Entwicklungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien

Im Jahr 1970 stellte MS Whittingham von Exxon die erste Lithiumbatterie her, bei der Titansulfid als positives Elektrodenmaterial und Lithiummetall als negatives Elektrodenmaterial verwendet wurden. Das positive Elektrodenmaterial einer Lithiumbatterie ist Mangandioxid oder Sulfoxidchlorid und die negative Elektrode ist Lithium. Nach Abschluss der Batteriemontage steht die Batterie unter Spannung und muss nicht aufgeladen werden. Lithium-Ionen-Batterien sind die Weiterentwicklung von Lithium-Batterien. Beispielsweise handelte es sich bei den Knopfbatterien, die früher in Kameras verwendet wurden, um Lithiumbatterien. Auch dieser Akkutyp ist ladbar, allerdings ist die Zyklenleistung schlecht. Während des Lade- und Entladezyklus bilden sich leicht Lithiumkristalle, die zu internen Kurzschlüssen im Akku führen. Daher ist das Laden für diesen Batterietyp generell verboten.
1982 entdeckten RR Agarwal und JR Selman vom Illinois Institute of Technology, dass Lithiumionen die Eigenschaft haben, sich in Graphit einzubetten, ein Prozess, der schnell und reversibel ist. Gleichzeitig haben die Sicherheitsrisiken von Lithiumbatterien aus metallischem Lithium große Aufmerksamkeit erregt, weshalb versucht wurde, die Eigenschaften von in Graphit eingebetteten Lithiumionen zur Herstellung wiederaufladbarer Batterien zu nutzen. Die erste verfügbare Lithium-Ionen-Graphit-Elektrode wurde von Bell Laboratories erfolgreich entwickelt.
Im Jahr 1983 entdeckten M. Thackeray, J. Goodenough und andere, dass Manganspinell ein ausgezeichnetes Kathodenmaterial mit niedrigem Preis, Stabilität und ausgezeichneter Leitfähigkeit und Lithiumleitfähigkeit ist. Seine Zersetzungstemperatur ist hoch und seine Oxidationsbeständigkeit ist viel geringer als die von Lithiumkobaltoxid. Selbst bei Kurzschlüssen oder Überladung kann die Gefahr von Verbrennungen und Explosionen vermieden werden.
1989 entdeckten A. Manthiram und J. Goodenough, dass die Verwendung einer positiven Elektrode mit Polymeranionen höhere Spannungen erzeugen würde.
Im Jahr 1992 erfand die japanische Sony Corporation eine Lithium-Ionen-Batterie mit Kohlenstoffmaterial als negativer Elektrode und lithiumhaltigen Verbindungen als positiver Elektrode. Während des Lade- und Entladevorgangs ist kein metallisches Lithium vorhanden, sondern nur Lithiumionen, also die Lithium-Ionen-Batterie. Anschließend revolutionierten Lithium-Ionen-Batterien die Unterhaltungselektronik. Dieser Batterietyp verwendet Lithiumkobaltoxid als positives Elektrodenmaterial und ist die Hauptstromquelle für tragbare elektronische Geräte.
Im Jahr 1996 entdeckten Padhi und Goodenough, dass Phosphate mit Olivinstruktur, wie etwa Lithiumeisenphosphat (LiFePO4), sicherer als herkömmliche Kathodenmaterialien sind, insbesondere im Hinblick auf hohe Temperaturbeständigkeit und Überladungsbeständigkeit, und damit herkömmliche Materialien für Lithium-Ionen-Batterien bei weitem übertreffen.
Ein Blick auf die Geschichte der Batterieentwicklung zeigt, dass es drei Merkmale der aktuellen Entwicklung der weltweiten Batterieindustrie gibt. Erstens die schnelle Entwicklung grüner und umweltfreundlicher Batterien, einschließlich Lithium-Ionen-Batterien, Wasserstoff-Nickel-Batterien usw.; Die zweite Möglichkeit ist die Umstellung von Primärbatterien auf Batterien, was im Einklang mit nachhaltigen Entwicklungsstrategien steht. Drittens entwickeln sich Batterien immer weiter hin zu kleinen, leichten und dünnen Abmessungen. Unter den kommerzialisierten wiederaufladbaren Batterien weisen Lithium-Ionen-Batterien die höchste spezifische Energie auf, insbesondere Polymer-Lithium-Ionen-Batterien, die bei wiederaufladbaren Batterien eine dünnere Bauweise erreichen können. Da Lithium-Ionen-Batterien über eine hohe volumetrische und massenspezifische Energie verfügen, wiederaufladbar und schadstofffrei sind und die drei Hauptmerkmale der aktuellen Entwicklung der Batterieindustrie aufweisen, haben sie in Industrieländern ein schnelles Wachstum erlebt. Die Entwicklung der Telekommunikations- und Informationsmärkte, insbesondere Mobiltelefone und Laptops