ڪيٿوڊ مواد ليتيم آئنز جو بنيادي ذريعو آهيليٿيم- آئن بيٽري. چارج ڪرڻ دوران، ليتيم آئنز ڪيٿوڊ مادي جي ڪرسٽل لٽيس مان ڪڍيا ويندا آهن ۽ انوڊ مواد ۾ داخل ٿيندا آهن؛ ريورس خارج ٿيڻ دوران ٿيندي آهي. چارج ڪرڻ ۽ ڊسچارج ڪرڻ دوران ڪيٿوڊ مواد جي پٺتي پيل ظرفيت ۽ وولٽيج پليٽو گهڻو ڪري ليٿيم-آئن بيٽري جي توانائي جي کثافت جو تعين ڪري ٿو. ان کان علاوه، ڇاڪاڻ ته ڪيٿوڊ مواد ۾ لٿيم، ڪوبالٽ، ۽ نڪل جھڙا ڌات شامل آھن، اھو ليٿيم-آئن بيٽري جي قيمت جو سڀ کان وڏو حصو آھي.
اعلي توانائي جي کثافت، اعلي پيداوار وولٹیج، ڊگھي خدمت زندگي، ۽ ٺاھڻ جي آسانيء سان ڪيٿوڊ مواد کي ترقي ڪرڻ وڏي اھميت آھي. هڪ مثالي ڪيٿوڊ مواد هيٺين بنيادي شرطن کي پورا ڪرڻ گهرجي.
(1) هڪ اعلي ريڊڪس صلاحيت رکي ٿو، بيٽري لاء هڪ اعلي آئوٽ وولٹیج کي يقيني بڻائي.
(2) ممڪن طور تي ڪيترن ئي ليتيم آئن کي گڏ ڪري سگھي ٿو، اعلي بيٽري جي گنجائش کي يقيني بڻائي.
(3) ليتيم آئنز جي داخل ٿيڻ ۽ ڪڍڻ دوران، ڪيٿوڊ مواد پنهنجي ساخت جي استحڪام کي برقرار رکي سگهي ٿو، اهڙيء طرح اليڪٽرروڊ لاء ڊگهي چڪر واري زندگي کي يقيني بڻائي ٿي.
(4) شاندار اليڪٽرانڪ ۽ آئن چالکائي رکي ٿو، مؤثر طريقي سان توانائي جي نقصان کي گھٽائي ٿو جيڪو پولرائيزيشن اثرات جي ڪري، ان ڪري بيٽري جي تيز چارج ۽ خارج ٿيڻ جي صلاحيت کي يقيني بڻائي ٿي.
(5) بيٽري جي آپريٽنگ وولٽيج جي حد اليڪٽرولائيٽ جي اليڪٽررو ڪيميڪل استحڪام واري حد جي اندر هجڻ گهرجي، ان ڪري اليڪٽرروڊ مواد ۽ اليڪٽرولائيٽ جي وچ ۾ غير ضروري ڪيميائي رد عمل کي گھٽ ڪرڻ.
(6) نه رڳو اهو هجڻ گهرجي گهٽ قيمت ۽ هڪ سادي ٺهڪندڙ عمل، پر اهو پڻ اعلي ماحولياتي دوستي کي ظاهر ڪرڻ گهرجي.
ان کان علاوه، ڪيٿوڊ مواد کي پڻ شاندار برقي ڪيميائي ۽ حرارتي استحڪام جو مظاهرو ڪرڻ گهرجي.
