A litium{0}}ion batareyalitium ionlarını müvafiq olaraq müsbət və mənfi elektrodlar kimi geri daxil etmək və deinterkalasiya etmək qabiliyyətinə malik iki materialdan istifadə edən təkrar doldurulan batareyadır. Yükləmə zamanı müsbət elektroddakı litium atomları litium ionlarına və sərbəst elektronlara ionlaşır.
Bu litium ionları daha sonra mənfi elektroda miqrasiya edir və oradakı sərbəst elektronlarla birləşərək litium atomlarını əmələ gətirir. Əksinə, boşalma zamanı mənfi elektroddakı litium atomları litium ionlarına və sərbəst elektronlara yenidən ionlaşır və sonra müsbət elektrodda yenidən litium atomlarını əmələ gətirir. Buna görə də, bütün boşalma dövrü ərzində litium həmişə ion şəklində olur və heç vaxt metal litium şəklində olmur, buna görə də bu tip akkumulyator litium-ion batareyası adlanır. Müxtəlif dizaynlara əsaslanaraq, bazarda ən çox yayılmış litium{5}}ion batareyalar çanta hüceyrələr, silindrik hüceyrələr və düymə hüceyrələridir. Litium-ion batareyalarının müsbət elektrod materialı adətən LiCoO2, LiFePO4, LiNiO və LiMnzO2 kimi litium{8}} ilə zəngin birləşmədir. Litium ion batareyalarının mənfi elektrod materialı-əsasən qrafitə əsaslanır. Elektrolitlə əlaqədar olaraq, üzvi həlledicilərdə həll olunan xüsusi litium duzlarının (məsələn, LiPF6, LiASF6 və LiCIO4) məhlullarından istifadə olunur. Bu üzvi həlledicilər etilen karbonat (EC) və ya dietil karbonat (DEC) və s. ola bilər. Batareya boşalma dövrəsində- olduqda, litium ionları müsbət və mənfi elektrodlar arasında irəli-geri miqrasiya edir. Bu proses məcazi şəkildə aşağıdakı diaqramda göstərildiyi kimi "sallanan kreslo batareyası" kimi təsvir edilmişdir.
Nümunə olaraq müsbət elektrod kimi litium kobalt oksidi (LiCoO2) və mənfi elektrod kimi qrafit olan litium{0}}ion batareyaları götürsək, onun elektrokimyəvi ifadəsi belədir: (-)CI LiPF(EC+ DEC) / LiCoO2(+).
Müsbət elektrod reaksiyası:
Mənfi elektrod reaksiyası: 5.2
Ümumi reaksiya: 5.3
Əslində, litium{0}}ion batareyasına litium-ion konsentrasiyasındakı fərqlər əsasında işləyən cihaz kimi baxmaq olar. Doldurma zamanı litium ionları müsbət elektrod materialından ayrılır, elektrolitdən keçir və mənfi elektrod materialına daxil olur, mənfi elektrod litium-zəngin, müsbət elektrod isə litium-nisbətən zəif olur. Eyni zamanda, bütün sistemin yük balansını qorumaq üçün müvafiq elektronlar xarici dövrə vasitəsilə karbona əsaslanan mənfi elektroda- verilir. Əksinə, boşalma zamanı litium ionları mənfi elektroddan müsbət elektroda keçir və müsbət elektrodun litium-zənginləşməsinə səbəb olur. Normalda, normal boşalma dövrləri zamanı{10}}litium ionları laylı karbon materialları və oksidləri arasında təkrar-təkrar yerləşdirilir və çıxarılır. Bu proses ilk növbədə təbəqələrarası məsafənin dəyişməsi kimi özünü göstərir və materialların əsas kristal quruluşunu pozmur. Buna görə də, reaksiyanın geri çevrilməsi nöqteyi-nəzərindən litium{13}}ion batareyası daxilində kimyəvi dəyişikliklər çox ideal geri dönən proses hesab olunur. Litium{15}}ion batareyası dörd əsas komponentdən ibarətdir: elektrodlar, elektrolit, ayırıcı və korpus. Elektrodlar aktiv materiallardan, keçirici maddələrdən, bağlayıcılardan və cərəyan kollektorlarından ibarət litium ion batareyasının əsas komponentidir. Aktiv materiallar (və ya elektrod materialları) doldurulma və boşalma zamanı elektrokimyəvi reaksiyalar vasitəsilə elektrik enerjisini buraxan litium-ion batareyalardakı elektrod materiallarıdır. Onlar litium ion batareyalarının elektrokimyəvi performansını və əsas xüsusiyyətlərini müəyyən edir. Aktiv materiallara müsbət elektrod materialları və mənfi elektrod materialları daxildir. Müsbət elektrod materialları əsasən LiCoO₂, LiMnO₄, LiNi₁-x-Co:MnyO₂, LiCo:Ni-O₂, və Li.
