A литий{0}}иондук батареябул оң жана терс электроддор катары литий иондорун кайра киргизүүгө жана деинтеркалациялоого жөндөмдүү эки материалды колдонгон кайра заряддалуучу батарея. Заряддоо учурунда оң электроддогу литий атомдору литий иондоруна жана эркин электрондорго иондошот.
Бул литий иондору андан кийин терс электродго көчүп, ал жердеги бош электрондор менен биригип, литий атомдорун түзүшөт. Тескерисинче, разряд учурунда терс электроддогу литий атомдору литий иондоруна жана эркин электрондорго кайра иондошуп, андан кийин оң электроддо кайрадан литий атомдорун пайда кылуу үчүн биригишет. Демек, бүтүндөй заряд-разряддын циклинде литий дайыма иондук формада болот жана металлдык литий түрүндө болбойт, ошондуктан батареянын бул түрү литий-батарея деп аталат. Ар кандай конструкциялардын негизинде, рынокто эң кеңири таралган литий{5}}батареялар баштыкчалар, цилиндрдик клеткалар жана баскыч клеткалары болуп саналат. Литий{7}}иондук батарейкалардын оң электроддук материалы, адатта, LiCoO2, LiFePO4, LiNiO жана LiMnzO2 сыяктуу литий-ка бай кошулма болуп саналат. Литий-иондук батарейкалардын терс электроддук материалы-негизинен графитке негизделген. Электролитке келсек, көбүнчө органикалык эриткичтерде эриген белгилүү литий туздарынын (мисалы, LiPF6, LiASF6 жана LiCIO4) эритмелери колдонулат. Бул органикалык эриткичтер этилен карбонат (EC) же диэтилкарбонат (DEC) ж.б. болушу мүмкүн. Батарея заряддын-разрядында болгондо, литий иондору оң жана терс электроддордун ортосунда алдыга жана артка жылат. Бул процесс төмөндөгү диаграммада көрсөтүлгөндөй, каймана мааниде "солкулдаган отургучтун батареясы" катары сүрөттөлөт.
Мисал катары оң электрод катары литий кобальт оксиди (LiCoO2) жана терс электрод катары графит менен литий-иондук батареяларды алсак, анын электрохимиялык туюнтмасы: (-)CI LiPF(EC+ DEC) / LiCoO2(+).
Оң электрод реакциясы:
Терс электроддук реакция: 5.2
Жалпы реакция: 5.3
Негизи, литий{0}}иондук батареяны литий-концентрациясындагы айырмачылыктардын негизинде иштеген түзмөк катары кароого болот. Заряддоо учурунда литий иондору оң электрод материалынан бөлүнүп, электролит аркылуу өтүп, терс электроддун материалына кирип, терс электрод литий-бай, ал эми оң электрод салыштырмалуу литий- начар болот. Ошол эле учурда бүт системанын заряд балансын сактоо үчүн тышкы чынжыр аркылуу көмүртек{6}}негизделген терс электродго тиешелүү электрондор берилет. Тескерисинче, разряд учурунда литий иондору терс электроддон оң электродго көчүп, оң электроддун литий-бай болушуна алып келет. Адатта, нормалдуу разряддын{10}циклдеринде литий иондору катмарланган көмүртек материалдары менен оксиддердин арасына кайра-кайра кирип, бөлүнүп чыгат. Бул процесс биринчи кезекте катмарлар аралыктын өзгөрүшү катары көрүнөт жана материалдардын негизги кристаллдык түзүлүшүн бузбайт. Ошондуктан, реакциянын кайтарымдуулугунун көз карашынан алганда, литий{13}}иондук батареянын ичиндеги химиялык өзгөрүүлөр абдан идеалдуу кайра жаралуучу процесс болуп эсептелет. Литий-иондук батарея төрт негизги компоненттен турат: электроддор, электролит, сепаратор жана корпус. Электроддор активдүү материалдардан, өткөргүчтөрдөн, байланыштыргычтардан жана ток коллекторлорунан турган литий-иондук батареянын негизги компоненти болуп саналат. Активдүү материалдар (же электрод материалдары) литий-иондук батареялардагы электрод материалдары, алар заряддоо жана разряддоо учурунда электрохимиялык реакциялар аркылуу электр энергиясын бөлүп чыгарышат. Алар литий{21}}батареялардын электрохимиялык натыйжалуулугун жана негизги мүнөздөмөлөрүн аныктайт. Активдүү материалдарга оң электроддук материалдар жана терс электроддук материалдар кирет. Позитивдүү электроддук материалдар негизинен салыштырмалуу жогорку потенциалга ээ (литий металл электроддоруна салыштырмалуу), LiCoO₂, LiMnO₄, LiNi₁-x-Co:MnyO₂, LiCo:Ni-O₂, жана Li.
