A батареяи литий-батареяи барқгиранда аст, ки ду маводро истифода мебарад, ки қодиранд ионҳои литийро мутаносибан ҳамчун электродҳои мусбат ва манфӣ ба таври баръакс ворид ва деинтеркализатсия кунанд. Ҳангоми пуркунӣ, атомҳои литий дар электроди мусбат ба ионҳои литий ва электронҳои озод ионизатсия мешаванд.
Ин ионҳои литий баъдан ба электроди манфӣ муҳоҷират мекунанд ва бо электронҳои озод дар он ҷо якҷоя шуда атомҳои литийро ташкил медиҳанд. Баръакс, ҳангоми разряд атомҳои литий дар электроди манфӣ ба ионҳои литий ва электронҳои озод дубора ионизатсия мешаванд ва сипас дар электроди мусбӣ дубора муттаҳид шуда, атомҳои литийро ташкил медиҳанд. Аз ин рӯ, дар тамоми давраи разряд-, литий ҳамеша дар шакли ионӣ мавҷуд аст ва ҳеҷ гоҳ дар шакли литийи металлӣ нест, аз ин рӯ ин навъи батареяро батареяи литий- меноманд. Бар асоси тарҳҳои гуногун, маъмултарин батареяҳои литий- дар бозор ҳуҷайраҳои халтаҳо, ҳуҷайраҳои силиндрӣ ва ҳуҷайраҳои тугмаҳо мебошанд. Маводи мусбати электроди батареяҳои литий- одатан як пайвастагии бойи литий- ба монанди LiCoO2, LiFePO4, LiNiO ва LiMnzO2 мебошад. Маводи электроди манфии батареяҳои литий{12}} асосан ба графит асос ёфтааст. Дар мавриди электролит, одатан маҳлулҳои намаки мушаххаси литий (ба монанди LiPF6, LiASF6 ва LiCIO4) дар ҳалкунандаҳои органикӣ гудохта мешаванд. Ин ҳалкунандаҳои органикӣ метавонанд карбонати этилен (EC) ё диэтилкарбонати (DEC) ва ғайра бошанд. Вақте ки батарея дар давраи разряди барқ -мебошад, ионҳои литий байни электродҳои мусбат ва манфӣ ба пеш ва бозгашт ҳаракат мекунанд. Ин раванд ба таври маҷозӣ ҳамчун "батареяи курсии чархзананда" тавсиф карда мешавад, ки дар диаграммаи зер нишон дода шудааст.
Гирифтани батареяҳои литий-бо оксиди кобальти литий (LiCoO2) ҳамчун электроди мусбат ва графит ҳамчун электроди манфӣ ҳамчун мисол, ифодаи электрохимиявии он чунин аст: (-)CI LiPF(EC+ DEC) / LiCoO2(+).
