Bahan katoda nakeuh sumber utama ion litium lam sabohbaterai litium-ion. Bak watèe geuisi, ion litium geuekstraksi nibak kisi kristal bahan katoda ngon geutamong lam bahan anoda; nyang seubalek jih teujadi watee debit. Kapasitas reversibel ngon dataran teugangan bahan katoda watee geuisi ngon geu-debit sebagian rayeuk geupeuteuntèe kepadatan energi baterai lithium-ion. Seulaen nyan, kareuna bahan katoda meungandong logam lage litium, kobalt, ngen nikel, nyan merupakan komponen yeng paleng signifikan dari biaya baterai litium-ion.
Meukembangkan bahan katoda deungen kepadatan energi yeng lambong, teugangan output yeng lambong, umu layanan yeng panyang, ngen mudah fabrikasi sangat penteng. Bahan katode nyang ideal haroh meupeunoh syarat dasar lagee berikut.
(1) Memiliki potensi redoks nyang tinggi, memastikan tegangan output nyang tinggi keu baterai.
(2) Jeuet geutamong ion lithium sebanyak mungken, geupeupasti kapasitas baterai nyang manyang.
(3) Bak watèe geupeutamong ngon geupeuteubiet ion litium, bahan katoda jeuet geupeutheun stabilitas struktural jih, ngon lagèe nyan geupeupasoe umu siklus nyang panyang keu elektroda.
(4) Meumiliki konduktivitas elektronik ngon ion nyang that jroh, ngon efektif geupeukureuëng gadôh energi nyang diseubabkan lé efek polarisasi, ngon nyan geupeupasoë keumampatan baterai nyang bagah geuisi ngon geubôh.
(5) Rentang teugangan operasi baterai haroih na lam rentang stabilitas elektrokimia elektrolit, deungon lagee nyan meminimalkan reaksi kimia nyang hana peureulee antara bahan elektroda ngon elektrolit.
(6) Kon mantong harôih na biaya nyang miyub ngon proses sintesis nyang sederhana, tapi harôih cit geupeuleumah keramahan lingkungan nyang tinggi.
Seulaen nyan, bahan katoda pih haroih jipeutunyok stabilitas elektrokimia ngon termal nyang that get.
Bahan katoda nyang na utamajih jeuet tabagi jeuet keu lhee boh kategori meunurot perbedaan struktur kristal jih: 1 struktur berlapis, lagee litium kobalt oksida (LiCoO2) ngon bahan terner (LiNiCo, Mni-x-yO2); struktur olivin, lagee litium beusoe fosfat (LiFePO4); oksida struktur spinel, lagee litium mangan oksida (LiMn2O4) ngon litium nikel mangan oksida (LiNi10,5Mn1,5O4). Jenis katoda yeng meubeda na kepadatan energi, karakteristik elektrokimia, ngen biaya yeng meubeda, akhe jih dipeuget jih cocok untuk bidang ngen skenario aplikasi yeng meubeda. Bahan katoda struktur berlapis mengacu bak bahan katoda deungen struktur mikrokristalin berlapis, terutama termasok litium kobalt oksida, litium nikel kobalt mangan oksida, ngen litium - mangan oksida kaya. Di antara jih, litium kobalt oksida ngon litium nikel kobalt mangan oksida jinoe nakeuh bahan katoda nyang paleng le geungui keu baterai litium-ion lam produk elektronik digital ngon baterai litium-ion daya. Awak nyan ditanda deungon kepadatan energi nyang tinggi, hase keureuja siklus nyang that get, ngon hase keureuja keselurohan nyang get, teutapi proporsi logam nyang tinggi lagee nikel, kobalt, ngon mangan menyebabkan biaya nyang leubeh tinggi.
Bahan katoda litium kobalt oksida .
Litium kobalt oksida (LiCoO2) geuteumeung le ilmuwan Amerika ngon pemenang Nobel lam bideung Kimia, JB Goodenough, ngon phon that geupeusaho le Perusahaan Sony Jeupang bak thon 1990-an. Bahkan sampoe uroe nyoe, litium kobalt oksida teutap jeut keu salah saboh bahan katoda deungon kepadatan energi volumetrik paleng manyang. Keu alasan nyoe, le that geungui lam produk sel kantong digital nyang peureulèë keupadatan energi volumetrik nyang manyang, lagèe ponsel, jam pintar, ngon headset Bluetooth.
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). Seulaen nyan, LiCoO2 geupeuleumah konduktivitas elektronik ngon ionik nyang relatif leubeh get, efisiensi daya, ngon karakteristik pengisian bagah-, meupeunoh syarat baterai elektronik konsumen saat nyoe ngon deungon lagee nyan na berbagai aplikasi. Meunurot sifeut-sifeut nyan, LiCoO2 teutap jeuet keu salah saboh bahan katoda nyang paleng jroh sampoe jinoe.
