Der Lithium-Ionen-Akku beginnt bis zum Anschlag zu rasen und nähert sich dem Power-Akku

Im Jahr 1800 erfand Alessandro Volta, ein italienischer Physiker, den Volta-Stack, die erste Batterie in der Geschichte der Menschheit. Die erste Batterie bestand aus Zink- (Anode) und Kupferblechen (Kathode) sowie in Salzwasser (Elektrolyt) getränktem Papier und demonstrierte damit die künstliche Möglichkeit von Elektrizität.

Seitdem haben Batterien als Gerät, das kontinuierlichen und stabilen Strom liefern kann, eine mehr als 200-jährige Entwicklung hinter sich und erfüllen weiterhin die Nachfrage der Menschen nach einer flexiblen Stromnutzung.

In den letzten Jahren haben Sekundärbatterien (oder Batterien), die andere Energieformen in elektrische Energie umwandeln und diese in Form chemischer Energie speichern können, angesichts der enormen Nachfrage nach erneuerbaren Energien und der zunehmenden Besorgnis über Umweltverschmutzung weiterhin Veränderungen im Energiebereich mit sich gebracht System.

Die Entwicklung von Lithiumbatterien zeigt den Fortschritt der Gesellschaft unter einem anderen Aspekt. Tatsächlich basiert die rasante Entwicklung von Mobiltelefonen, Computern, Kameras und Elektrofahrzeugen auf der Reife der Lithiumbatterietechnologie.

Chen Gen. Die Geburt und Angst der Lithiumbatterie rückt näher

Die Geburt der Lithiumbatterie

Die Batterie hat Plus- und Minuspole. Der Pluspol, auch Kathode genannt, besteht meist aus stabileren Materialien, während der Minuspol, auch Anode genannt, meist aus „hochaktiven“ Metallwerkstoffen besteht. Die positiven und negativen Pole werden durch Elektrolyt getrennt und in Form chemischer Energie gespeichert.

Durch die chemische Reaktion zwischen den beiden Polen entstehen Ionen und Elektronen. Diese Ionen und Elektronen bewegen sich in der Batterie und zwingen die Elektronen, sich nach außen zu bewegen, wodurch ein Kreislauf entsteht und Strom erzeugt wird.

In den 1970er Jahren stimulierte die Ölkrise in den Vereinigten Staaten in Verbindung mit einem neuen Strombedarf in Militär, Luftfahrt, Medizin und anderen Bereichen die Suche nach wiederaufladbaren Batterien zur Speicherung erneuerbarer, sauberer Energie.

Lithium hat von allen Metallen ein sehr niedriges spezifisches Gewicht und Elektrodenpotential. Mit anderen Worten: Lithiumbatteriesysteme können theoretisch die maximale Energiedichte erreichen, sodass Lithium die natürliche Wahl für Batterieentwickler ist.

Allerdings ist Lithium sehr reaktiv und kann brennen und explodieren, wenn es Wasser oder Luft ausgesetzt wird. Daher ist die Zähmung von Lithium zum Schlüssel für die Batterieentwicklung geworden. Darüber hinaus kann Lithium bei Raumtemperatur leicht mit Wasser reagieren. Soll metallisches Lithium in Batteriesystemen eingesetzt werden, ist die Einbringung nichtwässriger Elektrolyte zwingend erforderlich.

Im Jahr 1958 schlug Harris vor, einen organischen Elektrolyten als Elektrolyt für Metallbatterien zu verwenden. Im Jahr 1962 gründeten Lockheed Mission und SpaceCo. Chilton Jr. vom US-Militär und Cook brachten die Idee eines „nichtwässrigen Lithium-Elektrolytsystems“ vor.