Реаксияи мусбати электрод:
Реаксияи манфии электрод: 5.2
Реаксияи умумӣ: 5.3
Аслан, батареяи литий-ро метавон ҳамчун дастгоҳе баррасӣ кард, ки дар асоси фарқияти консентратсияи литий- кор мекунад. Ҳангоми пуркунӣ ионҳои литий аз маводи электроди мусбат ҷудо шуда, аз электролит гузашта, ба маводи электроди манфӣ дохил мешаванд ва электроди манфии литий-ро бой мегардонад, дар ҳоле ки электроди мусбӣ нисбатан литий- камбизоат аст. Ҳамзамон, барои нигоҳ доштани мувозинати заряди тамоми система, электронҳои мувофиқ ба электроди манфии карбон,{6}}ба воситаи занҷири беруна дода мешаванд. Баръакс, ҳангоми разряд ионҳои литий аз электроди манфӣ ба электроди мусбат мегузаранд ва боиси аз электроди мусбат литий- бой мешаванд. Одатан, дар давоми давраҳои разряди муқаррарӣ, ионҳои литий дар байни маводи қабати карбон ва оксидҳо такроран ҷойгир ва ҷудо мешаванд. Ин раванд пеш аз ҳама ҳамчун тағирёбии фосилаи байни қабатҳо зоҳир мешавад ва сохтори асосии кристалии маводҳоро вайрон намекунад. Аз ин рӯ, аз нуқтаи назари бозгаштпазирии реаксия, тағироти кимиёвӣ дар дохили батареяи литий{13}} як раванди хеле идеалии бозгаштшаванда ҳисобида мешавад. Батареяи литий{15}} аз чор ҷузъи асосӣ иборат аст: электродҳо, электролит, ҷудокунанда ва корпус. Электродҳо ҷузъи асосии батареяи литий{17}} мебошанд, ки аз маводи фаъол, агентҳои ноқилӣ, пайвасткунанда ва коллекторҳои ҷорӣ иборатанд. Маводҳои фаъол (ё маводи электрод) маводи электрод дар батареяҳои литий{19}} мебошанд, ки ҳангоми пуркунӣ ва холӣ энергияи барқро тавассути реаксияҳои электрохимиявӣ ҷудо мекунанд. Онҳо кори электрохимиявӣ ва хусусиятҳои асосии батареяҳои литий-иро муайян мекунанд. Маводҳои фаъол маводи электроди мусбат ва маводи электроди манфиро дар бар мегиранд. Маводҳои электродҳои мусбат асосан пайвастагиҳои металлии таркибии хокаи дорои потенсиалҳои нисбатан баланд (нисбат ба электродҳои металлии литий) мебошанд, ба монанди LiCoO₂, LiMnO₄, LiNi₁-x-Co:MnyO₂, LiCo:Ni-O₂, ва.
Маводҳои электродҳои манфӣ маводи карбон, маводи хӯлаи ва маводи оксиди металлиро дар бар мегиранд. Дар айни замон маводи асосии электродҳои мусбат ва манфии батареяҳои литий-, ки дар дастгоҳҳои сайёр васеъ истифода мешаванд, мутаносибан LiCoO₂ ва графит мебошанд. Илова бар ин, одатан ҳангоми сохтани электродҳо агентҳои ноқилӣ (масалан, ацетиленҳои сиёҳ) илова карда мешаванд, то гузаронандагии маводи электродҳои мусбат ва манфиро беҳтар қонеъ кунанд, то эҳтиёҷоти амалии батареяҳои литий-ро беҳтар қонеъ созанд. Барои он ки маводҳои электродҳои мусбат ва манфии гранулӣ ва агентҳои гузаронанда ба коллектори ҷорӣ сахт пайваст шаванд, одатан як пайвандак илова карда мешавад. Пайвасткунакҳои маъмулӣ ба равған-ва-асоси об тасниф мешаванд. Пайвасткунакҳои нафтӣ асосан фториди поливинилиден (PVDF) ва политетрафторэтиленро (PTFE) дар бар мегиранд, дар ҳоле ки пайвандҳои обӣ асосан карбоксиметилселлюлоза/стирол-каучук бутадиен (CMC/SBR) мебошанд. Вазифаи асосии коллектори ҷараён аз он иборат аст, ки электронҳо аз маводи фаъол интиқол дода шавад ва ҷараён баробар тақсим карда шавад, дар ҳоле ки маводи фаъолро дастгирӣ мекунад. Аз коллекторҳои ҷорӣ одатан қувваи баланди механикӣ, устувории хуби химиявӣ ва гузарониши баланд талаб карда мешавад. Коллектори ҷорӣ барои электроди мусбат фолгаи алюминий ва коллектори ҷорӣ барои электроди манфӣ фолгаи мис мебошад.
