Ličio{0}}jonų baterijos technologijos sistemoje pagrindinis energijos kaupimo ir išleidimo elementas yra pagrindinis elementas, lemiantis akumuliatoriaus našumą, naudojimo trukmę ir saugumą. Iš esmės jis efektyviai paverčia cheminę energiją į elektros energiją grįžtamai įterpiant ir ištraukiant ličio jonus tarp teigiamų ir neigiamų elektrodų, o tai atlieka nepakeičiamą vaidmenį šiuolaikinėje naujoje energijos srityje. Gilus ličio -jonų baterijų elementų struktūros, principų ir charakteristikų supratimas yra labai svarbus norint suvokti baterijų technologijų plėtros trajektoriją ir optimizuoti taikymą.
Struktūriškai tipiškas ličio{0}}jonų akumuliatoriaus elementas daugiausia susideda iš penkių dalių: teigiamo elektrodo, neigiamo elektrodo, elektrolito, separatoriaus ir korpuso. Teigiamų elektrodų medžiagoje paprastai naudojami sluoksniuotieji oksidai (pvz., ličio nikelio kobalto mangano oksidas ir ličio nikelio kobalto aliuminio oksidas), olivino fosfatai (pvz., ličio geležies fosfatas) arba špinelio - tipo ličio mangano oksidas, atsakingas už ličio anglies jonus. Neigiamas elektrodas daugiausia sudarytas iš grafito, o kai kuriuose aukščiausios klasės -elementuose naudojamos silicio- kompozicinės medžiagos, siekiant padidinti talpą; jo funkcija yra priimti ir saugoti ličio jonus įkrovimo metu. Elektrolitas paprastai yra organinių karbonatų tirpiklių ir ličio druskų (pvz., ličio heksafluorfosfato) mišinys, naudojamas kaip jonų laidumo terpė. Atskyriklis yra izoliacinė medžiaga su mikroporinga struktūra, skirta užkirsti kelią tiesioginiam teigiamo ir neigiamo elektrodo kontaktui, taip užkertant kelią trumpiesiems jungimams, kartu leidžiant ličio jonams laisvai praeiti. Išorinis korpusas užtikrina mechaninę apsaugą ir sandarią aplinką, dažniausiai aliuminio -plastikinės plėvelės (minkštos pakuotės), plieno arba aliuminio korpuso pavidalu.
Ličio{0}}jonų akumuliatoriaus elemento veikimo principas pagrįstas elektrochemine redokso reakcija. Įkrovimo metu, veikiant veikiančiam elektriniam laukui, ličio jonai išsiskiria iš teigiamo elektrodo gardelės, praeina per elektrolitą ir separatorių ir įsiterpia tarp neigiamo elektrodo medžiagos sluoksnių. Elektronai teka į neigiamą elektrodą per išorinę grandinę, paversdami elektros energiją chemine energija. Iškrovos procesas yra atvirkštinis: ličio jonai išsiskiria iš neigiamo elektrodo ir grįžta į teigiamą elektrodą, o elektronai atlieka darbą per išorinę grandinę, aprūpindami apkrovą elektros energija. Šis „supamosios kėdės“ reakcijos mechanizmas suteikia ličio baterijų pranašumus – didelį energijos tankį ir ilgą ciklo tarnavimo laiką, taip pat kelia griežtus medžiagų stabilumo, sąsajų suderinamumo ir gamybos tikslumo reikalavimus.
Akumuliatoriaus elemento veikimo charakteristikos tiesiogiai lemia jo taikymo scenarijus. Kalbant apie energijos tankį, didelės-nikelio trinarės ličio-jonų ląstelės gali pasiekti 250-300 Wh/kg, tinka elektrinėms transporto priemonėms, kurioms keliami dideli atstumo reikalavimai; ličio geležies fosfato elementų energijos tankis yra šiek tiek mažesnis (apie 150{7}}200 Wh/kg), tačiau pasižymi puikiu aukštos-temperatūros ciklo stabilumu ir saugumu, taip pat plačiai naudojami energijos kaupimui ir komercinėse transporto priemonėse. Sparčio našumas atspindi didelę{10}}elemento įkrovimo ir iškrovimo srovę. Skaičiavimo charakteristikas galima pagerinti pagal medžiagos nano{13}dydžius, laidžių agentų optimizavimą ir konstrukcijos dizainą, kad atitiktų greito įkrovimo ir didelės galios poreikius. Ciklo trukmė yra glaudžiai susijusi su elektrodų medžiagų struktūriniu stabilumu, SEI plėvelės (kietosios elektrolito sąsajos plėvelės) vienodumu ir elektrolito atsparumu oksidacijai. Aukštos kokybės ląstelės gali pasiekti daugiau nei 2000 gilių ciklų kambario temperatūroje.
Saugumas yra svarbiausias elementas projektuojant elementą. Šiluminis nutekėjimas yra pagrindinė rizika, kylanti dėl egzoterminių reakcijų grandinės, kurią sukelia per didelis įkrovimas, trumpieji jungimai, aukšta temperatūra arba per didelis iškrovimas. Modifikavus medžiagas (pvz., teigiamo elektrodo dangą ir neigiamo elektrodo išankstinį-litavimą), dengiant separatorių keraminėmis dangomis, elektrolite naudojant antipirenus priedus ir projektuojant apsauginius vožtuvus, galima žymiai pagerinti baterijų elementų terminį stabilumą ir atsparumą piktnaudžiavimui. Be to, gamybos proceso švaros ir nuoseklumo kontrolė taip pat yra labai svarbi; Užteršimas pašalinėmis medžiagomis arba netinkamas elektrodų išlygiavimas gali sukelti vietinius mikro-trumpuosius jungimus, kurie gali sukelti pavojų saugai.
Šiuo metu ličio{0}}jonų baterijų elementų technologija tobulėja siekiant didesnio energijos tankio, didesnio saugumo, mažesnės kainos ir ekologiškumo. Tikimasi, kad kietojo kūno elektrolitų naudojimas visiškai pašalins nuotėkio ir degimo riziką, susijusią su skystais elektrolitais; sukūrus kobalto-be kobalto ir mažai-nikelio teigiamas elektrodų medžiagas, galima sumažinti priklausomybę nuo išteklių ir išlaidas; ir naujoviškos gamybos technologijos, pvz., sausų elektrodų procesai, gali pagerinti gamybos efektyvumą ir sumažinti energijos sąnaudas. Kaip pagrindinis energijos kaupimo ir maitinimo sistemų vienetas, nuolatinės ličio{6}}jonų baterijų elementų naujovės suteiks tvirtą paramą sparčiai vystant naujas energiją naudojančias transporto priemones, išmaniuosius tinklus ir nešiojamus elektroninius prietaisus.
