Akira Yoshino te rasanble yon selil pwototip lè l sèvi avèk materyèl kabonik nan ki iyon ityòm ta ka mete kòm yon sèl elektwòd, ak ityòm cobalt oksid (LiCoO2) kòm lòt la.Sa a dramatikman amelyore sekirite.LiCoO2 pèmèt pwodiksyon endistriyèl-echèl ak pèmèt batri komèsyal ityòm-ion.
1989 - Arumugam Manthiram ak John B. Goodenough te dekouvri klas polyanion katod yo.Yo te montre ke elektwòd pozitif ki gen polyanions, egzanp, silfat, pwodwi pi wo vòltaj pase oksid akòz efè a endiktif nan polyanion la.Klas polyanion sa a gen materyèl tankou ityòm fè fosfat.

<pou kontinye...>