A литий-ион батареясы- мусбет ве менфий электродлар оларакъ литий ионларыны кери ёлнен кирсетмеге ве деинтеркаляция этмеге къабилиетли эки материалдан файдалангъан зарядлангъан батареядыр. Зарядланув вакътында мусбет электродтаки литий атомлары литий ионларына ве сербест электронларгъа ионлашалар.
Сонъра бу литий ионлары менфий электродкъа авушып, андаки сербест электронларнен бирлешип, литий атомларыны мейдангъа кетире. Аксине, разряд вакътында менфий электродтаки литий атомлары литий ионларына ве сербест электронларгъа чевириле, сонъра мусбет электродта гъайрыдан бирлешип, кене литий атомларыны мейдангъа кетире. Демек, бутюн заряд-разряд девиринде литий эр вакъыт ион шеклинде ола ве ич бир вакъыт маденли литий шеклинде олмай, шунынъ ичюн де батареянынъ бу чешитине литий-ион батареясы дейлер. Чешит конструкцияларгъа эсасланып, базарда энъ чокъ расткельген литий-ион батареялары — бу чанталы батареялар, цилиндр батареялары ве дёгме батареяларыдыр. Литий-ион батареяларынынъ мусбет электрод материалы, адет узьре, литий-зенгин бирикмедир, меселя, LiCoO2, LiFePO4, LiNiO, LiMnzO2. Литий-ион батареяларынынъ менфий электрод материалы эсасен графитнинъ эсасында япыла. Электролитке кельгенде, адет узьре, органик иритиджилерде эритильген специфик литий тузларынынъ (LiPF6, LiASF6, LiCIO4 киби) эритмелери къулланыла. Бу органик иритиджилер этилен карбонат (ЭК) я да диэтил карбонат (ДЭК) ве иляхре ола биле.Батарея заряд-разряд девиринде олгъанда, литий ионлары мусбет ве менфий электродлар арасында огге-арткъа авушалар. Бу джерьянны образлы шекильде «качалка батареясы» деп тариф этелер, буны ашагъыдаки схемада корьмек мумкюн.
Мисал оларакъ литий-кобальт оксиди (LiCoO2) мусбет электрод, менфий электрод исе графит олгъан литий-ион батареяларыны алсакъ, онынъ электрохимик ифадеси бойле ола: (-)CI LiPF(EC+ DEC) / LiCoO2(+).
Электродларнынъ мусбет реакциясы: 1. .
Менфий электродларнынъ реакциясы:5.2.
Умумий реакция:5.3.
Аслында литий-ион батареясына литий-ион концентрациясынынъ фаркъларына эсасланып чалышкъан бир алет киби бакъмакъ мумкюн. Зарядланув вакътында мусбет электрод материалындан литий ионлары чыкъып, электролиттен кечип, менфий электрод материалына къоюла, бу исе менфий электродны литий-зенгин, мусбет электродны исе нисбетен литий-фукъаре эте. Айны вакъытта бутюн системанынъ заряд мувазенесини сакъламакъ ичюн тышкъы схема ярдымынен углерод-эсасындаки менфий электродкъа уйгъун электронлар бериле. Аксине, разряд вакътында литий ионлары менфий электродтан мусбет электродкъа авушып, мусбет электроднынъ литий-зенгинлешмесине себеп ола. Адет узьре, нормаль заряд-разряд девирлеринде литий ионлары къатламлы карбон материаллары ве оксидлер арасында дефаларджа ерлешип, чыкъарыла. Бу джерьян биринджи невбетте къатламларара аралыкътаки денъишмелер оларакъ озюни косьтере ве материалларнынъ эсас кристалл къурулышыны бозмай. Демек, реакциянынъ кери къайтув джеэтинден литий-ион батареясы ичиндеки химиявий денъишмелер юксек идеаль кери къайтув джерьяны сайыла. Литий-ион батареясы дёрт эсас компоненттен ибарет: электродлар, электролит, айырыджы ве корпус. Электродлар литий-ион батареясынынъ эсас къысмыдыр, олар фааль мадделерден, кечириджи мадделерден, багълайыджылардан ве ток топлайыджыларындан ибареттир. Фааль материаллар (я да электрод материаллары) — литий-ион батареяларындаки электрод материаллары, олар зарядлав ве разрядлав вакътында электрохимик реакциялар вастасынен электрик энергиясыны чыкъаралар. Олар литий-ион батареяларынынъ электрохимик характеристикаларыны ве эсас хусусиетлерини бельгилейлер. Фааль материалларгъа мусбет электрод материаллары ве менфий электрод материаллары кире. Мусбет электрод материаллары эсасен нисбетен юксек потенциалгъа малик олгъан (литий маден электродларына нисбетен) тоз шекилиндеки композит маден бирикмелеридир, меселя, LiCoO2, LiMnO4, LiNi1-x-Co:MnyO2, LiCo:O}e{26, LiCo:O}e{26,
Менфий электрод материалларына карбон материаллары, иритильген материаллар ве маден оксид материаллары кире. Шимдики вакъытта ташымал алетлерде кенъ къулланылгъан литий-ион батареялары ичюн эсас мусбет ве менфий электрод материаллары сырасынен LiCoO2 ве графиттир. Бундан да гъайры, электродларны япкъанда, литий-ион батареяларынынъ амелий къулланув ихтияджларыны даа яхшы къаршыламакъ ичюн, мусбет ве менфий электрод материалларынынъ кечиримлилигини юксельтмек ичюн, адет узьре, кечириджи мадделер (атсетилен къара киби) къошула. Грануляр мусбет ве менфий электрод материаллары ве кечириджи мадделер ток коллекторына къатты япышсын деп, адет узьре, багълайыджы къошула. Умумий багълайыджылар ягъ-эсасында ве сув-эсасында оларакъ болюнелер. Ягъ-эсасындаки багълайыджыларгъа эсасен поливинилиденфторид (ПВДФ) ве политетрафторэтилен (ПТФЭ) кире, сув-эсасында багълайыджыларгъа эсасен карбоксиметилцеллюлоза/стирол-бутадиен каучук (КМС/СБР) кире. Ток коллекторынынъ эсас вазифеси — фааль маддеден электронларны кечирмек ве токны тенъ пайлаштырмакъ, айны вакъытта фааль маддени де дестеклемектир. Ток коллекторлары, адет узьре, юксек механик къаттылыкъкъа, яхшы химиявий тургъунлыкъкъа ве юксек кечиримлиликке малик олмакъ кереклер. Мусбет электрод ичюн ток топлайыджысы алюминий фольга, менфий электрод ичюн исе ток топлайыджысы — бакъыр фольгадыр.
