Litiumioniakkujen kehitysprosessi

Vuonna 1970 Exxonin MS Whittingham käytti titaanisulfidia katodimateriaalina ja metallista litiumia anodimateriaalina ensimmäisen litiumakun valmistuksessa. Litiumakkujen katodimateriaali on mangaanidioksidia tai tionyylikloridia ja anodi litiumia. Kun akku on koottu, akussa on jännite, eikä sitä tarvitse ladata. Li-ion-akut (Li-ion Batteries) on kehitetty litiumakuista. Esimerkiksi kamerassa käytetty nappiparisto on litiumakku. Tällainen akku voidaan myös ladata, mutta syklin suorituskyky ei ole hyvä. Litiumkiteitä muodostuu helposti lataus- ja purkausjakson aikana, mikä aiheuttaa akun sisäisen oikosulun. Siksi tämäntyyppisten akkujen lataaminen on yleensä kiellettyä.

Vuonna 1982 RR Agarwal ja JR Selman Illinois Institute of Technologysta havaitsivat, että litiumioneilla on interkaloituvan grafiitin ominaisuuksia. Tämä prosessi on nopea ja palautuva. Samaan aikaan metallilitiumparistojen turvallisuusriskit ovat herättäneet paljon huomiota. Siksi ihmiset ovat yrittäneet valmistaa ladattavia akkuja käyttämällä grafiittiin upotettujen litiumionien ominaisuuksia. Bell Laboratories valmisti ensimmäisen saatavilla olevan litiumionigrafiittielektrodin koekäytössä.

Vuonna 1983 M. Thackeray, J. Goodenough ja muut havaitsivat, että mangaanispinelli on erinomainen katodimateriaali, jolla on alhainen hinta, stabiilius ja erinomainen johtavuus ja litiumin johtavuus. Sen hajoamislämpötila on korkea, ja sen hapettumisaste on paljon alhaisempi kuin litiumkobolttioksidin. Vaikka oikosulku tai ylilataus tapahtuisi, se voi välttää palamis- ja räjähdysvaaran.

Vuonna 1989 A. Manthiram ja J. Goodenough huomasivat, että positiivinen elektrodi polymeerianionin kanssa tuottaisi korkeamman jännitteen.

Vuonna 1992 japanilainen Sony Corporation keksi litiumakun, jonka negatiivisena elektrodina oli hiilimateriaalia ja positiivisena elektrodina litiumia sisältävää yhdistettä. Lataus- ja purkuprosessin aikana ei ole metallilitiumia, vain litiumioneja. Tämä on litiumioniakku. Myöhemmin litiumioniakut mullistivat kulutuselektroniikan kasvot. Tämäntyyppinen akku, joka käyttää litiumkobolttioksidia katodimateriaalina, on kannettavien elektronisten laitteiden päävirtalähde.

Vuonna 1996 Padhi ja Goodenough havaitsivat, että oliviinirakenteen omaavat fosfaatit, kuten litiumrautafosfaatti (LiFePO4), ovat turvallisempia kuin perinteiset katodimateriaalit, erityisesti korkean lämpötilan kestävyys ja ylilatauskestävyys, jotka ylittävät huomattavasti perinteiset litiumioniakkumateriaalit.

Kautta akkukehityksen historian voimme nähdä kolme nykyisen maailman akkuteollisuuden kehityksen ominaisuutta. Yksi niistä on vihreiden ja ympäristöystävällisten akkujen nopea kehitys, mukaan lukien litiumioniakut, nikkeli-vetyakut jne.; toinen on pääparistojen muuntaminen paristoiksi, mikä on kestävän kehityksen mukaista. Kehittämisstrategia; Kolmas on kehittää akkua edelleen pienen, kevyen ja ohuen suuntaan. Kaupallisista ladattavista akuista litiumioniakuilla on suurin ominaisenergia, erityisesti polymeeri litiumioniakuilla, joilla voidaan saavuttaa ohuempia ladattavia akkuja. Juuri ladattavien ja saastuttamattomien litiumioniakkujen korkean tilavuusenergian ja massakohtaisen energian vuoksi sillä on kolme nykyisen akkuteollisuuden kehityksen ominaisuutta, joten se kasvaa suhteellisen nopeasti kehittyneissä maissa. Tietoliikenne- ja tietomarkkinoiden kehitys, erityisesti matkapuhelimien ja kannettavien tietokoneiden laaja käyttö, on tuonut markkinamahdollisuuksia litiumioniakuille. Ainutlaatuisten turvallisuusetujensa ansiosta litiumioniakkuissa olevat polymeeriset litiumioniakut korvaavat vähitellen nestemäisiä elektrolyyttilitiumioniakut ja niistä tulee litiumioniakkujen valtavirta. Polymeerilitiumioniakku tunnetaan "2000-luvun akuna", ja se avaa akkujen uuden aikakauden, ja sen kehitysnäkymät ovat erittäin optimistiset.

Maaliskuussa 2015 japanilainen Sharp ja professori Tanaka Kioton yliopistosta kehittivät onnistuneesti litiumioniakun, jonka käyttöikä on jopa 70 vuotta. Tällä kertaa koevalmistetun pitkäikäisen litiumioniakun tilavuus on 8 kuutiosenttimetriä, ja se voidaan ladata ja purkaa jopa 25 000 kertaa. Ja Sharp sanoi, että sen jälkeen, kun pitkäikäinen litiumioniakku on ladattu ja purettu 10,000 kertaa, sen suorituskyky on edelleen vakaa.

Ruotsin kuninkaallinen tiedeakatemia ilmoitti 9. lokakuuta 2019, että vuoden 2019 kemian Nobel-palkinto myönnettiin John Goodenoughille, Stanley Whittinghamille ja Akira Yoshinolle tunnustuksena heidän panoksestaan ​​litiumioniakkujen tutkimuksen ja kehityksen alalla. .