A batteria à iòni de litiol’é unna batteria ricaricabile ch’a deuvia doî materiali boin à inserî e deintercalâ de forma reverscibile di ioin de litio comme elettrodi poxitivi e negativi rispettivamente. Durante a carrega, i atomi de litio inte l’elettrodo poxitivo se ionizzan inte di ioin de litio e elettroin liberi.
Dapeu sti ioin de litio migran verso l’elettrodo negativo e se combiñan co-i elettroin liberi lì pe formâ di atomi de litio. Pe contra, durante a descharge, i atomi de litio inte l’elettrodo negativo se reionizzan inte di ioin de litio e elettroin liberi e dapeu se combiñan torna inte l’elettrodo poxitivo pe formâ torna di atomi de litio. De conseguensa, inte tutto o çiclo de carrega de descarica, o litio o l’existe delongo in forma iònica e mai in forma de litio metallico, ch’a l’é a raxon pe-a quæ sto tipo de batteria o piggia o nomme de batteria à iòni de litio. Basæ in sce di disegni despægi, e battëie à iòni de litio ciù commun in sciô mercou en de çellole à sacchetto, de çellole çilindriche e de çellole à botton. O materiale di elettrodi poxitivi de battëie à iòni de litio pe-o sòlito o l’é un compòsto ricco de litio, comme LiCoO2, LiFePO4, LiNiO e LiMnzO2. O materiale di elettrodi negativi de battëie à iòni de litio o l’é basou pe-o ciù in sciâ grafite. Pe quello ch’o l’à da fâ con l’elettrolito, pe-o sòlito se deuvia de soluçioin de sæ speçifiche de litio (comme LiPF6, LiASF6 e LiCIO4) dissòlte inte di solventi organichi. Sti solventi organichi peuan ëse o carbonato d’etilene (EC) ò o carbonato de dietile (DEC), etc. Quande a batteria a l’é inte un çiclo de carrega, i ioin de litio migran avanti e inderê tra i elettrodi poxitivi e negativi. Sto proçesso o l'é descrito figurativamente comme unna "batteria de sedia à dondolâ", comme mostrou into diagramma chì sotta.
Piggiando comme exempio e battëie à iòni de litio con l’òscido de cobalto de litio (LiCoO2) comme elettrodo poxitivo e a grafite comme elettrodo negativo, a seu esprescion elettrochimica a l’é: ({2}})CI LiPF(EC+ DEC) / LiCoO2(+).
Reaçion poxitiva de l’elettrodo:
Reaçion negativa de l’elettrodo:5.2
Reaçion complesciva:5.3
In sostansa, unna batteria à ioin de litio a peu vegnî vista comme un dispoxitivo ch’o fonçioña in sciâ base de differense inta conçentraçion de ioin de litio. Durante a carrega, i ioin de litio vëgnan relasciæ da-o materiale de l’elettrodo poxitivo, passan pe l’elettrolito e s’incorporan into materiale de l’elettrodo negativo, rendendo l’elettrodo negativo ricco de litio, tanto che l’elettrodo poxitivo o l’é relativamente pöveo de litio. A-o mæximo tempo, pe mantegnî l’equilibrio de carrega do scistema intrego, i elettroin correspondenti vëgnan fornii à l’elettrodo negativo basou in sciô carbònio pe mezo de un circuito esterno. Pe contra, durante a descharge, i ioin de litio migran da l’elettrodo negativo à l’elettrodo poxitivo, provocando che l’elettrodo poxitivo o vëgne ricco de litio. Pe-o sòlito, durante i çicli de carrega normale de descharge, i ioin de litio s’incorporan e s’estraxan ciù e ciù vòtte tra i materiali de carbònio stratificæ e i òscidi. Sto proçesso o se manifesta sorviatutto comme di cangi inta distansa tra i seu e o no l’interrompe a struttua de cristallo de base di materiali. De conseguensa, da-o ponto de vista da reverscibilitæ da reaçion, i cangi chimichi drento de unna batteria à iòni de litio en conscideræ un proçesso reverscibile assæ ideale. Unna batteria à iòni de litio a comprende quattro componenti de base: elettrodi, elettrolito, separatô e involucro. I elettrodi son o componente do nucleo de unna batteria à iòni de litio, ch’a consciste inte di materiali attivi, di agenti conduttoî, di ligammi e di collettoî de corrente. I materiali attivi (ò materiali d’elettrodi) son i materiali d’elettrodi inte battëie à iòni de litio che relascian de l’energia elettrica pe mezo de reaçioin elettrochimiche durante a carrega e a descarrega. Determinan a prestaçion elettrochimica e e caratteristiche de base de battëie à iòni de litio. I materiali attivi comprendan di materiali d’elettrodi poxitivi e di materiali d’elettrodi negativi. I materiali pe elettrodi poxitivi en pe-o ciù di compòsti de metallo compòsti in pöve con di potensiæ relativamente erti (respetto a-i elettrodi de metallo de litio), comme LiCoO2, LiMnO4, LiNi1{24}}x{25}Co:MnyO2, LiCo:O}e{26,
I materiali d’elettrodi negativi comprendan di materiali de carbònio, di materiali de lega e di materiali d’òscido de metallo. A-o momento i prinçipæ materiali d’elettrodi poxitivi e negativi pe-e battëie à iòni de litio deuviæ pe coscì inti dispoxitivi portatili son LiCoO2 e grafite rispettivamente. Pe de ciù, pe-o sòlito vëgne azzonto di agenti conduttoî (comme o neigro d’açetileno) durante a fabricaçion di elettrodi pe megioâ a conduttivitæ di materiali di elettrodi poxitivi e negativi pe satisfâ megio e neçescitæ d’applicaçion prattica de battëie à iòni de litio. Pe fâ de mòddo che i materiali granulari di elettròdi poxitivi e negativi e i agenti conduttoî s’addeuvian fermamente a-o collettô de corrente, pe-o sòlito ven azzonto un ligante. I ligammi commun en clascificæ comme à base d’euio- e à base d’ægua-. I liganti à base d’euio comprendan pe-o ciù o fluoruro de polivinilideno (PVDF) e o politetrafluoroetilene (PTFE), mentre i liganti à base d’ægua son pe-o ciù a gomma de carboscimetil çellolosa/stirene (CMC/SBR). A fonçion prinçipâ do collettô de corrente a l’é de condue di elettroin da-o materiale attivo e de distribuî a corrente de mainea uniforme, tanto ch’o sostëgne ascì o materiale attivo. Pe commun i collettoî de corrente an da avei unn’erta rescistensa mecanica, unna boña stabilitæ chimica e unn’erta conduttivitæ. O collettô de corrente pe l’elettrodo poxitivo o l’é unna pellicola d’alluminio e o collettô de corrente pe l’elettrodo negativo o l’é unna pellicola de rammo.