Mənfi elektrod materiallarına karbon materialları, ərinti materialları və metal oksid materialları daxildir. Hazırda portativ cihazlarda geniş istifadə olunan litium{1}}ion batareyaları üçün əsas müsbət və mənfi elektrod materialları müvafiq olaraq LiCoO₂ və qrafitdir. Bundan əlavə, litium-ion batareyalarının praktiki tətbiq ehtiyaclarını daha yaxşı ödəmək üçün müsbət və mənfi elektrod materiallarının keçiriciliyini yaxşılaşdırmaq üçün elektrod istehsalı zamanı keçirici maddələr (məsələn, qara asetilen kimi) adətən əlavə edilir. Qranullu müsbət və mənfi elektrod materiallarının və keçirici maddələrin cari kollektora möhkəm yapışmasını təmin etmək üçün adətən bir bağlayıcı əlavə edilir. Ümumi bağlayıcılar yağ əsaslı-və su əsaslı-olaraq təsnif edilir. Yağ əsaslı bağlayıcılara əsasən poliviniliden flüorid (PVDF) və politetrafloroetilen (PTFE),-su əsaslı bağlayıcılar isə əsasən karboksimetilselüloz/stirol-butadien kauçukudur (CMC/SBR). Cari kollektorun əsas funksiyası aktiv materialdan elektronları keçirmək və cərəyanı bərabər paylamaq, eyni zamanda aktiv materialı dəstəkləməkdir. Cari kollektorlardan ümumiyyətlə yüksək mexaniki möhkəmliyə, yaxşı kimyəvi dayanıqlığa və yüksək keçiriciliyə malik olmaları tələb olunur. Müsbət elektrod üçün cərəyan kollektoru alüminium folqa, mənfi elektrod üçün cərəyan kollektoru isə mis folqadır.
Elektrolitin rolu müsbət və mənfi elektrodlar arasında litium ionlarını keçirməkdir. Elektrolit seçimi əsasən batareyanın iş prinsipini müəyyən edir və onun xüsusi enerjisinə, təhlükəsizlik performansına, dövriyyə performansına, sürət performansına, aşağı-temperatur performansına və saxlama performansına təsir göstərir. Hal-hazırda kommersiyada mövcud olan litium{3}}ion batareyaları əsasən üzvi həlledicilər və keçirici litium duzları daxil olmaqla-sulu olmayan elektrolit sistemlərindən istifadə edir. Üzvi həlledici elektrolitin əsas komponentidir və onun fəaliyyəti ilə sıx bağlıdır; adətən etilen karbonat, propilen karbonat, dimetil karbonat və metil etil karbonat kimi üzvi həlledicilərin qarışığıdır. Keçirici litium duzu müsbət və mənfi elektrodlar arasında daşınan və qeyri-üzvi və ya üzvi anionlardan və litium ionlarından ibarət olan litium ionlarını təmin edir. Hal-hazırda, kommersiya baxımından mövcud olan əsas keçirici litium duzu LiPF6-dır. Yeni dövrdə litium{9}}ion batareyalarının elektrokimyəvi performansını yaxşılaşdırmaq və müəyyən xüsusi funksiyalara nail olmaq üçün elektrolitə tez-tez alov gecikdiricilər kimi funksional əlavələr əlavə edilir.
Litium{0}}ion batareya dizaynında ayırıcı müsbət və mənfi elektrodlar arasında yerləşir və onun əsas funksiyası iki elektrod arasında birbaşa təmasın qarşısını almaq və beləliklə, qısaqapanmadan qaçmaqdır. Eyni zamanda, bu materialın unikal mikro məsaməli strukturu litium ionlarının sərbəst şəkildə keçməsinə imkan verir. Separator batareyanın saxlama qabiliyyəti, dövriyyə müddətində və ümumi təhlükəsizliyində mühüm rol oynayır; buna görə də yüksək keyfiyyətli ayırıcıdan istifadə-batareyanın ümumi elektrokimyəvi göstəricilərini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər. Hal-hazırda bazarda ən çox istifadə edilən separator növləri poliolefinlərdən, o cümlədən polipropilen və polietilendən məsaməli məhsullar, həmçinin propilen və etilenin kopolimerləşməsi və ya tək polietilen homopolimerindən istifadə etməklə istehsal olunan məhsullar da daxil olmaqla, yüksək möhkəmliyə malik filmlərdir. Litium ion batareyalarında-sulu olmayan həlledicilərin istifadəsi litium-ionun keçiriciliyinin aşağı olmasına gətirib çıxarır, beləliklə də böyük elektrod sahəsi tələb olunur. Bundan əlavə, batareyanın yığılması zamanı spiral sarğı strukturunun istifadəsi o deməkdir ki, batareyanın performansı təkcə elektrodların özündən deyil, həm də batareyanın istehsalında istifadə olunan bağlayıcılardan asılıdır. Bu bağlayıcılar elektrod istehsalı zamanı aktiv materialların vahidliyini və təhlükəsizliyini təmin etməli, aktiv materialları cərəyan kollektoruna effektiv şəkildə bağlamalı, qrafit anodunda qoruyucu SEI (bərk{13}}klektrolit interfazası) təbəqəsinin əmələ gəlməsini asanlaşdırmalı, qurutma zamanı kifayət qədər istilik sabitliyini saxlamalı və elektrodla effektiv şəkildə nəmlənməlidir.
Xarici korpus litium{0}}ion batareyasının qabıdır. Ümumi istifadə edilən korpuslara polad korpuslar, alüminium korpuslar və alüminium-plastik kompozit korpuslar daxildir. Tipik olaraq, korpusun yüksək və aşağı temperaturda dəyişikliklərə və elektrolitdən korroziyaya davam etməsi tələb olunur.