Was ist ein Lithium-Ionen-Akku?

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Die meisten Menschen wissen, dass Lithium-Batterien eine lange Lebensdauer und schnellste Ladeeigenschaften haben. Aber was ist ein Lithium-Ionen-Akku? Was ist der Vorteil der Lithium-Technologie im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien? Wie lange hält eine Lithiumbatterie? Hier ist das Wissen, das Sie vielleicht wissen möchten. Tauchen wir ein!

Lithium-Batterie-Struktur

Was ist ein Lithium-Ionen-Akku?

Lithium-Ionen-Batterien bestehen hauptsächlich aus vier Materialien: positives Elektrodenmaterial, negatives Elektrodenmaterial, Separator und Elektrolyt!

„Lithiumbatterie“ ist ein Batterietyp, der Lithiummetall oder eine Lithiumlegierung als negatives Elektrodenmaterial verwendet und eine nichtwässrige Elektrolytlösung verwendet. 1912 wurde die Lithium-Metall-Batterie erstmals von Gilbert N. Lewis vorgeschlagen und untersucht. In den 1970er Jahren schlug MS WhitTIngham vor und begann damit, Lithium-Ionen-Batterien zu untersuchen. Aufgrund der sehr aktiven chemischen Eigenschaften von Lithiummetall stellen die Verarbeitung, Lagerung und Verwendung von Lithiummetall sehr hohe Umweltanforderungen. Daher werden Lithium-Batterien schon lange nicht mehr verwendet. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie sind Lithiumbatterien mittlerweile zum Mainstream geworden. Lithium-Batterien lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: Lithium-Metall-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien. Lithium-Ionen-Akkus enthalten kein Lithium im metallischen Zustand und sind wiederaufladbar. Die fünfte Generation wiederaufladbarer Batterien, Lithium-Metall-Batterien, wurde 1996 geboren, und ihre Sicherheit, spezifische Kapazität, Selbstentladungsrate und ihr Preis-Leistungs-Verhältnis sind besser als Lithium-Ionen-Batterien.

1970 verwendete MS WhitTIngham von Exxon Titansulfid als Material für die positive Elektrode und metallisches Lithium als Material für die negative Elektrode, um die erste Lithiumbatterie herzustellen. Das positive Elektrodenmaterial der Lithiumbatterie ist Mangandioxid oder Thionylchlorid, und die negative Elektrode ist Lithium. Nach dem Zusammenbau des Akkus hat der Akku Spannung und muss nicht aufgeladen werden. Li-Ionen-Batterien werden aus Lithium-Batterien entwickelt. Die in der Vergangenheit in Kameras verwendeten Knopfzellen waren beispielsweise Lithium-Batterien. Diese Art von Akku kann auch geladen werden, aber die Zyklenleistung ist nicht gut. Während des Lade- und Entladezyklus bilden sich leicht Lithiumkristalle, was zu einem Kurzschluss im Inneren der Batterie führt. Daher ist das Laden dieser Art von Akkus generell verboten.

1980 entdeckte J. Goodenough, dass Lithium-Kobaltoxid als Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden kann.

1982 entdeckten RRAgarwal und JRSelman vom Illinois Institute of Technology (Illinois Institute of Technology), dass Lithiumionen die Eigenschaften haben, Graphit zu interkalieren, was schnell und reversibel ist. Gleichzeitig haben die Sicherheitsrisiken von Lithiumbatterien aus metallischem Lithium viel Aufmerksamkeit erregt. Daher hat man versucht, die Eigenschaften von in Graphit eingebetteten Lithiumionen zu nutzen, um wiederaufladbare Batterien herzustellen. Die erste brauchbare Lithium-Ionen-Graphit-Elektrode wurde in den Bell Laboratories erfolgreich versuchsweise hergestellt.

1983 fanden M. Thackeray, J. Goodenough und andere heraus, dass Manganspinell ein ausgezeichnetes Kathodenmaterial mit niedrigem Preis, Stabilität und ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit und Lithiumleitfähigkeit ist. Seine Zersetzungstemperatur ist hoch und seine Oxidationseigenschaft ist viel geringer als die von Lithiumkobaltoxid. Selbst bei Kurzschluss oder Überladung kann die Brand- und Explosionsgefahr vermieden werden.