Chilton und Cook entwickelten einen neuen Batterietyp, der Lithiummetall als Kathode, Ag-, Cu- und Ni-Halogenide als Kathode und das in Propylencarbonat gelöste Metallsalz lic1-AlCl3 mit niedrigem Schmelzpunkt als Elektrolyt verwendet. Obwohl das Problem der Batterie dafür sorgt, dass sie im Konzept bleibt und nicht wegen der kommerziellen Machbarkeit, ist die Arbeit von Chilton und Cook der Beginn der Lithiumbatterieforschung.

1970 synthetisierten die japanische Panasonic Electric Co. und das US-Militär fast gleichzeitig unabhängig voneinander ein neues Kathodenmaterial – Kohlenstofffluorid. Das kristalline Kohlenstofffluorid mit der Molekularausprägung (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) wurde von Panasonic Electric Co., Ltd. erfolgreich hergestellt und als Anode einer Lithiumbatterie verwendet. Die Erfindung der Lithiumfluoridbatterie ist ein wichtiger Schritt in der Geschichte der Entwicklung von Lithiumbatterien. Dies ist das erste Mal, dass „eingebettete Verbindungen“ in das Design von Lithiumbatterien eingeführt werden.

Um jedoch das reversible Laden und Entladen einer Lithiumbatterie zu realisieren, ist die Reversibilität der chemischen Reaktion der Schlüssel. Zu dieser Zeit verwendeten die meisten nicht wiederaufladbaren Batterien Lithiumanoden und organische Elektrolyte. Um wiederaufladbare Batterien zu realisieren, begannen Wissenschaftler, den reversiblen Einbau von Lithiumionen in die positive Elektrode aus schichtförmigem Übergangsmetallsulfid zu untersuchen.

Stanley Whittingham von ExxonMobil fand heraus, dass die chemische Interkalationsreaktion gemessen werden kann, indem geschichtetes TiS2 als Kathodenmaterial verwendet wird und das Entladungsprodukt LiTiS2 ist.

1976 erreichte die von Whittingham entwickelte Batterie einen guten Anfangswirkungsgrad. Nach mehrmaligem Laden und Entladen bildeten sich jedoch Lithiumdendriten in der Batterie. Die Dendriten wuchsen vom Minuspol zum Pluspol und bildeten einen Kurzschluss, der die Gefahr einer Entzündung des Elektrolyten mit sich brachte und letztlich scheiterte.

Aufgrund des Brandunfalls bei Lithium/Molybdän-Sekundärbatterien im Jahr 1989 zogen sich die meisten Unternehmen bis auf wenige aus der Entwicklung von Lithium-Metall-Sekundärbatterien zurück. Die Entwicklung von Lithium-Metall-Sekundärbatterien wurde grundsätzlich eingestellt, da das Sicherheitsproblem nicht gelöst werden konnte.

Aufgrund der geringen Wirkung verschiedener Modifikationen stagnierte die Forschung an Lithium-Metall-Sekundärbatterien. Schließlich entschieden sich die Forscher für eine radikale Lösung: eine Schaukelstuhlbatterie mit eingebetteten Verbindungen als Plus- und Minuspol von Lithium-Metall-Sekundärbatterien.

In den 1980er Jahren untersuchte Goodnow die Struktur von geschichteten Lithiumkobalat- und Lithium-Nickeloxid-Kathodenmaterialien an der Universität Oxford, England. Schließlich stellten die Forscher fest, dass mehr als die Hälfte des Lithiums reversibel aus dem Kathodenmaterial entfernt werden kann. Dieses Ergebnis führte schließlich zur Geburt von The.

Im Jahr 1991 brachte die SONY Company die erste kommerzielle Lithiumbatterie auf den Markt (Anodengraphit, Kathodenlithiumverbindung, flüssiges Lithiumsalz der Elektrode, gelöst in organischem Lösungsmittel). Aufgrund der Eigenschaften einer hohen Energiedichte und unterschiedlicher Formulierungen, die sich an unterschiedliche Einsatzumgebungen anpassen lassen, wurden Lithiumbatterien kommerzialisiert und auf dem Markt weit verbreitet eingesetzt