Нақши электролит аз гузаронидани ионҳои литий байни электродҳои мусбат ва манфӣ иборат аст. Интихоби электролит асосан принсипи кори батареяро муайян мекунад ва ба энергияи мушаххаси он, иҷрои бехатарӣ, иҷрои давра, иҷрои суръат, кори паст-ҳарорати нигоҳдорӣ ва нигоҳдорӣ таъсир мерасонад. Дар айни замон, батареяҳои литий{3}}иони, ки дар тиҷорат дастрас мебошанд, асосан системаҳои электролитии обӣ-ро истифода мебаранд, ки ҳалкунандаҳои органикӣ ва намаки литийи ноқилро дар бар мегиранд. Ҳалкунандаи органикӣ ҷузъи асосии электролит буда, бо иҷрои он зич алоқаманд аст; он маъмулан омехтаи ҳалкунандаҳои органикӣ ба монанди карбонати этилен, карбонати пропилен, карбонати диметил ва карбонати метил мебошад. Намаки литийи гузаронанда ионҳои литийро таъмин мекунад, ки байни электродҳои мусбат ва манфӣ интиқол дода мешаванд ва аз анионҳои ғайриорганикӣ ё органикӣ ва ионҳои литий иборатанд. Дар айни замон, намаки асосии литийи ноқилӣ, ки дар тиҷорат дастрас аст, LiPF6 мебошад. Дар давраи нав, барои беҳтар кардани кори электрохимиявии батареяҳои литий{9}} ва ноил шудан ба баъзе вазифаҳои махсус, ба электролитҳо иловаҳои функсионалӣ, аз қабили ретардантҳои оташ, илова карда мешаванд.
Дар тарҳрезии батареяи литий-, ҷудокунанда дар байни электродҳои мусбат ва манфӣ ҷойгир аст ва вазифаи асосии он пешгирӣ кардани тамоси мустақими байни ду электрод мебошад, ки аз ноқилҳои кӯтоҳ пешгирӣ мекунад. Ҳамзамон, сохтори беназири микропоруси ин мавод имкон медиҳад, ки ионҳои литий ба воситаи озодона гузаранд. Сепаратор дар иқтидори нигоҳдории батарея, мӯҳлати давра ва бехатарии умумӣ нақши ҳалкунанда мебозад; аз ин рӯ, истифодаи сепаратори баландсифат- метавонад кори умумии электрохимиявии батареяро хеле беҳтар кунад. Дар айни замон навъҳои сепараторҳо дар бозор васеътар истифода мешаванд, ки аз полиолефинҳо, аз ҷумла маҳсулоти ковокӣ аз полипропилен ва полиэтилен сохта шудаанд, инчунин маҳсулоте, ки тавассути сополимеризатсияи пропилен ва этилен ё танҳо бо истифода аз гомополимери полиэтиленӣ истеҳсол мешаванд, аз полиолефинҳо сохта шудаанд. Истифодаи ҳалкунандаҳои обӣ дар батареяҳои литий- боиси паст шудани ноқилӣ и литий- мешавад ва аз ин рӯ майдони калони электродро талаб мекунад. Ғайр аз он, истифодаи сохтори захми спиралӣ ҳангоми васлкунии батарея маънои онро дорад, ки кори батарея на танҳо аз худи электродҳо, балки аз пайвандакҳое, ки дар истеҳсоли батарея истифода мешаванд, вобаста аст. Ин пайвандҳо бояд яксонӣ ва бехатарии маводҳои фаъолро ҳангоми сохтани электрод таъмин кунанд, маводҳои фаъолро ба коллектори ҷорӣ ба таври муассир пайваст кунанд, ба ташаккули плёнкаи муҳофизатии SEI (-интерфазаҳои клектролитӣ) дар аноди графитӣ мусоидат кунанд, дар вақти хушккунӣ устувории гармии кофиро нигоҳ доранд ва тавассути электрот самаранок тар карда шаванд.
Сарпӯши берунӣ контейнери батареяи литий- мебошад. Корпусҳои маъмулан истифодашаванда корпусҳои пӯлодӣ, корпусҳои алюминӣ ва-пластикҳои пластикии алюминийро дар бар мегиранд. Одатан, корпус барои тоб додан ба тағирёбии ҳарорати баланд ва паст ва зангзании электролит талаб карда мешавад.