Электролитнинъ вазифеси мусбет ве менфий электродлар арасында литий ионларыны кечирмектир. Электролитнинъ сечими батареянынъ чалышув принципини буюк дереджеде бельгилей ве онынъ специфик энергиясына, хавфсызлыкъкъа, девирнинъ чалышувына, темпнинъ чалышувына, алчакъ-араретнинъ чалышувына ве сакълав чалышувына тесир эте. Шимдики вакъытта тиджаретте булунгъан литий-ион батареяларында эсасен -сувсыз электролит системалары къулланыла, оларнынъ арасында органик иритиджилер ве кечириджи литий тузлары бар. Органик иритиджи электролитнинъ эсас компонентидир ве онынъ чалышув чалышувынен сыкъ багълыдыр; о, адет узьре, этилен карбонат, пропилен карбонат, диметил карбонат ве метил этил карбонат киби органик иритиджилернинъ къарышыгъыдыр. Кечириджи литий тузу мусбет ве менфий электродлар арасында ташылгъан литий ионларыны теминлей ве органик олмагъан я да органик анионлардан ве литий ионларындан ибареттир. Шимдики вакъытта тиджаретте булунгъан эсас кечириджи литий тузу LiPF6 ола. Янъы девирде литий-ион батареяларынынъ электрохимик характеристикасыны яхшылаштырмакъ ве белли бир махсус вазифелерге иришмек ичюн электролитке сыкъ-сыкъ атешни токътаткъан киби функциональ къошмалар къошула.
Литий-ион батареяларынынъ конструкциясында айырыджы мусбет ве менфий электродлар арасында ерлешкен, онынъ эсас вазифеси исе эки электрод арасында догърудан-догъру алякъада олмамакъ, бойлеликнен къыскъа замыканиелерден къачынмакътыр. Айны вакъытта бу материалнынъ уникаль микропорлы къурулышы литий ионларыны сербест кечмеге имкян бере.Сепаратор батареянынъ сакълав къабилиетинде, девир омюринде ве умумий хавфсызлыкъта пек муим роль ойнай; демек, юксек-кейфиетли айыргъычны къулланмакъ батареянынъ умумий электрохимик фаалиетини сезилерли дереджеде юксельтмек мумкюн. Шимдики вакъытта базарда энъ чокъ къулланылгъан сепаратор чешитлери полиолефинлерден япылгъан юксек-къавийликли пленка, шу джумледен полипропилен ве полиэтиленден япылгъан кенъ тешикли махсулатлар, эм де пропилен ве этиленнинъ сополимеризациясы ёлунен я да полиэтилен альмополимерини къулланып чыкъарылгъан махсулатлардыр. Литий-ион батареяларында-сувсыз иритиджилернинъ къулланылувы литий-ион кечиримлилигининъ ашагъы тюшмесине кетире, шунынъ ичюн электродларнынъ буюк мейданлыгъы керек ола. Бундан да гъайры, батареяны джыйгъанда спираль-сарылгъан къурулышны къулланмакъ, батареянынъ чалышувы тек электродларнынъ озьлерине дегиль де, батареяларны япкъанда къулланылгъан багълайыджыларгъа да багълы олгъаныны анълата. Бу багълайыджылар электродларны япкъанда фааль мадделернинъ бир тюрлюлигини ве хавфсызлыгъыны темин этмели, фааль мадделерни ток коллекторына семерели багъламакъ, графит анодында къорчалайыджы СЭИ (къатты-лектролит фазаларара) пленканынъ пейда олувыны къолайлаштырмакъ, электродны етерли дереджеде термик стабильликни сакъламакъ ве электротеки дюльберликни сакъламакъ кереклер.
Тышкъы корпус — литий-ион батареясынынъ савутыдыр. Кенъ къулланылгъан корпусларгъа челик корпуслар, алюминий корпуслар ве алюминий-пластик композит корпуслар кире. Адет узьре, корпус юксек ве алчакъ араретлернинъ денъишювлерине ве электролитнинъ коррозиясына даянмакъ ичюн керек ола.