1989 fanden A. Manthiram und J. Goodenough heraus, dass eine positive Elektrode mit einem polymeren Anion eine höhere Spannung erzeugen würde.

1992 erfand die Sony Corporation of Japan eine Lithiumbatterie mit einem Kohlenstoffmaterial als negative Elektrode und einer lithiumhaltigen Verbindung als positive Elektrode. Während des Lade- und Entladevorgangs gibt es kein metallisches Lithium, sondern nur Lithium-Ionen. Dies ist ein Lithium-Ionen-Akku. In der Folge revolutionierten Lithium-Ionen-Batterien das Gesicht der Unterhaltungselektronik. Solche Batterien, die Lithiumkobaltoxid als positives Elektrodenmaterial verwenden, sind immer noch die Hauptstromquelle für tragbare elektronische Geräte.

1996 stellten Padhi und Goodenough fest, dass Phosphate mit Olivinstruktur wie Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4) sicherer sind als herkömmliche Kathodenmaterialien, insbesondere Hochtemperaturbeständigkeit, und dass ihre Überladungsbeständigkeit die herkömmlicher Lithium-Ionen-Batteriematerialien bei weitem übertrifft. Daher ist es das derzeitige Mainstream-Kathodenmaterial für Lithiumbatterien für Hochstromentladungen geworden. In der gesamten Geschichte der Batterieentwicklung können wir drei Merkmale der aktuellen Entwicklung der weltweiten Batterieindustrie erkennen. Einer davon ist die schnelle Entwicklung grüner und umweltfreundlicher Batterien, einschließlich Lithium-Ionen-Batterien, Nickel-Wasserstoff-Batterien usw.; der zweite ist die Umwandlung von Primärbatterien in Batterien, was im Einklang mit einer nachhaltigen Entwicklung steht. Entwicklungsstrategie; Drittens wird der Akku in Richtung klein, leicht und dünn weiterentwickelt. Unter handelsüblichen wiederaufladbaren Batterien haben Lithium-Ionen-Batterien die höchste spezifische Energie, insbesondere Polymer-Lithium-Ionen-Batterien, die eine Ausdünnung von wiederaufladbaren Batterien erreichen können. Da Lithium-Ionen-Batterien eine hohe volumenspezifische Energie und massenspezifische Energie haben, wiederaufladbar und umweltfreundlich sind und drei Hauptmerkmale der aktuellen Entwicklung der Batterieindustrie aufweisen, sind sie in Industrieländern schnell gewachsen. Die Entwicklung der Telekommunikations- und Informationsmärkte, insbesondere die umfangreiche Nutzung von Mobiltelefonen und Notebooks, hat Marktchancen für Lithium-Ionen-Batterien eröffnet. Die Polymer-Lithium-Ionen-Batterie in der Lithium-Ionen-Batterie wird nach und nach die Lithium-Ionen-Batterie mit flüssigem Elektrolyten mit ihren einzigartigen Sicherheitsvorteilen ersetzen und zum Mainstream der Lithium-Ionen-Batterie werden. Die Polymer-Lithium-Ionen-Batterie gilt als „Batterie des 21. Jahrhunderts“, die eine neue Ära der Speicherbatterien einleiten wird, und die Entwicklungsperspektiven sind sehr optimistisch.

Wie baut man eine Lithium-Ionen-Batterie?

Bild der Produktionslinie für Lithiumbatterien

Erstens die Zusammensetzung des Lithiumbatteriematerials

Vier Hauptmaterialien: positives Elektrodenmaterial, negatives Elektrodenmaterial, Diaphragma, Elektrolyt

Hilfsstoffe: NMP, Kupferfolie, Alufolie, Aluschalendeckel, Leitmittel, Kleber, Sonstiges (EMD), etc.