موجوده ڪيٿوڊ مواد کي بنيادي طور تي ٽن ڀاڱن ۾ ورهائي سگھجي ٿو انھن جي ڪرسٽل ڍانچي جي فرق جي بنياد تي: ① پرت وارو ڍانچو، جھڙوڪ ليٿيم ڪوبالٽ آڪسائيڊ (LiCoO2) ۽ ٽيرنري مواد (LiNiCo, Mni-x-yO2); ② زيتون جي جوڙجڪ، جهڙوڪ ليٿيم آئرن فاسفيٽ (LiFePO4)؛ ③ اسپينل ڍانچي آڪسائيڊس، جهڙوڪ ليٿيم مينگنيز آڪسائيڊ (LiMn2O4) ۽ ليٿيم نڪيل مينگانيز آڪسائيڊ (LiNi10.5Mn1.5O4). ڪيٿوڊس جي مختلف قسمن ۾ مختلف توانائي جي کثافت، برقي ڪيميڪل خاصيتون، ۽ قيمتون آهن، آخرڪار انهن کي مختلف شعبن ۽ ايپليڪيشن منظرنامن لاءِ موزون بڻائي ٿي. پرت وارو ڍانچو ڪيٿوڊ مواد ڪيٿوڊ مواد ڏانهن اشارو ڪري ٿو هڪ پرت واري مائڪرو ڪرسٽل ڍانچي سان، خاص طور تي ليٿيم ڪوبالٽ آڪسائيڊ، ليٿيم نڪيل ڪوبالٽ مينگنيز آڪسائيڊ، ۽ ليٿيم-رچ مينگنيز آڪسائيڊ شامل آهن. انهن مان، ليٿيم ڪوبالٽ آڪسائيڊ ۽ ليٿيم نڪيل ڪوبالٽ مينگنيز آڪسائيڊ هن وقت ڊجيٽل اليڪٽرانڪ شين ۾ ليٿيم-آئن بيٽرين ۽ پاور ليٿيم-آئن بيٽرين لاءِ سڀ کان وڌيڪ استعمال ٿيندڙ ڪيٿوڊ مواد آهن. اهي اعلي توانائي جي کثافت، شاندار چڪر ڪارڪردگي، ۽ سٺي مجموعي ڪارڪردگي سان منسوب ڪيا ويا آهن، پر دھات جي اعلي تناسب جهڙوڪ نکل، ڪوبالٽ، ۽ مينگنيز اعلي قيمتن جي ڪري ٿي.
ليتيم ڪوبالٽ آڪسائيڊ ڪيٿوڊ مواد
Lithium cobalt oxide (LiCoO2) آمريڪي سائنسدان ۽ ڪيمسٽري ۾ نوبل انعام حاصل ڪندڙ جي بي گُڊينف پاران دريافت ڪيو ويو، ۽ پهريون ڀيرو جاپان جي سوني ڪارپوريشن پاران 1990 جي ڏهاڪي ۾ مارڪيٽ ڪئي وئي. اڄ به، ليتيم ڪوبالٽ آڪسائيڊ ڪيٿوڊ مواد مان هڪ آهي، جنهن ۾ سڀ کان وڌيڪ مقدار جي توانائي جي کثافت آهي. انهي سبب لاء، اهو وڏي پئماني تي استعمال ڪيو ويندو آهي ڊجيٽل پائوچ سيل پروڊڪٽس جيڪي اعلي مقدار جي توانائي جي کثافت جي ضرورت هونديون آهن، جهڙوڪ موبائل فون، سمارٽ واچز، ۽ بلوٽوت هيڊ سيٽ.
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). ان کان علاوه، LiCoO2 ڏيکاري ٿو نسبتا اعلي برقي ۽ آئنڪ چالکائي، طاقت جي ڪارڪردگي، ۽ تيز-چارج خاصيتون، موجوده صارفين جي اليڪٽرانڪس بيٽرين جي گهرجن کي پورو ڪرڻ ۽ اهڙيء طرح ايپليڪيشنن جو هڪ وسيع سلسلو آهي. انهن ملڪيتن جي بنياد تي، LiCoO2 اڄ تائين بهترين ڪيٿوڊ مواد مان هڪ آهي.