Metode sintesis utama keu litium kobalt oksida nakeuh sintesis keadaan padat suhu tinggi, sintesis sol{2}}gel, ngon kopresipitasi suhu miyup. Sintesis keadaan padat-suhu tinggi-meulibatkan pencampuran garam litium ngen kobalt-yeng mengandung oksida atau hidroksida dalam rasio stoikiometri tertentu, ludoe meukalsinasi campuran bak suhu yeng sesuai untuk wate tertentu, diikuti deungen peulupie ngen sample tota. Meskipun metode sintesis keadaan padat-suhu lambong-le that dipakek dalam produksi industri, metode nyan memakan wate, memerlukan suhu sintesis lambong, ngen menghasekan beudak homogen yeng rayek ngen hana rata deungen deviasi stoikiometri yeng signifikan, meuhasekan peningkatan biaya yeng substansial.
Bahan katoda fosfat .
Bak thôn 1997, Goodenough dkk. phon that geuusulkan litium beusoe fosfat (LiFePO4) seubagoe bahan katoda keu baterai litium-ion.
Kareuna biaya nyang murah, struktur nyang stabil, ngon keamanan nyang tinggi, bahan nyoe seucara meutahap jeuet keu salah saboh bahan katode nyang geupiléh keu baterai lithium-ion lam bus listrek ngon sistem penyimpanan energi.
Litium beusoe fosfat (LiFePO4) na struktur kristal ngon sistem kristal nyang saban ngon beusoe fosfat (FePO4). Nyoe meuarti bahwa bahan nyan mengalami perubahan volume minimal seulama penyisipan/ekstraksi lithium-ion, secara efektif mencegah kerusakan kisi yang disebabkan oleh ekspansi atau kontraksi volume. Seulaén nibak nyan, ciri-ciri nyoe geupeupasoë kontak listrék nyang jroh antara partikel ngon aditif konduktif, nyang geupeuhasé stabilitas siklus nyang that jroh ngon umu nyang panyang. Seulaén nibak nyan, litium beusoë fosfat that meusyeuhu ngon ramah lingkungan, biaya-efektivitas, keamanan nyang that jroh, kapasitas spesifik nyang manyang (kira-kira 170 mA·h/g), ngon platform muatan/debit nyang stabil. Meuingat keunggulan nyo, litium beuso fosfat dianggap seubagai pilihan ideal untuk bahan katoda dalam aplikasi penyimpanan energi skala rayek-.
Metode jih nakeuh proses sol-gel, teknik kopresipitasi, ngon sintesis hidrotermal. Seucara khusus, sintesis hidrotermal seucara langsong meuhasekan produk target dalam autoclave deungen meupeutingkat suhu ngen teukanan, meupakek seunyawa beuso, litium, ngen fosfor yeng teusedia seubagai bahan mentah. Metode nyoe geuteupeu ngon operasi nyang sederhana, ukuran partikel nyang ubeut ngon saban, ngon konsumsi energi nyang miyub. Namun, na keterbatasan keu produksi industri, terutama kareuna peurlee keu wadah tahan tekanan- nyang dirancang khusus. Kopresipitasi, bak sisi laen, dipeuget lam sistem larutan, di pat morfologi precursor dipeungaroh le berbagai faktor lagee konsentrasi, kontrol suhu, penyesuaian pH, ngon laju pengadukan. Meunyo ta ingat peran nyang peutente nyang dipeumeuen le parameter-parameter nyoe lam kinerja bahan LiFePO nyang ka disinter akhe, pemilihan kondisi eksperimen nyang teuliti that peunteng. Produk nyang geupeusiap ngon cara nyoe kon mantong na ciri-ciri mikrostruktur nyang that jroh (yaitu, ukuran partikel nyang ubeut ngon saban) tapi cit geupeuleumah sifeut elektrokimia nyang leubeh get; namun, peureulee ta teupeu bahwa mandum proses operasi nyan relatif kompleks, dan tantangan filtrasi dan masalah pengelolaan limbah mungken teuka watee pengolahan.
Litium mangan oksida ngon bahan katoda berbasis mangan kaya litium-
Litium mangan oksida
Lam penelitian bahan katode baterai litium{0}}ion, bahan katoda laen nyang peunteng ngon na bak pasai nakeuh bahan katoda litium mangan oksida (LiMn2O4) nyang meustruktur spinel- nyang geuusulkan le Thackeray et al. bak thôn 1983. Litium mangan oksida nyang meustruktur spinel-tamong lam sistem kristal kubik. Komposisi kimia khas jih nakeuh LiMn2O4. Lam struktur kristal LiMn2O4, oksigen na lam struktur kubik nyang meupusat bak muka, seudangkan mangan ngon oksigen membentuk struktur oktahedral, lagee nyang dipeudeuh bak gamba di miyup nyoe.
Mangan le that lam alam, ngon teknik peusiap keu spinel-tipe litium mangan oksida (LiMn2O4) geupeuleumah meubagoe ciri-ciri. Rute sintesis ngon teknologi pengolahan bahan nyan langsong meupeungaroh bak mikrostruktur ngon perkembangan bijeh produk akhe. Oleh kareuna nyan, mengoptimalkan proses sintesis nyo penteng untuk meupeutingkat kinerja elektrokimia bahan elektroda dalam aplikasi praktis. Saat nyo, industri ngen akademisi seucara luah dipakek dua jenis metode utama untuk meupeusiap LiMn2O4: salah saboh jih didasaikan bak interaksi antara bahan mentah padat, lage reaksi keadaan padat suhu tinggi, sintesis media bantuan gelombang mikro, ngen perlakuan impregnasi.
