کیتوډ مواد په الف کې د لیتیم ایونونو لومړنۍ سرچینه دهد لیتیم-آیون بیټرۍ. د چارج کولو په جریان کې، لیتیم آئنونه د کیتوډ موادو کرسټال جال څخه ایستل کیږي او د انود موادو ته ننوځي؛ برعکس د خارجیدو پرمهال پیښیږي. د چارج کولو او خارجولو په وخت کې د کیتوډ موادو د بیرته راګرځیدونکي ظرفیت او ولتاژ پلیټو په لویه کچه د لیتیم- آیون بیټرۍ انرژي کثافت ټاکي. سربیره پردې، ځکه چې د کیتوډ مواد فلزات لري لکه لیتیم، کوبالټ، او نکل، دا د لیتیم-آیون بیټرۍ د لګښت خورا مهم جز جوړوي.
د لوړ انرژی کثافت، لوړ تولید ولتاژ، اوږد خدمت ژوند، او د جوړولو اسانتیا سره د کیتوډ موادو رامینځته کول خورا مهم دي. یو مثالی کیتوډ مواد باید لاندې اساسي شرایط پوره کړي.
(1) د لوړ ریډوکس ظرفیت لري، د بیټرۍ لپاره د لوړ تولید ولتاژ ډاډمن کوي.
(2) د امکان تر حده ډیری لیتیم آئنونه ځای په ځای کولی شي ، د بیټرۍ لوړ ظرفیت تضمینوي.
(3) د لیتیم ایونونو د داخلولو او استخراج په جریان کې، کیتوډ مواد کولی شي خپل ساختماني ثبات وساتي، په دې توګه د الکترود لپاره د اوږد مهاله ژوند تضمین کوي.
(4) د عالي بریښنایی او آئن چالکتیا لري ، په مؤثره توګه د قطبي اغیزو له امله رامینځته شوي انرژي ضایع کموي ، پدې توګه د بیټرۍ ګړندي چارج او خارج کیدو وړتیا تضمینوي.
(5) د بیټرۍ د عملیاتي ولتاژ حد باید د الیکټرولیټ د الکترو کیمیکل ثبات حد کې وي، په دې توګه د الیکٹروډ موادو او الکترولیت ترمنځ غیر ضروري کیمیاوي تعاملات کموي.
(6) نه یوازې دا باید ټیټ لګښت او ساده ترکیب پروسه ولري ، بلکه دا باید د لوړ چاپیریال دوستۍ هم وښیې.
سربیره پردې ، د کیتوډ مواد باید غوره الیکټرو کیمیکل او حرارتي ثبات هم وښیې.
د کیتوډ موجود مواد په عمده توګه د دوی د کرسټال جوړښت توپیرونو پر بنسټ په دریو کټګوریو ویشل کیدی شي: ① پرت لرونکي جوړښت، لکه لیتیم کوبالټ اکسایډ (LiCoO2) او ترنیري مواد (LiNiCo, Mni-x-yO2); ② زیتون جوړښت، لکه لیتیم اوسپنه فاسفیټ (LiFePO4)؛ ③ سپنیل جوړښت آکسایډونه لکه لیتیم منګنیز اکسایډ (LiMn2O4) او لیتیم نکل منګنیز اکسایډ (LiNi10.5Mn1.5O4). د کیتوډونو مختلف ډولونه د مختلف انرژي کثافت ، الیکټرو کیمیکل ځانګړتیاوې او لګښتونه لري ، په نهایت کې دوی د مختلف برخو او غوښتنلیک سناریو لپاره مناسب کوي. پرت لرونکی جوړښت کیتوډ مواد د کیتوډ موادو ته اشاره کوي چې یو پرت لرونکی مایکرو کریسټالین جوړښت لري، په عمده توګه د لیتیم کوبالټ اکسایډ، لیتیم نکل کوبالټ منګنیز اکسایډ، او لیتیم- بډایه منګنیز اکسایډ. د دوی په منځ کې، لیتیم کوبالټ اکسایډ او لیتیم نکل کوبالټ منګنیز آکسایډ اوس مهال په ډیجیټل بریښنایی محصولاتو کې د لیتیم- آیون بیټرۍ او د بریښنا لیتیم{15}} بیټرۍ لپاره په پراخه کچه کارول شوي کیتوډ مواد دي. دوی د لوړ انرژي کثافت ، غوره دورې فعالیت او ښه عمومي فعالیت لخوا مشخص شوي ، مګر د فلزاتو لوړ تناسب لکه نکل ، کوبالټ او منګنیز د لوړ لګښت لامل کیږي.