ليٿيم ڪوبالٽ آڪسائيڊ لاءِ مکيه ٺهڪندڙ طريقن ۾ شامل آهن اعلي-درجه حرارت جو ٺهڪندڙ-رياست ٺهڪندڙ، سول-جيل سنٿيسس، ۽ گهٽ-درجه حرارت جي کوٽائي. اعليٰ-درجه حرارت واري سالڊ-رياست ٺهڻ ۾ ليٿيم سالٽ ۽ ڪوبالٽ- آڪسائيڊس يا هائيڊرو آڪسائيڊس شامل آهن هڪ مخصوص اسٽوچيوميٽرڪ تناسب ۾ ملائڻ، پوءِ مرکب کي هڪ خاص وقت لاءِ مناسب درجه حرارت تي calcining ڪرڻ، ان کان پوءِ ٿڌي ڪرڻ، pulverizing ۽ نمونو حاصل ڪرڻ لاءِ. جيتوڻيڪ اعلي-درجه حرارت جو سالڊ-رياست ٺهڪندڙ طريقو وڏي پيماني تي صنعتي پيداوار ۾ استعمال ڪيو ويندو آهي، اهو وقت آهي-جنهن لاءِ اعليٰ ٺهڪندڙ گرمي پد جي ضرورت هوندي آهي، ۽ اهم اسٽوچيوميٽرڪ انحرافن سان گڏ وڏا، اڻ برابري طور تي هڪجهڙائي وارا پائوڊر ٺاهيندا آهن، جنهن جي نتيجي ۾ قيمت ۾ ڪافي اضافو ٿيندو آهي.
فاسفيٽ ڪيٿوڊ مواد
1997 ۾، Goodenough et al. پهريون تجويز ڪيل ليٿيم آئرن فاسفيٽ (LiFePO4) ليٿيم-آئن بيٽرين لاءِ ڪيٿوڊ مواد طور.
ان جي گھٽ قيمت، مستحڪم ڍانچي ۽ اعلي حفاظت جي ڪري، ھي مواد بتدريج اليڪٽرڪ بسن ۽ انرجي اسٽوريج سسٽم ۾ ليٿيم-آئن بيٽرين لاءِ ترجيحي ڪيٿوڊ مواد مان ھڪڙو بڻجي ويو آھي.
ليتيم آئرن فاسفيٽ (LiFePO4) لوھ فاسفٽ (FePO4) سان گڏ ھڪڙي ساڳي ڪرسٽل ساخت ۽ ڪرسٽل سسٽم کي حصيداري ڪري ٿو. هن جو مطلب آهي ته مواد ليٿيم-آئن داخل ڪرڻ/ ڪڍڻ دوران گھٽ ۾ گھٽ حجم جي تبديليءَ جو تجربو ڪري ٿو، مؤثر طريقي سان حجم جي توسيع يا ٽڪراءَ جي ڪري لٽيس نقصان کي روڪي ٿو. ان کان علاوه، هي خاصيت ذرڙن ۽ conductive additives جي وچ ۾ سٺي برقي رابطي کي يقيني بڻائي ٿي، جنهن جي نتيجي ۾ شاندار چڪر جي استحڪام ۽ ڊگهي عمر. ان کان علاوه، ليتيم آئرن فاسفيٽ پنهنجي ماحولياتي دوستي، قيمت-اثرائتي، شاندار حفاظت، اعليٰ مخصوص گنجائش (تقريبن 170 mA·h/g)، ۽ مستحڪم چارج/ڊسچارج پليٽ فارم لاءِ مشهور آهي. انهن فائدن جي ڪري، ليٿيم آئرن فاسفيٽ کي وڏي-پيماني تي توانائي اسٽوريج ايپليڪيشنن ۾ ڪيٿوڊ مواد لاءِ هڪ مثالي انتخاب سمجهيو ويندو آهي.
