లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలో ఏ పదార్థాలు ఉంటాయి?

అత్యాధునిక కాథోడ్ పదార్థాలలో లిథియం-మెటల్ ఆక్సైడ్లు [LiCoO వంటివి ఉంటాయి ₂ , LiMn ₂ ఓ ₄ , మరియు Li(NixMnyCoz)O ₂ ], వెనాడియం ఆక్సైడ్లు, ఒలివిన్లు (LifePO వంటివి ₄ ), మరియు పునర్వినియోగపరచదగిన లిథియం ఆక్సైడ్లు. ^11,12 కోబాల్ట్ మరియు నికెల్ కలిగిన లేయర్డ్ ఆక్సైడ్లు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కోసం ఎక్కువగా అధ్యయనం చేయబడిన పదార్థాలు.అవి అధిక-వోల్టేజ్ పరిధిలో అధిక స్థిరత్వాన్ని చూపుతాయి, అయితే కోబాల్ట్ ప్రకృతిలో పరిమిత లభ్యతను కలిగి ఉంది మరియు విషపూరితమైనది, ఇది సామూహిక తయారీకి విపరీతమైన లోపం.మాంగనీస్ అధిక థర్మల్ థ్రెషోల్డ్ మరియు అద్భుతమైన రేట్ సామర్థ్యాలతో తక్కువ-ధర ప్రత్యామ్నాయాన్ని అందిస్తుంది కానీ పరిమిత సైక్లింగ్ ప్రవర్తన.అందువల్ల, కోబాల్ట్, నికెల్ మరియు మాంగనీస్ మిశ్రమాలను తరచుగా ఉత్తమ లక్షణాలను కలపడానికి మరియు లోపాలను తగ్గించడానికి ఉపయోగిస్తారు.వెనాడియం ఆక్సైడ్లు పెద్ద సామర్థ్యం మరియు అద్భుతమైన గతిశాస్త్రం కలిగి ఉంటాయి.అయినప్పటికీ, లిథియం చొప్పించడం మరియు వెలికితీత కారణంగా, పదార్థం నిరాకారమైనదిగా మారుతుంది, ఇది సైక్లింగ్ ప్రవర్తనను పరిమితం చేస్తుంది.ఒలివిన్లు విషపూరితం కానివి మరియు సైక్లింగ్ కారణంగా తక్కువ ఫేడ్‌తో మితమైన సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి, కానీ వాటి వాహకత తక్కువగా ఉంటుంది.పేలవమైన వాహకతను భర్తీ చేసే మెటీరియల్‌ను పూత చేసే పద్ధతులు ప్రవేశపెట్టబడ్డాయి, అయితే ఇది బ్యాటరీకి కొంత ప్రాసెసింగ్ ఖర్చులను జోడిస్తుంది.

యానోడ్ మెటీరియల్స్

యానోడ్ పదార్థాలు లిథియం, గ్రాఫైట్, లిథియం-మిశ్రమ పదార్థాలు, ఇంటర్‌మెటాలిక్‌లు లేదా సిలికాన్. ¹¹ లిథియం చాలా స్ట్రెయిట్ ఫార్వర్డ్ మెటీరియల్‌గా కనిపిస్తుంది కానీ సైక్లింగ్ ప్రవర్తన మరియు డెన్డ్రిటిక్ పెరుగుదలతో సమస్యలను చూపుతుంది, ఇది షార్ట్ సర్క్యూట్‌లను సృష్టిస్తుంది.కార్బోనేషియస్ యానోడ్‌లు వాటి తక్కువ ధర మరియు లభ్యత కారణంగా ఎక్కువగా ఉపయోగించబడే యానోడిక్ పదార్థం.అయినప్పటికీ, లిథియం (3,862 mAh/g) యొక్క ఛార్జ్ సాంద్రతతో పోలిస్తే సైద్ధాంతిక సామర్థ్యం (372 mAh/g) తక్కువగా ఉంది.నవల గ్రాఫైట్ రకాలు మరియు కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లతో కొన్ని ప్రయత్నాలు సామర్థ్యాన్ని పెంచడానికి ప్రయత్నించాయి కానీ అధిక ప్రాసెసింగ్ ఖర్చుల ధరతో వచ్చాయి.అల్లాయ్ యానోడ్‌లు మరియు ఇంటర్‌మెటాలిక్ సమ్మేళనాలు అధిక సామర్థ్యాలను కలిగి ఉంటాయి కానీ ఒక నాటకీయ వాల్యూమ్ మార్పును చూపుతాయి, ఫలితంగా సైక్లింగ్ ప్రవర్తన తక్కువగా ఉంటుంది.నానోక్రిస్టలైన్ మెటీరియల్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా మరియు మిశ్రమం లేని స్థిరీకరణ మాత్రికలో (Co, Cu, Fe, లేదా) మిశ్రమం దశ (Al, Bi, Mg, Sb, Sn, Zn మరియు ఇతరులతో) కలిగి ఉండటం ద్వారా వాల్యూమ్ మార్పును అధిగమించడానికి ప్రయత్నాలు జరిగాయి. ని).సిలికాన్ 4,199 mAh/g యొక్క అధిక సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది, ఇది Si యొక్క కూర్పుకు అనుగుణంగా ఉంటుంది ₅ లి ₂₂ .అయినప్పటికీ, సైక్లింగ్ ప్రవర్తన పేలవంగా ఉంది మరియు సామర్థ్యం క్షీణించడం ఇంకా అర్థం కాలేదు.