O ròllo de l’elettrolito o l’é de condue i ioin de litio tra i elettrodi poxitivi e negativi. A çernia de l’elettrolito a determina pe-a ciù parte o prinçipio de fonçionamento da batteria e a l’influisce in sciâ seu energia speçifica, in sciâ prestaçion de seguessa, in sciâ prestaçion do çiclo, in sciâ prestaçion de velocitæ, in sciâ prestaçion à bassa temperatua e in sciâ prestaçion de conservaçion. A-o momento e battëie à iòni de litio che se peuan accattâ in sciô mercou deuvian pe-o ciù di scistemi d’elettroliti no aquoxi, che comprendan di solventi organichi e di sæ de litio conduttoî. O solvente organico o l’é o componente prinçipâ de l’elettrolito e o l’é ligou streitamente a-a seu prestaçion; pe-o sòlito a l’é unna mescciua de solventi organichi comme o carbonato d’etilene, o carbonato de propilene, o carbonato de dimetile e o carbonato de metile etile. A sâ de litio conduttiva a fornisce i ioin de litio che vëgnan trasportæ tra i elettrodi poxitivi e negativi e a l’é compòsta da di anioin inorganichi ò organichi e di ioin de litio. A-o momento, o sâ de litio conduttô prinçipâ ch’o se peu disponibile in sciô mercou o l’é LiPF6. Inta neuva era, pe megioâ e prestaçioin elettrochimiche de battëie à iòni de litio e razzonze çerte fonçioin particolæ, tante vòtte vëgne azzonto di additivi fonçionali, comme i retardanti de sciamma, à l’elettrolito.
Inta progettaçion de battëie à iòni de litio, o separatô o s’attreuva tra i elettrodi poxitivi e negativi e a seu fonçion prinçipâ a l’é de prevegnî o contatto diretto tra i doî elettrodi, evitando coscì di circuiti curti. Into mæximo tempo, l’unica struttua microporosa de sto materiale a permette a-i ioin de litio de passâ liberamente.O separatô o zeuga un ròllo fondamentâ inta capaçitæ de conservaçion da batteria, inta duâ do çiclo e inta seguessa complesciva; donca, l’utilizzaçion de un separatô d’erta-qualitæ o peu scignificativamente megioâ a prestaçion elettrochimica complesciva da batteria. A-o momento e qualitæ de separatoî deuviæ ciù de spesso in sciô mercou en di pellicole d’erta rescistensa fæti de poliolefiñe, compreiso di produti poroxi fæti de polipropilene e polietilene, coscì comme di produti produti pe mezo da copolimerizzaçion de propilene e etilene ò pe mezo de l’omopomero de polietilene. L’utilizzaçion de solventi no aquoxi inte battëie à ioin de litio a pòrta à unna conduttivitæ de ioin de litio ciù bassa, e donca a domanda unna gran area d’elettrodi. Pe de ciù, l’utilizzaçion de unna struttua avvolta à spirale durante l’assemblaggio de battëie o veu dî che a prestaçion da battëia a no depende solo che da-i mæximi elettrodi, ma ascì da-i liganti deuviæ inta produçion de battëie. Sti liganti devan garantî l’uniformitæ e a seguessa di materiali attivi durante a fabricaçion di elettrodi, ligâ effettivamente i materiali attivi a-o collettô de corrente, façilitâ a formaçion de un film protettivo SEI (interfase sòlida) in sce l’anòdo de grafite, mantegnî unna stabilitæ termica suffiçiente e during l’elettrodo.
L’involucro esterno o l’é o contegnitô de unna batteria à iòni de litio-. E involucri deuviæ pe commun comprendan involucri d'äsâ, involucri d'alluminio e involucri compòxiti de plastica d'alluminio-. Pe commun, l'involucro o l'é neçessäio pe rescistî a-i cangi de temperatue erte e basse e a-a corroxon de l'elettrolito.