طريقن ۾ شامل آهن sol-جيل پروسيس، نقل ڪرڻ جي ٽيڪنڪ، ۽ هائيڊروٿرمل سنٿيسس. خاص طور تي، هائيڊروٿرمل سنٿيسس سڌي طرح هڪ آٽوڪليو ۾ ٽارگيٽ پراڊڪٽ ٺاهي ٿو درجه حرارت ۽ دٻاءُ وڌائي، آساني سان موجود لوهه، ليٿيم ۽ فاسفورس مرکبات کي خام مال طور استعمال ڪندي. اهو طريقو ان جي سادي آپريشن، ننڍي ۽ يونيفارم ذري جي سائيز، ۽ گهٽ توانائي واپرائڻ لاء مشهور آهي. بهرحال، ان ۾ صنعتي پيداوار جون حدون آهن، بنيادي طور تي خاص طور تي ٺهيل دٻاءُ-مزاحمتي ڪنٽينر جي ضرورت جي ڪري. ٻئي طرف، Coprecipitation، هڪ حل سسٽم ۾ منعقد ڪيو ويندو آهي، جتي اڳوڻو مورفولوجي مختلف عنصر جهڙوڪ ڪنسنٽريشن، گرمي پد ڪنٽرول، پي ايڇ جي ترتيب، ۽ حرڪت جي شرح کان متاثر ٿيندي آهي. فيصلي واري ڪردار کي ڏسندي اهي پيرا ميٽر فائنل سينٽر ٿيل LiFePO مواد جي ڪارڪردگي ۾ ادا ڪن ٿا، تجرباتي حالتن جي محتاط چونڊ انتهائي اهم آهي. ھن طريقي سان تيار ڪيل شيون نه رڳو بھترين مائيڪرو اسٽرڪچر جون خاصيتون (يعني ننڍي ۽ يونيفارم ذرڙن جي سائيز) سان گڏ آھن پر بھترين اليڪٽرڪ ڪيميڪل پراپرٽيز کي پڻ ڏيکارين ٿيون. بهرحال، اها ڳالهه نوٽ ڪرڻ جي قابل آهي ته سڄي آپريشن جو عمل نسبتاً پيچيده آهي، ۽ پروسيسنگ دوران فلٽريشن چئلينجز ۽ فضول انتظام جا مسئلا پيدا ٿي سگهن ٿا.
ليٿيم مينگانيز آڪسائيڊ ۽ ليٿيم-ميلگنيز-بنياد ڪيٿوڊ مواد
ليتيم مينگنيز آڪسائيڊ
ليٿيم-آئن بيٽري ڪيٿوڊ مواد جي تحقيق ۾، ٻيو اهم ۽ تجارتي طور تي دستياب ڪيٿوڊ مواد آهي اسپنل-منظم ٿيل ليٿيم مينگنيز آڪسائيڊ (LiMn₂O₄) ڪيٿوڊ مواد جيڪو ٺڪرائي ايٽ ال پاران تجويز ڪيل آهي. 1983 ۾. اسپنل-ساخت ٿيل ليٿيم مينگنيز آڪسائيڊ ڪعبي ڪرسٽل سسٽم سان تعلق رکي ٿو. ان جي عام ڪيميائي ساخت LiMn₂O₄ آهي. LiMn₂O₄ ڪرسٽل ڍانچي ۾، آڪسيجن هڪ منهن ۾ هوندو آهي-مرڪز ڪعبي ويجهو-پيڪ ٿيل ڍانچي، جڏهن ته مينگنيز ۽ آڪسيجن هڪ آڪٽهڊرل ڍانچي ٺاهيندا آهن، جيئن هيٺ ڏنل شڪل ۾ ڏيکاريل آهي.
ميگنيز فطرت ۾ گھڻي مقدار ۾ موجود آهي، ۽ اسپنل-قسم جي ليٿيم مينگنيز آڪسائيڊ (LiMn2O4) جي تياري جون ٽيڪنڪ مختلف خصوصيتن جي نمائش ڪن ٿيون. مواد جي تجزيي جو رستو ۽ پروسيسنگ ٽيڪنالاجي سڌو سنئون اثر انداز ڪري ٿو مائڪرو ساخت ۽ اناج جي آخري پيداوار جي ترقي. تنهن ڪري، عملي ايپليڪيشنن ۾ اليڪٽرروڊ مواد جي اليڪٽررو ڪيميڪل ڪارڪردگي کي بهتر بڻائڻ لاءِ انهن ٺهڪندڙ عملن کي بهتر ڪرڻ انتهائي اهم آهي. في الحال، صنعت ۽ اڪيڊميا وڏي پيماني تي استعمال ڪري رهيا آهن ٻه مکيه قسم جا طريقا LiMn2O4 تيار ڪرڻ لاءِ: هڪ ته ٺوس خام مال جي وچ ۾ رابطي تي مبني آهي، جهڙوڪ هاءِ-Terperature solid-State Reaction, microwave-assisted synthesis, and impregnation treatment in molten salt media.
