مزایای باتری لیتیوم یونی

در مقایسه با سایر باتری‌های ثانویه پر انرژی مانند باتری‌های Ni-Cd، باتری‌های Ni-MH، باتری‌های سرب اسید و غیره،لیتیوم یونباتری ها دارای مزایای قابل توجهی در عملکرد هستند که عمدتاً در جنبه های زیر منعکس می شود.

(1) ولتاژ کاری بالا

استفاده از ترکیبات کربن دار لیتیوم مانند گرافیت یا کک نفتی به جای لیتیوم فلزی به عنوان الکترود منفی باعث کاهش ولتاژ باتری می شود. با این حال، با توجه به پتانسیل کم لیتیوم درونی آنها، افت ولتاژ را می توان به حداقل رساند. در عین حال، انتخاب یک ترکیب لیتیومی مناسب به عنوان الکترود مثبت باتری و انتخاب یک سیستم الکترولیت مناسب (تعیین پنجره الکتروشیمیایی بسته باتری لیتیوم یونی) می تواند باعث شود که بسته باتری لیتیوم یونی ولتاژ کاری بالاتری داشته باشد (- 4 ولت)، که بسیار بالاتر از باتری های سیستم آبی است.

(2) ظرفیت خاص بزرگ

اگرچه جایگزینی لیتیوم فلزی با مواد کربنی ظرفیت ویژه جرم ماده را کاهش می دهد، در واقع به منظور اطمینان از عمر چرخه خاصی از باتری ثانویه لیتیوم فلزی، لیتیوم فلزی منفی معمولا بیش از سه برابر بیش از حد است. کاهش واقعی ظرفیت ویژه جرم زیاد نیست و کاهش کمی در ظرفیت ویژه حجم وجود دارد.

(3) چگالی انرژی بالا

ولتاژ عملیاتی بالاتر و ظرفیت ویژه حجمی، چگالی انرژی بالاتر باتری‌های لیتیوم یون ثانویه را تعیین می‌کند. در مقایسه با باتری‌های Ni-Cd و باتری‌های Ni-MH که در حال حاضر به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، باتری‌های لیتیوم یون ثانویه دارای بالاترین چگالی انرژی هستند و هنوز هم پتانسیل توسعه بالایی دارند.

(4) عملکرد ایمنی خوب و عمر چرخه طولانی

دلیل ناایمن بودن باتری با استفاده از لیتیوم فلزی به عنوان آند این است که ساختار الکترود مثبت باتری لیتیوم یونی تغییر می کند و دندریت متخلخل تشکیل می شود. می تواند جداکننده را سوراخ کند و باعث اتصال کوتاه داخلی شود و باتری های لیتیوم یونی این مشکل را ندارند و بسیار ایمن هستند. برای جلوگیری از وجود لیتیوم فلزی در باتری، ولتاژ باید در هنگام شارژ کنترل شود. به خاطر بیمه، باتری های لیتیوم یونی به چندین دستگاه ایمنی مجهز شده اند. باتری‌های لیتیوم یونی در حین فرآیند شارژ و دشارژ هیچ گونه تغییر ساختاری در تراکم و غیرمیانترکالاسیون یون‌های لیتیوم بر روی کاتد و آند ندارند (در طول فرآیند بینابینی و جداسازی شبکه مقداری انبساط و انقباض وجود خواهد داشت) ترکیب بین‌سازی قوی‌تر از لیتیوم فلزی است، پایدارتر است و دندریت‌های لیتیوم را در طول فرآیند شارژ و تخلیه تشکیل نمی‌دهد، در نتیجه عملکرد ایمنی باتری را به طور قابل‌توجهی بهبود می‌بخشد و عمر چرخه نیز تا حد زیادی بهبود می‌یابد. باتری های لیتیوم یونی به ترتیب در سال های 1989 و 1990 توسط بخش حمل و نقل کالاهای خطرناک وزارت حمل و نقل ایالات متحده و IAIT (انجمن بین المللی هوا و حمل و نقل) به عنوان کالاهای خطرناک کنار گذاشته شدند.

(5) میزان تخلیه خود کوچک

بسته باتری لیتیوم یونی از یک سیستم الکترولیت غیر آبی استفاده می کند و ماده کربنی بین لیتیومی در سیستم الکترولیت غیر آبی از نظر ترمودینامیکی ناپایدار است. در طول اولین فرآیند شارژ و تخلیه، یک لایه الکترولیت جامد بین فاز (SEI) بر روی سطح الکترود کربن منفی به دلیل کاهش الکترولیت تشکیل می‌شود که به یون‌های لیتیوم اجازه می‌دهد از درون عبور کنند، اما الکترون‌ها را عبور نمی‌دهند، و اجازه می‌دهد الکترود فعال شود. موادی با حالت های بار مختلف باید از آن عبور کنند. در حالت نسبتاً پایدار، میزان خود تخلیه پایینی دارد.

(6) تمیز و بدون آلودگی

پک های باتری لیتیوم یونی حاوی مواد سمی مانند سرب، فورچون، جیوه و ... نیستند، در عین حال چون باتری باید به خوبی آب بندی شود، گاز بسیار کمی در حین استفاده آزاد می شود و هیچ آلودگی برای محیط زیست ایجاد نمی کند. حلال مورد استفاده برای حل کردن بایندر در فرآیند تولید نیز می تواند به طور کامل بازیابی شود. سونی و سایر شرکت های تولید کننده باتری های لیتیوم یونی در مقیاس بزرگ از سال 1997 بازیافت باتری های لیتیوم یون و بازیافت مواد (مانند مته های فلزی و غیره) را آغاز کرده اند. علاوه بر این در سال 1996 باتری های لیتیوم یون سونی برای مطابقت با استاندارد زیست محیطی بین المللی IS014001 [71O

(7) راندمان جریان بالا

برخلاف هر باتری ثانویه قبلی با سیستم های آبی، باتری های لیتیوم یونی در طی فرآیندهای شارژ و دشارژ معمولی گاز تولید نمی کنند و بازده فعلی نزدیک به 100٪ است. این ویژگی به ویژه برای استفاده به عنوان باتری برای ذخیره سازی و تبدیل نیرو مناسب است.