La batería de iones de litio comienza a correr por completo, acercándose a la batería de energía.

En 1800, Alessandro Volta, un físico italiano, inventó la pila Volta, la primera batería de la historia de la humanidad. La primera batería estaba hecha de láminas de zinc (ánodo) y cobre (cátodo) y papel empapados en agua salada (electrolito), lo que demuestra la posibilidad artificial de la electricidad.

Desde entonces, como dispositivo que puede proporcionar corriente continua y estable, las baterías han experimentado más de 200 años de desarrollo y continúan satisfaciendo la demanda de las personas de un uso flexible de la electricidad.

En los últimos años, con la enorme demanda de energía renovable y la creciente preocupación por la contaminación ambiental, las baterías secundarias (o baterías) que pueden convertir otras formas de energía en energía eléctrica y almacenarla en forma de energía química continúan trayendo cambios a la energía. sistema.

El desarrollo de las baterías de litio muestra el progreso de la sociedad desde otro aspecto. De hecho, el rápido desarrollo de teléfonos móviles, ordenadores, cámaras y vehículos eléctricos se basa en la madurez de la tecnología de las baterías de litio.

Chen Gen. El nacimiento y la ansiedad de la batería de litio se acercan

El nacimiento de la batería de litio.

La batería tiene polos positivos y negativos. El polo positivo, también conocido como cátodo, suele estar hecho de materiales más estables, mientras que el polo negativo, también conocido como ánodo, suele estar hecho de materiales metálicos "altamente activos". Los polos positivo y negativo están separados por electrolitos y almacenados en forma de energía química.

La reacción química entre los dos polos produce iones y electrones. Estos iones y electrones se mueven dentro de la batería, obligando a los electrones a moverse hacia afuera, formando un ciclo y generando electricidad.

En la década de 1970, la crisis del petróleo en Estados Unidos, junto con la nueva demanda de energía en el ejército, la aviación, la medicina y otros campos, estimuló la búsqueda de baterías recargables para almacenar energía limpia renovable.

De todos los metales, el litio tiene una gravedad específica y un potencial de electrodo muy bajos. En otras palabras, el sistema de batería de litio puede alcanzar la máxima densidad de energía en teoría, por lo que el litio es la elección natural de los diseñadores de baterías.

Sin embargo, el litio es altamente reactivo y puede arder y explotar cuando se expone al agua o al aire. Por lo tanto, domesticar el litio se ha convertido en la clave para el desarrollo de baterías. Además, el litio puede reaccionar fácilmente con el agua a temperatura ambiente. Si se va a utilizar litio metálico en sistemas de baterías, es esencial introducir electrolitos no acuosos.

En 1958, Harris propuso utilizar electrolito orgánico como electrolito de batería metálica. En 1962, Lockheed Mission y SpaceCo. Chilton Jr., del ejército estadounidense, y Cook propusieron la idea de un "sistema de electrolitos no acuosos de litio".

Chilton y Cook diseñaron un nuevo tipo de batería, que utiliza litio metálico como cátodo, haluros de Ag, Cu, Ni como cátodo y sal metálica de bajo punto de fusión lic1-AlCl3 disuelta en carbonato de propileno como electrolito. Aunque el problema de la batería hace que se quede en el concepto más que en la viabilidad comercial, el trabajo de Chilton y Cook es el comienzo de la investigación sobre baterías de litio.

En 1970, Panasonic Electric Co. de Japón y el ejército estadounidense sintetizaron de forma independiente un nuevo material catódico: el fluoruro de carbono, casi al mismo tiempo. Panasonic Electric Co., Ltd. preparó con éxito el fluoruro de carbono cristalino con la expresión molecular de (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) y lo utilizó como ánodo de una batería de litio. La invención de la batería de fluoruro de litio es un paso importante en la historia del desarrollo de las baterías de litio. Esta es la primera vez que se introduce un "compuesto integrado" en el diseño de una batería de litio.

Sin embargo, para lograr la carga y descarga reversible de una batería de litio, la clave es la reversibilidad de la reacción química. En ese momento, la mayoría de las baterías no recargables utilizaban ánodos de litio y electrolitos orgánicos. Para fabricar baterías recargables, los científicos comenzaron a estudiar la inserción reversible de iones de litio en el electrodo positivo de una capa de sulfuro de metal de transición.

Stanley Whittingham de ExxonMobil descubrió que la reacción química de intercalación se puede medir utilizando TiS2 en capas como material del cátodo, y el producto de descarga es LiTiS2.

En 1976, la batería desarrollada por Whittingham alcanzó una buena eficiencia inicial. Sin embargo, después de repetidas cargas y descargas varias veces, se formaron dendritas de litio en la batería. Las dendritas crecieron del polo negativo al polo positivo, formando un cortocircuito, lo que provocó el peligro de encender el electrolito y finalmente falló.

En 1989, debido al incendio de las baterías secundarias de litio/molibdeno, la mayoría de las empresas, excepto unas pocas, se retiraron del desarrollo de baterías secundarias de metal litio. El desarrollo de baterías secundarias de metal litio se detuvo básicamente porque no se pudo resolver el problema de seguridad.

Debido al pobre efecto de varias modificaciones, la investigación sobre baterías secundarias de metal litio se ha estancado. Finalmente, los investigadores eligieron una solución radical: una batería de mecedora con compuestos integrados como polos positivo y negativo de las baterías secundarias de metal litio.

En la década de 1980, Goodnow estudió la estructura de materiales catódicos de cobalato de litio y óxido de níquel y litio en capas en la Universidad de Oxford, Inglaterra. Finalmente, los investigadores se dieron cuenta de que más de la mitad del litio se puede eliminar de forma reversible del material del cátodo. Este resultado finalmente llevó al nacimiento de The.

En 1991, SONY Company lanzó la primera batería de litio comercial (grafito anódico, compuesto de litio catódico, sal de litio líquida para electrodo disuelta en disolvente orgánico). Debido a las características de alta densidad de energía y diferentes formulaciones que pueden adaptarse a diferentes entornos de uso, las baterías de litio se han comercializado y utilizado ampliamente en el mercado.