ٻي درجي ۾ مائع ماحول ۾ ڪيميائي ڦيرڦار شامل آهي، عام مثالن سميت سول-جيل ٽيڪنالاجي، هائيڊروٿرمل سنٿيسس، ۽ ڪوپريپيٽيشن ٽيڪنڪ شامل آهن. LiMnzO4 ان جي قيمت جي فائدي، شاندار حرارتي استحڪام، مضبوط اوورچارج مزاحمت، ۽ سٺو ماحولياتي فائدن جي ڪري وڏي پئماني تي ڌيان ڇڪايو آهي. بهرحال، هي مواد سائيڪلنگ ۽ اسٽوريج ڪارڪردگي ۾ نقص آهي، خاص طور تي تيز گرمي پد تي، جتي ان جي سائيڪل جي ڪارڪردگي خاص طور تي خراب ٿئي ٿي، ناقابل واپسي ظرفيت جي نقصان جي ڪري.
ليٿيم-ميلگنيز- تي ٻڌل
ليٿيم مينگانيز آڪسائيڊ کان سواءِ، پرت ٿيل ليٿيم-ميلگنيز- تي ٻڌل مواد ليٿيم-آئن بيٽرين لاءِ هڪ اڀرندڙ ڪيٿوڊ مواد جي طور تي تمام گهڻو ڌيان ڇڪايو آهي.
ليٿيم-رچ مينگنيز-بنياد ڪيٿوڊ مواد لاءِ تياري جا طريقا شامل آهن سولڊ-رياست طريقا، سول-جيل طريقا، ۽ co-ورڻ جا طريقا. سولڊ-رياست جو طريقو سڌو سنئون ميٽل آڪسائيڊس ۽ ميٽيل ڪاربونيٽ يا ميٽيل هائيڊرو آڪسائيڊس کي هڪ خاص تناسب ۾ ملائڻ شامل آهي، جنهن جي پٺيان هڪ اعلي-درجه حرارت جو سالڊ-رياست رد عمل ٿئي ٿو پرت وارو ليٿيم حاصل ڪرڻ لاءِ-ريچ مواد. سولڊ-اسٽيٽ ميٿڊ جا فائدا وڏي مقدار ۾ پرت ٿيل ليٿيم-رچ مواد کي گڏ ڪرڻ جي صلاحيت، ان جي تياري جو نسبتاً آسان طريقو، ۽ ان جي گهٽ قيمت آهي. نقصانات آھن سولڊ-اسٽيٽ sintering دوران سولڊ جو ناقص ڊفيوشن ڪوفيشينٽ، ۽ حقيقت اها آھي ته مختلف منتقلي ڌاتن ۾ سولڊ-ريڪشن ۾ مختلف تفاوت جي شرح ھوندي آھي، جنھن ڪري ذرڙن لاءِ ڪافي پکڙجڻ ڏکيو ھوندو آھي. تنهن ڪري، ٺهيل مواد جي هڪجهڙائي خراب آهي، جيڪا ڪيٿوڊ مواد جي ڪارڪردگي کي متاثر ڪري ٿي. سول-جيل جي طريقي ۾ شامل آهي پهريون هڪ منتقلي ڌاتو لوڻ جو حل شامل ڪرڻ لاءِ انٽيگريٽر ۾ هڪ سول ٺاهيو، پوءِ ان کي جيل ٺاهڻ لاءِ پاڻيءَ کي بخاري بڻايو وڃي، ۽ آخر ۾ ان کي خشڪ ڪري ان کي لڪايو وڃي ته جيئن پرت واري ليٿيم-رچ مواد حاصل ڪري سگهجي. اهو طريقو يونيفارم ورهائڻ ۽ اعلي پاڪائي سان