د لیتیم کوبالټ اکسایډ کیتوډ مواد
لیتیم کوبالټ اکسایډ (LiCoO2) د امریکایی ساینس پوه او په کیمیا کې د نوبل جایزې ګټونکي JB Goodenough لخوا کشف شو، او په لومړي ځل په 1990s کې د جاپان د سوني کارپوریشن لخوا بازار موندنه وکړه. حتی نن ورځ، لیتیم کوبالټ اکسایډ یو د کیتوډ موادو څخه پاتې دی چې د لوړ حجمیتریک انرژي کثافت سره. د دې دلیل لپاره ، دا په پراخه کچه د ډیجیټل پاوچ سیل محصولاتو کې کارول کیږي چې د لوړ حجمیتریک انرژي کثافت ته اړتیا لري ، لکه ګرځنده تلیفونونه ، سمارټ واچونه ، او بلوتوټ هیډسیټ.
Lithium cobalt oxide (LiCoO2), as one of the earliest commercially available cathode materials, possesses a volumetric energy density unmatched by other cathode materials. Electrodes prepared from LiCoO2 can achieve a compaction density exceeding 4.2 g/cm², and a specific capacity of 185 mA·h/g at high voltage (>4.45V). برسېره پردې، LiCoO2 نسبتا غوره بریښنایی او ایونیک چالکتیا، د بریښنا موثریت، او د چټک{3}} چارج کولو ځانګړتیاوې څرګندوي، د اوسني مصرف کونکي بریښنایی بیټرۍ اړتیاوې پوره کوي او په دې توګه د غوښتنلیکونو پراخه لړۍ لري. د دې ملکیتونو پراساس ، LiCoO2 تر دې دمه یو له غوره کیتوډ موادو څخه پاتې دی.
د لیتیم کوبالټ اکسایډ لپاره د ترکیب اصلي میتودونه د لوړې-د تودوخې جامد-د حالت ترکیب، د سول-جیل ترکیب، او د ټیټ-د تودوخې ترکیب شامل دي. د لوړ-د تودوخې جامد-د حالت ترکیب کې د لیتیم مالګې او کوبالټ- اکساید یا هایدروکسایډونه په ځانګړي سټوچیومیټریک تناسب کې مخلوط کول شامل دي ، بیا د یو ټاکلي وخت لپاره په مناسبه تودوخه کې مخلوط کول ، وروسته د یخولو ، پلور کولو او نمونې ترلاسه کولو لپاره. که څه هم د لوړې-د تودوخې جامد-د حالت ترکیب طریقه په پراخه کچه په صنعتي تولید کې کارول کیږي، دا وخت نیسي، د لوړ ترکیب تودوخې ته اړتیا لري، او د پام وړ سټوچیومیټریک انحرافونو سره لوی، غیر مساوي همجنسي پوډر تولیدوي، چې په پایله کې د پام وړ زیاتوالی راځي.
د فاسفیت کیتوډ مواد
په 1997 کې، Goodenough et al. لومړی وړاندیز شوی لیتیم اوسپنه فاسفیټ (LiFePO4) د لیتیم- آیون بیټرۍ لپاره د کیتوډ موادو په توګه.
