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锂离子嵌入机理

1980
  • M. Stanley Whittingham
  • John B. Goodenough
  • Akira Yoshino
电化学实验室中锂离子电池的拆卸过程。

(图片仅供参考)

锂离子 电池的工作原理是利用嵌入机制,即离子可逆地插入层状主体材料中。放电过程中, 锂离子(Li^+)从负极(阳极,通常是石墨)脱嵌,并在非水系电解质中移动,嵌入正极(阴极,通常是金属氧化物)。电子在外部电路中流动,产生电流。

插层概念是锂离子电池成功的核心。与电极会发生显著化学相变的老式电池化学不同,插层涉及锂离子作为 ‘客人’,在电极材料的 ‘宿主 ’晶体结构中滑进滑出。对于阳极,"宿主 "通常是石墨,石墨具有层状结构,允许 [latex]Li^+[/latex] 离子在石墨烯片之间移动,形成 [latex]LiC_6[/latex]。阴极的主体是金属氧化物,如锂钴氧化物([latex]LiCoO_2[/latex]),锂离子占据氧化钴片之间的层。.

这一过程具有高度可逆性,不会显著改变宿主结构,因此循环寿命长,降解程度极低。非水有机电解质促进了离子的移动,因为锂与水的反应性很高。微孔聚合物隔板可防止阳极和阴极接触和短路,同时允许离子通过。.

在充电过程中,外部电压会迫使该过程逆转:锂离子从阴极脱出,穿过电解质,重新嵌入石墨阳极。锂的高电化学电位加上其低原子量,使得电池具有极高的能量密度和比能量,因此它们彻底改变了便携式电子产品,并推动了向电动汽车的转型。

UNESCO Nomenclature: 2203
- 电化学

类型

化学过程

中断

革命

用法

广泛使用

前体

  • 锂金属的发现及其高电化学潜力
  • 20世纪70年代插层化合物的基础研究
  • 稳定非水电解质的开发
  • 早期不安全的可充电锂金属电池原型

应用程序

  • 智能手机、笔记本电脑和平板电脑
  • 电动汽车(EV)
  • 无绳电动工具和园艺设备
  • 电网规模储能系统
  • 植入式医疗设备和助听器

专利:

  • US4357215A

潜在创新理念

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相关内容: 锂离子、插层、阳极、阴极、电解质、可充电、能量密度、石墨.

历史背景

锂离子嵌入机理

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1974-11-15
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(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

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