| วัสดุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เป็นส่วนประกอบสำคัญในการผลิต แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ยานพาหนะไฟฟ้า และระบบพลังงานหมุนเวียน แบตเตอรี่เหล่านี้ประกอบด้วยวัสดุหลักหลายอย่างที่ทำงานร่วมกันเพื่อจัดเก็บและปล่อยพลังงานไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ วัสดุแคโทด
วัสดุแคโทดที่ล้ำสมัย ได้แก่ ออกไซด์ของโลหะลิเธียม [เช่น LiCoO 2 ,ลิมิน 2 โอ 4 และหลี่(NixMnyCoz)O 2 ], วานาเดียมออกไซด์, โอลิวีน (เช่น LiFePO 4 ) และลิเธียมออกไซด์แบบชาร์จไฟได้ 11,12 ออกไซด์ที่เรียงเป็นชั้นซึ่งประกอบด้วยโคบอลต์และนิกเกิลเป็นวัสดุที่มีการศึกษามากที่สุดสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน พวกมันแสดงความเสถียรสูงในช่วงแรงดันไฟฟ้าสูง แต่โคบอลต์มีอยู่จำกัดในธรรมชาติและเป็นพิษ ซึ่งเป็นข้อเสียเปรียบอย่างมากสำหรับการผลิตจำนวนมาก แมงกานีสนำเสนอสารทดแทนที่มีต้นทุนต่ำโดยมีเกณฑ์ทางความร้อนสูงและมีความสามารถในอัตราที่ดีเยี่ยม แต่มีพฤติกรรมการปั่นจักรยานที่จำกัด ดังนั้นส่วนผสมของโคบอลต์ นิกเกิล และแมงกานีสจึงมักถูกนำมาใช้เพื่อรวมคุณสมบัติที่ดีที่สุดและลดข้อเสียให้เหลือน้อยที่สุด วานาเดียมออกไซด์มีความจุขนาดใหญ่และมีจลนศาสตร์ที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการแทรกและการสกัดลิเธียม วัสดุจึงมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นอสัณฐาน ซึ่งจำกัดพฤติกรรมการหมุนเวียน โอลิวีนไม่เป็นพิษและมีความจุปานกลางและมีสีซีดจางต่ำเนื่องจากการหมุนเวียน แต่ค่าการนำไฟฟ้าต่ำ ได้มีการนำวิธีการเคลือบวัสดุมาใช้เพื่อชดเชยค่าการนำไฟฟ้าที่ไม่ดี แต่จะเพิ่มค่าใช้จ่ายในการดำเนินการบางอย่างให้กับแบตเตอรี่
วัสดุแอโนด
วัสดุแอโนด ได้แก่ ลิเธียม กราไฟท์ วัสดุโลหะผสมลิเธียม อินเตอร์เมทัลลิก หรือซิลิคอน 11 ลิเธียมดูเหมือนจะเป็นวัสดุที่ตรงไปตรงมาที่สุด แต่มีปัญหาเกี่ยวกับพฤติกรรมการปั่นจักรยานและการเติบโตของเดนไดรต์ ซึ่งทำให้เกิดการลัดวงจร แอโนดคาร์บอนเป็นวัสดุแอโนดที่ใช้มากที่สุดเนื่องจากมีต้นทุนและความพร้อมต่ำ อย่างไรก็ตาม ความจุตามทฤษฎี (372 mAh/g) ยังต่ำเมื่อเทียบกับความหนาแน่นประจุของลิเธียม (3,862 mAh/g) ความพยายามบางอย่างกับกราไฟท์พันธุ์ใหม่และท่อนาโนคาร์บอนได้พยายามเพิ่มกำลังการผลิตแต่กลับมาพร้อมกับราคาต้นทุนการประมวลผลที่สูง แอโนดอัลลอยด์และสารประกอบระหว่างโลหะมีความจุสูง แต่ยังแสดงการเปลี่ยนแปลงปริมาตรอย่างมาก ส่งผลให้พฤติกรรมการปั่นจักรยานไม่ดี มีความพยายามในการเอาชนะการเปลี่ยนแปลงปริมาตรโดยใช้วัสดุนาโนคริสตัลไลน์และมีเฟสโลหะผสม (กับ Al, Bi, Mg, Sb, Sn, Zn และอื่นๆ) ในเมทริกซ์การทำให้คงตัวแบบไม่อัลลอยด์ (กับ Co, Cu, Fe หรือ นิ) ซิลิคอนมีความจุสูงมากถึง 4,199 mAh/g ซึ่งสอดคล้องกับองค์ประกอบของ Si 5 หลี่ 22 - อย่างไรก็ตาม พฤติกรรมการปั่นจักรยานไม่ดี และความจุลดลงยังไม่เป็นที่เข้าใจ อิเล็กโทรไลต์
แบตเตอรี่ที่ปลอดภัยและมีอายุการใช้งานยาวนานจำเป็นต้องมีอิเล็กโทรไลต์ที่แข็งแกร่งซึ่งสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิสูงที่มีอยู่ได้ และมีอายุการเก็บรักษาที่ยาวนาน ในขณะเดียวกันก็ให้การเคลื่อนที่ของลิเธียมไอออนสูง ประเภทต่างๆ ได้แก่ อิเล็กโทรไลต์ของเหลว โพลีเมอร์ และโซลิดสเตต 11 อิเล็กโทรไลต์เหลวส่วนใหญ่เป็นอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ที่มีตัวทำละลายซึ่งมี LiBC 4 โอ 8 (LiBOB), ลิพีเอฟ 6 , ลี่[PF 3 (ค 2 เอฟ 5 - 3 ] หรือคล้ายกัน การพิจารณาที่สำคัญที่สุดคือการติดไฟได้ ตัวทำละลายที่มีประสิทธิภาพดีที่สุดจะมีจุดเดือดต่ำและมีจุดวาบไฟประมาณ 30°C ดังนั้นการระบายอากาศหรือการระเบิดของเซลล์และต่อมาแบตเตอรี่จึงก่อให้เกิดอันตราย การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์และปฏิกิริยาข้างเคียงคายความร้อนสูงในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถสร้างผลกระทบที่เรียกว่า “การหนีความร้อน” ดังนั้น การเลือกอิเล็กโทรไลต์มักจะต้องแลกกันระหว่างความสามารถในการติดไฟและประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้า ตัวคั่น P. Arora และ Z. Zhang เป็นผู้จัดเตรียมการตรวจสอบวัสดุและความต้องการของตัวแยกที่ดี 14 ตามชื่อของมัน ตัวแยกแบตเตอรี่จะแยกอิเล็กโทรดทั้งสองออกจากกันทางกายภาพ เพื่อหลีกเลี่ยงไฟฟ้าลัดวงจร ในกรณีของอิเล็กโทรไลต์เหลว ตัวแยกคือวัสดุโฟมที่แช่ด้วยอิเล็กโทรไลต์และยึดไว้กับที่ ต้องเป็นฉนวนอิเล็กทรอนิกส์ในขณะที่มีความต้านทานอิเล็กโทรไลต์น้อยที่สุด มีความเสถียรทางกลสูงสุด และทนทานต่อสารเคมีต่อการย่อยสลายในสภาพแวดล้อมที่มีปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าสูง นอกจากนี้ ตัวคั่นมักมีคุณสมบัติด้านความปลอดภัยที่เรียกว่า "การปิดระบบระบายความร้อน" ที่อุณหภูมิสูง มันจะละลายหรือปิดรูขุมขนเพื่อปิดการขนส่งลิเธียมไอออนโดยไม่สูญเสียเสถียรภาพทางกล ตัวแยกจะถูกสังเคราะห์เป็นแผ่นและประกอบเข้ากับอิเล็กโทรดหรือฝากไว้บนอิเล็กโทรดในแหล่งกำเนิดตัวเดียว หากพิจารณาตามต้นทุน วิธีหลังเป็นวิธีที่ดีกว่า แต่ก่อให้เกิดปัญหาการสังเคราะห์ การจัดการ และกลไกอื่นๆ อิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตตและอิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์บางชนิดไม่จำเป็นต้องมีตัวแยก ตัวแยกมีกลไกการปิดระบบระบายความร้อนในตัว และเพิ่มระบบการจัดการระบายความร้อนภายนอกที่ซับซ้อนเพิ่มเติมให้กับโมดูลและชุดแบตเตอรี่ ของเหลวไอออนิกอยู่ระหว่างการพิจารณาเนื่องจากความเสถียรทางความร้อน แต่มีข้อเสียที่สำคัญ เช่น ลิเธียมละลายออกจากขั้วบวก โพลีเมอร์อิเล็กโทรไลต์เป็นโพลีเมอร์นำไฟฟ้าแบบไอออนิก มักผสมในวัสดุคอมโพสิตกับอนุภาคนาโนเซรามิก ส่งผลให้มีค่าการนำไฟฟ้าสูงขึ้นและทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น นอกจากนี้ เนื่องจากความหนืดสูงและพฤติกรรมเสมือนของแข็ง อิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์จึงสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของลิเธียมเดนไดรต์ได้ 13 จึงสามารถใช้กับแอโนดโลหะลิเธียมได้ อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งคือผลึกลิเธียมไอออนนำไฟฟ้าและแก้วเซรามิก พวกมันแสดงประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำต่ำมาก เนื่องจากการเคลื่อนตัวของลิเธียมในของแข็งจะลดลงอย่างมากที่อุณหภูมิต่ำ นอกจากนี้ อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งจำเป็นต้องมีสภาวะการสะสมตัวและการบำบัดอุณหภูมิแบบพิเศษเพื่อให้ได้พฤติกรรมที่ยอมรับได้ ซึ่งทำให้มีราคาแพงมากในการใช้งาน แม้ว่าจะขจัดความจำเป็นในการใช้ตัวแยกและความเสี่ยงที่จะเกิดการหนีความร้อนก็ตาม สรุปแล้ว, วัสดุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน มีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพโดยรวมและประสิทธิผลของ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน - ความพยายามในการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องยังคงสำรวจวัสดุและเทคโนโลยีใหม่ ๆ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและความยั่งยืนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน | 
