Строение элемента Li-Ion

Литиевый аккумулятор состоит из отрицательно заряженного электрода, который называется анод, и положительно заряженного электрода, который называется катод.
Между анодом и катодом находится электролит. Ионы (заряжаемые атомы) проходят через электролит, чтобы создать в них энергию.

Катод обычно изготавливается из смешанных металлов, например оксид лития и кобальта или оксид литий - марганца. Какой бы из материалов не использовался, он должен давать возможность литий-ионам легко "перемещаться" внутри себя. Анод сделан из лития, который сдерживает такие материалы как графит и другие карбоновые материалы. Электролит изготовлен из материала, подобного катодам, чтобы дать возможность ионам свободно перемещаться.
В процессе зарядки батареи литий-ион из катода, имеющий металлическое строение, протекает через электролит в анод. Литий-ионы имеют положительный заряд. Во время движения Li-ions, электроны перейдут через сепаратор (с кристаллами) из анода в катод, но не через электролит. Электролит лишь позволяет ионам рассеиваться. Процесс зарядки/разрядки происходит посредством цикличного движения потоков ионов между электродами. В процессе повторяющегося окисления электрода, работа батареи, способность заряжаться и срок службы батареи прогрессивно снижается.

Зарядка элемента : rew10

• Аккумулятор подключен к зарядному устройству.
• Положительно заряженный электрод (катод) окислен.
• Электроны протекают по внешней цепи к отрицательно заряженному электроду.
• Положительно заряженные ионы (Li+Ion) протекают через электролиты к отрицательно заряженным электродам.
• Электрическая цепь замкнута.
• Положительно заряженные ионы группируются в отрицательно заряженном электроде.

Разрядка элемента : rew11

• Аккумулятор подключён к устройству, которое он питает.
• Отрицательно заряженный электрод (анод) окислен.
• Электроны перемещаются через сопротивление к положительно заряженному электроду.
• Положительно заряженные литий-ионы протекают через электролит в положительно заряженный электрод (катод).
• Электрическая цепь замкнута.
• Положительно заряженные ионы группируются в положительно заряженном электроде.

Атомарная структура внутри катода Li-Ion аккумулятора


Полностью заряжен Mn2O4 - окислен	Полностью разряжен Li1Mn2O4 - Mn истощён

После нескольких циклов зарядки, аккумуляторы прогрессивно теряют работоспособность, потому что снижается эффективность электрических элементов и их способность к внутрехимическому перемещению снижается. Эффекты кристаллического образования являются причиной окисления (внутреннее металлическое строение), которое создает сверхсопротивление, что является причиной "гибели" аккумулятора.

Cепаратор, металл, состоящий из нескольких составляющих, ответственен за такое кристаллическое образование, образующее кристаллы с острыми углами, которые могут повредить (проткнуть) сепаратор, что ведет к ускорению саморазряда или даже к короткому замыканию. Кристаллы растут на всей рабочей поверхности сепаратора. Результатом является снижение напряжения, что ведет к потере ёмкости. На поздних стадиях, острые углы кристаллов могут "прорасти" через сепаратор, ведя за собой скорую саморазрядку и короткое замыкание.
Поток ионов больше не перемещается как положено, таким образом просто сокращая «жизнь» аккумулятора.

Теплота, возникающая при зарядке-разрядке, перемещении и аккумуляции ионов в электроде, является причиной механического изменения объема (увеличения + уменьшения) приблизительно на 7-9 % от общего объема. Механические изменения составляющих аккумулятора при его нагреве вызывают частичное разбиение электродов и металлических частиц внутри электролита. Эти частицы не могут больше ионизироваться для нормальной работы батареи и теряют способность к зарядке.

Дополнение для господина из комментариев , выдержка из википедии :

В литературе встречается различное обозначение знака катода — «−» или «+», что определяется, в частности, особенностями рассматриваемых процессов. В электрохимии принято считать, что «+» катод — электрод, на котором происходит процесс восстановления, а «−» анод — тот, где протекает процесс окисления^[1]^[2]. При работе электролизера (например, при рафинировании меди) внешний источник тока обеспечивает на одном из электродов избыток электронов (отрицательный заряд), здесь происходит восстановление металла, это катод. На другом электроде обеспечивается недостаток электронов и окисление металла, это анод. В то же время при работе гальванического элемента (к примеру, медно-цинкового), избыток электронов (и отрицательный заряд) на одном из электродов обеспечивается не внешним источником тока, а собственно реакцией окисления металла (растворения цинка), то есть здесь отрицательным, если следовать приведённому определению, будет анод. Электроны, проходя через внешнюю цепь, расходуются на протекание реакции восстановления (меди), то есть катодом будет являться положительный электрод. Так, на приведённой иллюстрации изображён обозначенный знаком «+» катод гальванического элемента, на котором происходит восстановление меди. В соответствии с таким толкованием, для аккумулятора знак анода и катода меняется в зависимости от направления протекания тока.^[2]^[3]^[4].

Статьи

Строение элемента Li-Ion

Случайные товары из магазина