د دې د ټیټ لګښت، باثباته جوړښت، او لوړ خوندیتوب له امله، دا مواد په تدریجي ډول په بریښنایی بسونو او د انرژی ذخیره کولو سیسټمونو کې د لیتیم{0}} آیون بیټریو لپاره یو له غوره کیتوډ موادو څخه بدل شوی.
د لیتیم اوسپنې فاسفیټ (LiFePO4) د اوسپنې فاسفیټ (FePO4) سره ورته کرسټال جوړښت او کرسټال سیسټم شریکوي. دا پدې مانا ده چې مواد د لیتیم-آیون داخلولو/استخراج په وخت کې لږ تر لږه حجم بدلون تجربه کوي، په مؤثره توګه د حجم پراخیدو یا انقباض له امله د جالیو زیان مخه نیسي. برسېره پردې، دا ځانګړتیا د ذراتو او کنډکټیو اضافه کولو ترمنځ ښه بریښنایی اړیکه تضمینوي، په پایله کې د غوره دورې ثبات او اوږد عمر. برسېره پردې، لیتیم اوسپنه فاسفیت د خپل چاپیریال دوستۍ، لګښت- اغیزمنتوب، غوره خوندیتوب، لوړ مشخص ظرفیت (نږدې 170 mA·h/g)، او ثابت چارج / خارج کولو پلیټ فارم لپاره مشهور دی. د دې ګټو په پام کې نیولو سره، د لیتیم اوسپنې فاسفیت د کاتوډ موادو لپاره په لویه کچه د انرژۍ ذخیره کولو غوښتنلیکونو کې غوره انتخاب ګڼل کیږي.
په دې میتودونو کې د sol- جیل پروسې، د کوپریسیپیټیشن تخنیکونه، او د هایدروترمل ترکیب شامل دي. په ځانګړې توګه، د هایدروترمل ترکیب په مستقیم ډول د تودوخې او فشار په زیاتولو سره په اتوماتیک ډول د هدف محصول تولیدوي، د اوسپنې، لیتیم، او فاسفورس مرکبونو په توګه د خامو موادو په توګه په اسانۍ سره شتون لري. دا طریقه د ساده عملیاتو، د وړو او یونیفورم ذرو اندازه، او د ټیټ انرژي مصرف لپاره پیژندل کیږي. په هرصورت، دا د صنعتي تولید لپاره محدودیتونه لري، په عمده توګه د ځانګړي ډیزاین شوي فشار- مقاومت لرونکي کانتینرونو اړتیا له امله. له بلې خوا، کوپریسیپیټیشن د حل په سیسټم کې ترسره کیږي، چیرې چې د مخکینۍ مورفولوژي د مختلفو فکتورونو لکه غلظت، د تودوخې کنټرول، د pH تنظیم، او د حرکت کچه اړه اغیزمن کیږي. د پریکړه کونکي رول په پام کې نیولو سره چې دا پیرامیټونه د وروستي سینټر شوي LiFePO موادو په فعالیت کې لوبوي، د تجربوي شرایطو محتاط انتخاب خورا مهم دی. د دې میتود لخوا چمتو شوي محصولات نه یوازې د مایکرو جوړښت غوره ځانګړتیاوې لري (د بیلګې په توګه، د کوچنیو او یونیفورم ذراتو اندازه) بلکې د غوره الکترو کیمیکل ځانګړتیاوې هم څرګندوي؛ په هرصورت، دا د یادولو وړ ده چې د عملیاتو ټوله پروسه نسبتا پیچلې ده، او د فلټر کولو ننګونې او د فاضله مدیریت مسلې ممکن د پروسس په جریان کې رامینځته شي.