Терс электрод материалдарына көмүртектүү материалдар, эритме материалдар жана металл оксидинин материалдары кирет. Учурда портативдик түзүлүштөрдө кеңири колдонулган литий-иондук батарейкалар үчүн негизги оң жана терс электрод материалдары LiCoO₂ жана графит болуп саналат. Кошумчалай кетсек, электр өткөргүчтөр (мисалы, кара ацетилен сыяктуу) литий-иондук батарейкалардын практикалык колдонуу муктаждыктарын жакшыраак канааттандыруу үчүн оң жана терс электроддук материалдардын өткөргүчтүгүн жакшыртуу үчүн электродду жасоо учурунда кошулат. Гранулярдуу оң жана терс электрод материалдары жана өткөргүчтөр учурдагы коллекторго бекем карманышын камсыз кылуу үчүн, адатта, бириктиргич кошулат. Кадимки бириктиргичтер май{6}}жана суу негизиндеги- болуп бөлүнөт. Май{9}}негизинде бириктиргичтерге негизинен поливинилиден фториди (PVDF) жана политетрафторэтилен (PTFE) кирет, ал эми суу негизиндеги{10}}байланыштыргычтар негизинен карбоксиметил целлюлоза/стирол-бутадиен каучук (CMC/SBR) болуп саналат. Ток коллекторунун негизги функциясы - активдүү материалдан электрондорду өткөрүү жана токту бирдей бөлүштүрүү, ошол эле учурда активдүү материалды колдоо. Учурдагы коллекторлор көбүнчө жогорку механикалык күчкө, жакшы химиялык туруктуулукка жана жогорку өткөргүчтөргө ээ болушу керек. Оң электрод үчүн ток коллектору алюминий фольга, ал эми терс электрод үчүн ток коллектору жез фольга болуп саналат.
Электролиттин ролу оң жана терс электроддор арасында литий иондорун өткөрүү болуп саналат. Электролитти тандоо негизинен аккумулятордун иштөө принцибин аныктайт жана анын өзгөчө энергиясына, коопсуздук көрсөткүчтөрүнө, цикл көрсөткүчтөрүнө, ылдамдык көрсөткүчтөрүнө, төмөнкү -температурага жана сактоо көрсөткүчтөрүнө таасир этет. Учурда коммерциялык литий{3}}батареялар негизинен органикалык эриткичтерди жана өткөргүч литий туздарын камтыган-суусуз электролит системаларын колдонушат. Органикалык эриткич электролиттин негизги компоненти болуп саналат жана анын иштеши менен тыгыз байланышта; бул, адатта, этилен карбонаты, пропилен карбонаты, диметил карбонаты жана метил этил карбонаты сыяктуу органикалык эриткичтердин аралашмасы. Өткөргүч литий тузу оң жана терс электроддор арасында ташылуучу литий иондорун камсыз кылат жана органикалык эмес же органикалык аниондор менен литий иондорунан турат. Азыркы учурда, негизги соода жеткиликтүү өткөргүч литий туз LiPF6 болуп саналат. Жаңы доордо литий{9}}иондук батарейкалардын электрохимиялык көрсөткүчтөрүн жакшыртуу жана белгилүү бир өзгөчө функцияларга жетишүү үчүн электролитке жалындан сактагычтар сыяктуу функционалдык кошумчалар көбүнчө кошулат.
Литий{0}}иондук батарейканын конструкциясында сепаратор оң жана терс электроддордун ортосунда жайгашкан жана анын негизги милдети эки электроддун ортосунда түз байланышка жол бербөө жана кыска туташуулардан сактануу болуп саналат. Ошол эле учурда, бул материалдын уникалдуу microporous түзүлүшү литий иондору эркин өтүүгө мүмкүндүк берет. Сепаратор батареянын сактоо сыйымдуулугу, цикл өмүрү жана жалпы коопсуздук чечүүчү ролду ойнойт; ошондуктан жогорку сапаттагы сепараторду колдонуу батареянын жалпы электрохимиялык иштешин бир топ жакшыртат. Азыркы учурда рынокто эң кеңири колдонулган сепараторлордун түрлөрү болуп полиолефиндерден жасалган жогорку-бекемдүү пленкалар, анын ичинде полипропиленден жана полиэтиленден жасалган тешиктүү продуктулар, ошондой эле пропилен менен этиленди сополимерлөө жолу менен же полиэтилен гомополимерин колдонуу менен өндүрүлгөн продукциялар саналат. Литий-иондук батареяларда-суусуз эриткичтерди колдонуу-литий{9}}өткөргүчтүгүн төмөндөтүп, электроддун чоң аянтын талап кылат. Андан тышкары, батареяны чогултуу учурунда спираль{11}}жаратуучу түзүлүштү колдонуу батареянын иштеши электроддордун өзүнөн гана эмес, батареяны өндүрүүдө колдонулган туташтыргычтардан да көз каранды экенин билдирет. Бул бириктиргичтер электродду жасоодо активдүү материалдардын бирдейлигин жана коопсуздугун камсыздап, активдүү материалдарды ток коллекторуна эффективдүү байланыштырып, графит анодунда коргоочу SEI (катуу{13}}клектролит интерфазасы) пленкасынын пайда болушун жеңилдетип, кургатуу учурунда жетиштүү термикалык туруктуулукту сактап, электрот менен эффективдүү нымдуу болушу керек.
Сырткы корпус литий-иондук батареянын контейнери. Көбүнчө колдонулган корпустарга болоттон жасалган корпустар, алюминий корпустары жана алюминий-пластикалык композиттик корпустар кирет. Эреже катары, корпус жогорку жана төмөнкү температуралардын өзгөрүшүнө жана электролиттен коррозияга туруштук берүү үчүн талап кылынат.