ఎలక్ట్రోలైట్స్

సురక్షితమైన మరియు దీర్ఘకాలం ఉండే బ్యాటరీకి ఇప్పటికే ఉన్న వోల్టేజ్ మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రతలను తట్టుకోగల బలమైన ఎలక్ట్రోలైట్ అవసరం మరియు లిథియం అయాన్‌ల కోసం అధిక చలనశీలతను అందిస్తూ సుదీర్ఘ షెల్ఫ్ జీవితాన్ని కలిగి ఉంటుంది.రకాలు ద్రవ, పాలిమర్ మరియు ఘన-స్థితి ఎలక్ట్రోలైట్‌లను కలిగి ఉంటాయి. ¹¹ లిక్విడ్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు ఎక్కువగా సేంద్రీయ, ద్రావకం ఆధారిత ఎలక్ట్రోలైట్‌లు LiBCని కలిగి ఉంటాయి ₄ ఓ ₈ (LiBOB), LiPF ₆ , లి[PF ₃ (సి ₂ ఎఫ్ ₅ ) ₃ ], లేదా ఇలాంటివి.అత్యంత ముఖ్యమైన పరిశీలన వారి మంట;ఉత్తమంగా పనిచేసే ద్రావకాలు తక్కువ మరిగే బిందువులను కలిగి ఉంటాయి మరియు 30°C చుట్టూ ఫ్లాష్ పాయింట్లను కలిగి ఉంటాయి.అందువల్ల, సెల్ యొక్క గాలి లేదా పేలుడు మరియు తరువాత బ్యాటరీ ప్రమాదాన్ని కలిగిస్తుంది.లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో ఎలక్ట్రోలైట్ కుళ్ళిపోవడం మరియు అధిక ఉష్ణ సంబంధమైన సైడ్ రియాక్షన్‌లు "థర్మల్ రన్‌అవే" అని పిలువబడే ప్రభావాన్ని సృష్టించగలవు.అందువల్ల, ఎలక్ట్రోలైట్ ఎంపిక తరచుగా మంట మరియు ఎలెక్ట్రోకెమికల్ పనితీరు మధ్య పరస్పర విరుద్ధతను కలిగి ఉంటుంది.

సెపరేటర్‌లు అంతర్నిర్మిత థర్మల్ షట్‌డౌన్ మెకానిజమ్‌లను కలిగి ఉంటాయి మరియు మాడ్యూల్స్ మరియు బ్యాటరీ ప్యాక్‌లకు అదనపు బాహ్య అధునాతన థర్మల్ మేనేజ్‌మెంట్ సిస్టమ్‌లు జోడించబడతాయి.అయానిక్ ద్రవాలు వాటి ఉష్ణ స్థిరత్వం కారణంగా పరిశీలనలో ఉన్నాయి, అయితే యానోడ్ నుండి లిథియం కరిగిపోవడం వంటి ప్రధాన లోపాలు ఉన్నాయి.

పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్స్ అయానికల్ కండక్టివ్ పాలిమర్‌లు.అవి తరచుగా సిరామిక్ నానోపార్టికల్స్‌తో మిశ్రమాలలో మిళితం చేయబడతాయి, ఫలితంగా అధిక వాహకత మరియు అధిక వోల్టేజ్‌లకు నిరోధకత ఏర్పడుతుంది.అదనంగా, వాటి అధిక స్నిగ్ధత మరియు పాక్షిక-ఘన ప్రవర్తన కారణంగా, పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు లిథియం డెండ్రైట్‌లను పెరగకుండా నిరోధించగలవు. ¹³ అందువలన లిథియం మెటల్ యానోడ్‌లతో ఉపయోగించవచ్చు.

ఘన ఎలక్ట్రోలైట్లు లిథియం-అయాన్ వాహక స్ఫటికాలు మరియు సిరామిక్ గ్లాసెస్.అవి చాలా తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును చూపుతాయి ఎందుకంటే ఘనపదార్థంలో లిథియం చలనశీలత తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద బాగా తగ్గిపోతుంది.అదనంగా, ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లకు ఆమోదయోగ్యమైన ప్రవర్తనను పొందేందుకు ప్రత్యేక నిక్షేపణ పరిస్థితులు మరియు ఉష్ణోగ్రత చికిత్సలు అవసరం, వాటిని ఉపయోగించడం చాలా ఖరీదైనది, అయినప్పటికీ అవి విభజనల అవసరాన్ని మరియు థర్మల్ రన్‌అవే ప్రమాదాన్ని తొలగిస్తాయి.

సెపరేటర్లు

సెపరేటర్ మెటీరియల్స్ మరియు అవసరాలకు సంబంధించిన మంచి సమీక్షను P. అరోరా మరియు Z. జాంగ్ అందించారు. ¹⁴ దాని పేరు సూచించినట్లుగా, బ్యాటరీ సెపరేటర్ రెండు ఎలక్ట్రోడ్‌లను భౌతికంగా ఒకదానికొకటి వేరు చేస్తుంది, తద్వారా షార్ట్ సర్క్యూట్‌ను నివారిస్తుంది.లిక్విడ్ ఎలక్ట్రోలైట్ విషయంలో, సెపరేటర్ అనేది ఎలక్ట్రోలైట్‌తో ముంచిన ఒక నురుగు పదార్థం మరియు దానిని ఉంచుతుంది.కనిష్ట ఎలక్ట్రోలైట్ నిరోధకత, గరిష్ట యాంత్రిక స్థిరత్వం మరియు అత్యంత ఎలెక్ట్రోకెమికల్‌గా క్రియాశీల వాతావరణంలో అధోకరణానికి రసాయన నిరోధకతను కలిగి ఉన్నప్పుడు ఇది ఎలక్ట్రానిక్ ఇన్సులేటర్‌గా ఉండాలి.అదనంగా, సెపరేటర్ తరచుగా భద్రతా ఫీచర్‌ను కలిగి ఉంటుంది, దీనిని "థర్మల్ షట్‌డౌన్;" అని పిలుస్తారు.ఎత్తైన ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, అది దాని యాంత్రిక స్థిరత్వాన్ని కోల్పోకుండా లిథియం-అయాన్ రవాణాను మూసివేయడానికి దాని రంధ్రాలను కరుగుతుంది లేదా మూసివేస్తుంది.సెపరేటర్‌లు షీట్‌లలో సంశ్లేషణ చేయబడతాయి మరియు ఎలక్ట్రోడ్‌లతో సమీకరించబడతాయి లేదా సిటులోని ఒక ఎలక్ట్రోడ్‌లో జమ చేయబడతాయి.ఖర్చుపరంగా, రెండోది ఉత్తమమైన పద్ధతి కానీ కొన్ని ఇతర సంశ్లేషణ, నిర్వహణ మరియు యాంత్రిక సమస్యలను కలిగిస్తుంది.సాలిడ్-స్టేట్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు మరియు కొన్ని పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లకు సెపరేటర్ అవసరం లేదు.