لیتیم منګنیز اکساید او لیتیم-بډایه منګنیز-د کیتوډ پر بنسټ مواد
لیتیم منګنیز اکساید
د لیتیم-آیون بیټرۍ کیتوډ موادو په څیړنه کې، یو بل مهم او په سوداګریزه توګه موجود کیتوډ مواد د سپینل- جوړښت شوي لیتیم منګنیز اکسایډ (LiMn₂O₄) کیتوډ مواد دي چې د Thackeray et al لخوا وړاندیز شوي. په 1983 کې. سپینل- جوړښت شوی لیتیم منګنیز اکسایډ د کیوبیک کرسټال سیسټم پورې اړه لري. د دې عام کیمیاوي جوړښت LiMn₂O₄ دی. په LiMn₂O₄ کرسټال جوړښت کې، اکسیجن په مخ کې دی-مرکزي مکعب نږدې-پکې جوړښت کې، په داسې حال کې چې منګنیز او اکسیجن یو octahedral جوړښت جوړوي، لکه څنګه چې لاندې انځور کې ښودل شوي.
منګنیز په طبیعت کې په پراخه کچه شتون لري، او د سپنیل- ډول لیتیم منګنیز اکساید (LiMn2O4) لپاره د چمتو کولو تخنیک مختلف ځانګړتیاوې څرګندوي. د موادو ترکیب لاره او پروسس کولو ټیکنالوژي مستقیم د وروستي محصول مایکرو جوړښت او د غلو پراختیا باندې اغیزه کوي. له همدې امله ، د دې ترکیب پروسې اصلاح کول په عملي غوښتنلیکونو کې د الیکټروډ موادو الیکٹرو کیمیکل فعالیت ښه کولو لپاره خورا مهم دي. اوس مهال، صنعت او اکاډیمیا په پراخه کچه د LiMn2O4 چمتو کولو لپاره دوه اصلي ډولونه کاروي: یو یې د جامد خامو موادو ترمنځ د تعامل پر بنسټ والړ دی، لکه د لوړ-د تودوخې جامد-د حالت تعاملات، د مایکروویو{10}} مرسته شوي ترکیب، او د مالګې په میډیا کې د امیندوارۍ درملنه.
په بله کټګورۍ کې په مایع چاپیریال کې کیمیاوي بدلون شامل دی، د عادي مثالونو په شمول د سول- جیل ټیکنالوژي، د هایدروترمل ترکیب، او د کوپریسیپیټیشن تخنیکونه. LiMnzO4 د دې د نرخ ګټې ، غوره حرارتي ثبات ، قوي اضافي چارج مقاومت ، او ښه چاپیریال ګټو له امله پراخه پاملرنه راجلب کړې. په هرصورت، دا مواد د سایکل چلولو او ذخیره کولو فعالیت کې نیمګړتیاوې لري، په ځانګړې توګه په لوړه تودوخه کې، چیرې چې د بایسکل چلولو فعالیت د پام وړ خرابیږي، چې د نه بدلیدونکي ظرفیت له لاسه ورکولو المل کیږي.
لیتیم-بډایه منګنیز-پر بنسټ
د لیتیم منګنیز آکسایډ سربیره، پرت لرونکی لیتیم-بډایه منګنیز- پر بنسټ مواد د لیتیم-آیون بیټرۍ لپاره د راڅرګند شوي کیتوډ موادو په توګه پراخه پاملرنه راجلب کړې.