Zweitens der Produktionsprozess

Der Herstellungsprozess von Lithiumbatterien kann in vier Hauptprozesse unterteilt werden: Elektrodenvorbereitung, Zellmontage, Aktivierungserkennung und Batteriemontage. Unter ihnen umfasst die Elektrodenherstellung auch die Herstellung der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, und die Hauptglieder umfassen die Schritte des Dosierens, Rührens, Beschichtens, Rollens, Schneidens und Tabs.

Drittens, für die Produktion erforderliche Ausrüstung

Entsprechend dem Produktionsprozess von Lithium-Ionen-Batterien können Lithium-Batterie-Geräte hauptsächlich in Front-End-Geräte, Mid-End-Geräte und Back-End-Geräte unterteilt werden.

Die Front-End-Ausrüstung ist hauptsächlich für den Elektrodenherstellungsprozess bestimmt, darunter Vakuummischer, Beschichtungsmaschinen, Walzenpressen und Schneidemaschinen. Der Beschichtungsprozess erfordert, dass die gerührte Aufschlämmung gleichmäßig auf das Metall aufgetragen wird und die Dicke auf weniger als 3 μm genau ist. Es muss darauf geachtet werden, dass die Oberfläche der Scheibe keinen Grat aufweist, da dies sonst den nachfolgenden Prozess stark beeinflusst. Daher ist die Front-End-Ausrüstung die Kernausrüstung der Batterieherstellung, die sich auf die Qualität der gesamten Produktionslinie bezieht.

Die Mid-End-Ausrüstung deckt hauptsächlich den Zellmontageprozess ab und umfasst hauptsächlich Wickelmaschinen oder Laminiermaschinen, Zellschälmaschinen, Flüssigkeitsinjektionsmaschinen sowie Versiegelungs- und Schweißgeräte.

Die Back-End-Ausrüstung umfasst hauptsächlich Prozesse wie die Zellaktivierung und -formierung, die Erkennung der Kapazitätsverteilung und die Montage in Batteriepacks. Relativ gesehen sind die mittleren und hinteren Geräte wie Shell, Sealing, Testing und andere Maschinen relativ einfach und die technischen Anforderungen sind nicht hoch.

Was ist die Anwendung der Lithiumbatterie?

Es ist hauptsächlich in drei Teile unterteilt: Digital, Power und Energiespeicherung.

Digitale Kategorien: Mobiltelefone, Tablets, Notebooks, elektrisches Spielzeug, MP3/MP4, Kopfhörer, Powerbanks, Modellflugzeuge, mobile Stromversorgungen usw.

Leistungskategorie: bezieht sich hauptsächlich auf Elektrofahrzeuge, Glof Karren, Wohnmobile, Marinemaschine, Fahrerlose Transportfahrzeuge (AGVs) , Autonome mobile Roboter (AMR) , Elektrofahrräder usw.

Energiespeicher: Wird hauptsächlich in der Stromversorgung von Basisstationen, der Speicherung sauberer Energie, der Netzstromspeicherung, dem Solarspeichersystem für Privathaushalte usw. verwendet.

Es wird angenommen, dass Lithiumbatterien in Zukunft weiter verbreitet sein werden

Weitere Informationen zu Lithium-Ionen-Akkus finden Sie unter

Was ist der Vorteil einer Lithiumbatterie?

Wie ist die Leistung von Lithium-Batterien im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien?

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Was ist der Top-10-Hersteller von Lithiumbatterien der Welt?

Die Niedertemperaturleistung von Lithiumbatterien im Vergleich zu Bleisäurebatterien?

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3 Gedanken zu „Was ist eine Lithium-Ionen-Batterie?“

  1. Ihr Artikel hat mich sehr inspiriert. Ich hoffe, Sie können Ihren Standpunkt näher erläutern, denn ich habe einige Zweifel, danke. 20bet

    1. Hallo,

      Danke für Ihre netten Worte! Ich freue mich zu hören, dass mein Artikel Sie inspiriert hat. Gerne gebe ich Ihnen weitere Erläuterungen zu meinen Standpunkten, um etwaige Zweifel auszuräumen.

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      Wir freuen uns darauf, Ihnen weiterzuhelfen!

      Freundliche Grüße,

  2. Lithium-Ionen-Akku

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