مواد پيدا ڪري ٿو، ۽ اليڪٽروڊس پيدا ڪري ٿو سٺي برقي ڪيميائي ڪارڪردگي ڏيکاري ٿو. بهرحال، ان جي خرابين ۾ هڪ ڊگهو ٺهڪندڙ چڪر شامل آهي، ڪيترن ئي انٽيگريٽرز جي ضرورت آهي (نامياتي تيزاب يا ايٿيلين گليڪول)، نتيجي ۾ اعلي قيمتون. ان کان علاوه، پيدا ٿيل پرت وارو ليٿيم-رچ مواد گهڻو ڪري نفيس نانو/مائڪرون ذرڙا هوندا آهن جن ۾ حقيقي کثافت گهٽ هوندي آهي. تنهن ڪري، هي طريقو هن وقت بنيادي طور تي ليبارٽري سيٽنگن ۾ استعمال ڪيو ويندو آهي پرت واري ليٿيم-رچ مواد ٺاهڻ ۽ ڪمرشلائز ڪرڻ ڏکيو آهي.
اعلي-نڪل ڪيٿوڊ مواد
محققن ڊگهي عرصي کان اعليٰ-درجه حرارت جي استحڪام ۽ بهترين شرح جي ڪارڪردگي کي بنيادي مقصد جي طور تي ڳولي رهيا آهن جڏهن ڪيٿوڊ کي ترقي ڪندي
ليٿيم-آئن بيٽرين لاءِ مواد. ٽن وڏين موادن مان - LiCoO₂, LiNi₁ₓ₋ᵧCoₓMnᵧO₂ (NCM)، ۽ LiFePO₄ - NCM ان جي نسبتاً اعليٰ مخصوص گنجائش، نسبتاً گهٽ خام مال ۽ دوستانه ماحول جي مقابلي ۾، نسبتاً گهٽ خام مال ۽ بهتر ₂ دوستانه قيمتن جي ڪري، سڀ کان وڌيڪ اميد رکندڙ ڪيٿوڊ مواد مان هڪ سمجهيو ويندو آهي. روايتي مواد جي ڀيٽ ۾ قيمت فائدا.
ھن قسم جي مواد ۾ ساڳي -NaFeO₂-قسم جي پرت واري ڪرسٽل جي جوڙجڪ آھي ۽ ان جو تعلق R-3m خلائي گروپ سان آھي. اهو تصور پهريون ڀيرو ليو ايٽ ال پاران پيش ڪيو ويو. 1999 ۾. اهو هوشياريءَ سان ٽن ڪيٿوڊ مواد - ليٿيم ڪوبالٽ آڪسائيڊ (LiCoO₂)، ليٿيم نڪيل آڪسائيڊ (LiNiO₂)، ۽ ليٿيم مينگانيز آڪسائيڊ (LiMnO₂) جي فائدن کي گڏ ڪري ٿو - ۽ مؤثر طريقي سان معاوضو ڏئي ٿو (هر هڪ فرد ۾ ڏيکاريل مواد کي مختصر طور تي 5-6 ۾ ڏيکاريل آهي). منتقلي ڌاتو عناصر جي تناسب کي ترتيب ڏيڻ سان، مخصوص ظرفيت، چڪر جي ڪارڪردگي، حفاظت ۽ قيمت جي وچ ۾ بهترين توازن وڌيڪ حاصل ڪري سگهجي ٿو.
ليٿيم نڪيل ڪوبالٽ مينگنيز آڪسائيڊ (NCM) ٽرنري ڪيٿوڊ مواد جي ڪرسٽل ڍانچي بنيادي طور تي LiCoO2 جي برابر آهي، ٻنهي جو تعلق هيڪساگونل پرت واري ڍانچي سان آهي.