د لیتیم-بډایه منګنیز-د کیتوډ موادو لپاره د چمتو کولو میتودونه د جامد-ریاست میتودونه، د سول-جیل میتودونه، او د باران کولو میتودونه شامل دي. د جامد-د حالت میتود په مستقیم ډول د فلزي اکسایدونو او فلزي کاربونیټ یا فلزي هایدروکسایډونو سره په یو ټاکلي تناسب کې مخلوط کول شامل دي، وروسته د لوړ-د تودوخې جامد-د حالت تعامل د لیتیم بډایه موادو ترلاسه کولو لپاره. د جامد- دولتي میتود ګټې د دې وړتیا ده چې په لوی مقدار کې د لیتیم بډایه مواد ترکیب کړي، د هغې نسبتا ساده چمتو کولو طریقه، او ټیټ لګښت. نیمګړتیاوې یې د جامد{14}}د سټیټ سینټرینګ په وخت کې د جامد ضعیف تحلیل کفیت دی، او دا حقیقت چې مختلف لیږدونکي فلزات د جامد حالت تعامل کې مختلف تحلیل نرخونه لري، دا د ذراتو لپاره په کافي اندازه توزیع کول ستونزمن کوي. نو ځکه، د ترکیب شوي موادو یونیفورم ضعیف دی، کوم چې د کیتوډ موادو فعالیت اغیزه کوي. د سول-جیل طریقه کې لومړی د انتقالي فلزي مالګې محلول شاملول شامل دي چې یو انټیګریټر ته سولول جوړ کړي، بیا د اوبو بخارۍ کول ترڅو جیل جوړ کړي، او په پای کې د لیتیم بډایه موادو ترلاسه کولو لپاره وچول او کیلسین کول شامل دي. دا طریقه د یونیفورم توزیع او لوړ پاکوالي سره مواد تولیدوي، او تولید شوي الیکټروډونه ښه الیکټرو کیمیکل فعالیت څرګندوي. په هرصورت، د دې نیمګړتیاو کې د جوړونې اوږده دوره شامله ده، د ډیری ادغام کونکو اړتیا (عضوي اسیدونه یا ایتیلین ګلاکول)، د لوړ لګښتونو پایله ده. سربیره پردې، تولید شوي پرت لرونکي لیتیم- بډایه مواد اکثرا د ټیټ ریښتیني کثافت سره سم نانو/ مایکرون ذرات دي. له همدې امله، دا طریقه اوس مهال په ابتدايي توګه د لیتیم بډایه موادو د جوړولو لپاره په لابراتوار ترتیباتو کې کارول کیږي او سوداګریز کول ستونزمن دي.
لوړ- نکل کیتوډ مواد
څیړونکو د اوږدې مودې لپاره د لوړې-د تودوخې ثبات او د غوره نرخ فعالیت په لټه کې دی کله چې د کیتوډ پراختیا د لومړني اهدافو په توګه
د لیتیم- آیون بیټرۍ لپاره مواد. د دریو لویو موادو په منځ کې - LiCoO₂، LiNi₁ₓ₋ᵧCoₓMnᵧO₂ (NCM)، او LiFePO₄ - NCM د نسبتا لوړ ځانګړي ظرفیت، نسبتا ټیټ خامو موادو او د چاپیریال دوستانه لګښتونو په پرتله د نسبتا ټیټ خوندیتوب او ښه خوندیتوب له امله یو له خورا ژمنو کیتوډ موادو څخه ګڼل کیږي. د دودیزو توکو په پرتله د لګښت ګټې.
دا ډول مواد ورته -NaFeO₂- ډول پرت لرونکي کرسټال جوړښت لري او د R-3m فضا ګروپ پورې اړه لري. دا مفهوم د لومړي ځل لپاره د لیو او ال لخوا وړاندیز شوی و. په 1999 کې. دا په هوښیارۍ سره د دریو کیتوډ موادو ګټې سره یوځای کوي - لیتیم کوبالټ آکسایډ (LiCoO₂)، لیتیم نکل اکسایډ (LiNiO₂)، او لیتیم منګنیز اکسایډ (LiMnO₂) - او په مؤثره توګه د هر یو لپاره په لنډ ډول د F5-6 موادو په توګه ښودل شوي. د لیږد فلزي عناصرو تناسب تنظیم کولو سره، د ځانګړي ظرفیت، سایکل فعالیت، خوندیتوب، او لګښت تر مینځ غوره توازن نور هم ترلاسه کیدی شي.
د لیتیم نکل کوبالټ منګنیز آکسایډ (NCM) ترنیری کیتوډ موادو کرسټال جوړښت اساسا د LiCoO2 سره ورته دی، دواړه د هیکساگونال پرت جوړښت پورې تړاو لري.