Kategori laen meulibatkan transformasi kimia lam lingkungan caer, ngen contoh khas termasok teknologi sol-gel, sintesis hidrotermal, ngon teknik kopresipitasi. LiMnzO4 ka meutarek perhatian luwah kareuna keunggulan hareuga, stabilitas termal nyang that jroh, tahan overcharge nyang teuga, ngon manfaat lingkungan nyang jroh. Namun, bahan nyoe na kekurangan lam kinerja bersepeda ngon penyimpanan, terutama bak suhu tinggi, di pat kinerja bersepeda jih meureuloh that, nyang jeut keu gadoh kapasitas nyang hana jeuet dipeubalek.
litium-kaya mangan-berdasarkan
Seulaen litium mangan oksida, bahan berbasis mangan nyang kaya litium-berlapis-lapis ka meutarek perhatian luah seubagoe bahan katoda nyang teungoh muncul keu baterai litium-ion.
Metode peusiap keu bahan katoda berbasis mangan nyang kaya litium-meunan cit metode keuadaan padat, metode sol{3}}gel, ngon metode co-presipitasi. Metode keadaan padat-meulibatkan langsong meujampu oksida logam ngon karbonat logam atawa hidroksida logam lam proporsi tertentu, lheuh nyan reaksi keadaan padat-suhu tinggi- untuk meuteumee bahan nyang kaya litium-berlapis. Keuntongan dari metode keuadaan padat- nakeuh keumampatan jih keu geusintesis bahan nyang kaya litium berlapis lam jumlah nyang rayeuk, metode peusiapan nyang relatif sederhana, ngon biaya nyang miyub. Kekurangan jih nakeuh koefisien difusi padat nyang hana get watee sintering keadaan padat-, ngon fakta bahwa logam transisi nyang beda na laju difusi nyang beda lam reaksi keadaan padat-, nyang jeut keu payah bagi partikel untuk difusi seucara cukop. Kareuna nyan, keseragaman bahan nyang disintesis hana get, nyang meupeungaroh keu kinerja bahan katoda. Metode sol{18}}gel nakeuh phon that geutamah larutan sira logam transisi keu integrator keu geubentuk sol, lheuh nyan geu-uap ie keu geupeugot gel, ngon akhe jih geuthoe ngon geukalsinasi keu meuteumee bahan nyang kaya lithium-berlapis-lapis. Metode nyo meuhasekan bahan deungen distribusi yeng seuragam ngen kemurnian yeng lambong, ngen elektroda yeng dihasekan meupeudeh kinerja elektrokimia yeng get. Namun, kekurangan jih termasok siklus fabrikasi yeng panyang, kebutuhan le integrator (asam organik atau etilen glikol), yeng meuhasekan biaya yeng lambong. Seulaen nyan, bahan kaya litium-berlapis yeng dihasekan seubagian rayek partikel nano/mikron halus deungen kepadatan aktual yeng miyup. Oleh kareuna nyan, metode nyo saat nyo terutama dipakek dalam pengaturan laboratorium untuk peuget bahan kaya lithium-berlapis ngen payah untuk dikomersialkan.
Bahan katoda nikel nyang manyang-
Para peneliti ka trep geumita stabilitas suhu tinggi- ngon kinerja tingkat nyang that get seubagoe tujuan utama watee geukembangkan katoda .
bahan keu baterai litium-ion. Di antara lhee bahan utama - LiCoO2, LiNi114ConMnO2 (NCM), ngon LiFePO4 - NCM geuanggap salah saboh bahan katode nyang paleng menjanjikan kareuna kapasitas spesifik jih nyang relatif manyang ngon biaya nyang relatif murah, raw nyang relatif murah. LiCoO2, ngon ramah lingkungan ngon keunggulan biaya nyang leubeh get nibak bahan tradisional.
Jeunèh bahan nyoe na struktur kristal meulapéh jeunèh -NaFeO2- nyang saban ngon jitamong lam kelompok ruang R-3m. Konsep nyoe phon that geuusulkan le Liu et al. bak thon 1999. Deungon carong geupeugabong keunggulan lhee boh bahan katoda - litium kobalt oksida (LiCoO2), litium nikel oksida (LiNiO2), dan litium mangan oksida (LiMnO2) - dan secara efektif geukompensasi bahan nyang geupeuleumah lam tiep-tiep bahan nyang paneuk). Deungon menyesuaikan rasio elemen logam transisi, keseimbangan optimal antara kapasitas terteunte, kinerja siklus, keamanan, ngon biaya jeut dicapai leubeh lanjot.
Struktur kristal bahan katoda terner litium nikel kobalt mangan oksida (NCM) bak dasar jih saban ngon LiCoO2, bandua nyan jitamong lam struktur meulapeh heksagonal.
