Kao najosnovnija jedinica za skladištenje i oslobađanje energije u tehnološkom sistemu litijum{0}}jonskih baterija, ćelija litijum-jonske baterije je osnovni element koji određuje performanse, životni vijek i sigurnost baterije. U suštini, postiže efikasnu konverziju hemijske energije u električnu kroz reverzibilno umetanje i ekstrakciju litijum jona između pozitivnih i negativnih elektroda, igrajući nezamjenjivu ulogu u modernom novom energetskom polju. Duboko razumijevanje strukture, principa i karakteristika ćelija litijum{4}} ionskih baterija je ključno za razumijevanje rješenja tehnologije razvoja i optimizaciju putanje primjene baterije.
Strukturno, tipična ćelija litijum{0}} baterije se uglavnom sastoji od pet delova: pozitivne elektrode, negativne elektrode, elektrolita, separatora i kućišta. Materijal pozitivne elektrode obično koristi slojevite okside (kao što su litijum-nikl-kobalt-mangan-oksid i litijum-nikl-kobalt-aluminijum-oksid), olivin fosfate (kao što je litijum-gvožđe-fosfat) ili spinel-tip litijum-mangan-oksida tokom litijum-oksida koji je odgovoran za rel-ugljenje litijuma. Negativna elektroda se uglavnom sastoji od grafita, sa nekim vrhunskim{4}}elijama koje koriste kompozitne materijale na bazi silikona-za povećanje kapaciteta; njegova funkcija je primanje i skladištenje litijum jona tokom punjenja. Elektrolit je tipično mješavina organskih karbonatnih rastvarača i litijumovih soli (kao što je litijum heksafluorofosfat), koji služe kao medij za jonsku provodljivost. Separator je izolacijski materijal s mikroporoznom strukturom, dizajniran da spriječi direktan kontakt između pozitivne i negativne elektrode, čime se sprječavaju kratki spojevi, dok litijum jonima omogućava slobodan prolaz. Spoljno kućište pruža mehaničku zaštitu i zapečaćeno okruženje, obično u obliku aluminijumske-plastične folije (meko pakovanje), čeličnih ili aluminijumskih kućišta.
Princip rada ćelije litijum{0}}ionske baterije zasniva se na elektrohemijskoj redoks reakciji. Za vrijeme punjenja, pod utjecajem primijenjenog električnog polja, litijum joni se oslobađaju iz rešetke pozitivne elektrode, prolaze kroz elektrolit i separator i ugrađuju se između slojeva materijala negativne elektrode. Elektroni teku do negativne elektrode kroz vanjsko kolo, pretvarajući električnu energiju u kemijsku energiju. Proces pražnjenja je obrnut: litijevi joni se oslobađaju iz negativne elektrode i vraćaju se na pozitivnu elektrodu, dok elektroni obavljaju rad kroz vanjsko kolo, dajući električnu energiju opterećenju. Ovaj reakcioni mehanizam "stolice za ljuljanje" daje litijumskim baterijama njihove prednosti visoke gustine energije i dugog životnog ciklusa, dok takođe nameće stroge zahteve za stabilnost materijala, međufaznu kompatibilnost i preciznost proizvodnje.
Karakteristike performansi baterijske ćelije direktno određuju scenarije njene primjene. Što se tiče gustine energije, visoke-nikl ternarne litijum-ionske ćelije mogu doseći 250-300Wh/kg, pogodne za električna vozila sa visokim zahtjevima dometa; litijum-gvožđe-fosfatne ćelije imaju nešto nižu gustinu energije (približno 150-200Wh/kg), ali poseduju odličnu stabilnost i sigurnost ciklusa pri visokim{9}}ima, i široko se koriste u skladištenju energije i komercijalnim vozilima. Performanse brzine odražavaju visoku{10}}sposobnost punjenja i pražnjenja ćelije. Karakteristike brzine se mogu poboljšati nano-dimenzioniranjem materijala, optimizacijom provodljivih agenasa i strukturnim dizajnom kako bi se zadovoljili zahtjevi brzog punjenja i izlazne snage velike snage. Životni vijek ciklusa je usko povezan sa strukturnom stabilnošću materijala elektroda, uniformnošću SEI filma (film sučelja čvrstog elektrolita) i otpornošću elektrolita na oksidaciju. Visokokvalitetne ćelije mogu postići više od 2000 dubokih ciklusa na sobnoj temperaturi.
Sigurnost je najvažnija u dizajnu ćelije. Toplotni bijeg je glavni rizik, koji proizlazi iz lanca egzotermnih reakcija uzrokovanih prekomjernim punjenjem, kratkim spojevima, visokim temperaturama ili prekomjernim{1}}pražnjenjem. Modifikacijom materijala (kao što je prevlaka pozitivne elektrode i pred-litiranje negativne elektrode), nanošenjem keramičkih premaza na separator, korištenjem-usporivača plamena aditiva u elektrolitu i dizajnom sigurnosnih ventila, termička stabilnost i otpornost na zloupotrebu ćelija baterije mogu se značajno poboljšati. Nadalje, čistoća i kontrola konzistentnosti proizvodnog procesa su također od ključne važnosti; Kontaminacija stranim materijama ili neusklađenost elektroda mogu dovesti do lokaliziranih mikro-kratkih spojeva, stvarajući potencijalne sigurnosne opasnosti.
Trenutno se tehnologija ćelija litijum{0}}ionskih baterija razvija prema većoj gustoći energije, većoj sigurnosti, nižim troškovima i ekološkoj prihvatljivosti. Očekuje se da će primjena elektrolita u čvrstom stanju-u potpunosti eliminirati rizike od curenja i sagorijevanja povezanih s tečnim elektrolitima; razvoj materijala za pozitivne elektrode{{3}bez kobalta i niske-nikla može smanjiti ovisnost o resursima i troškove; i inovativne proizvodne tehnologije kao što su procesi suve elektrode mogu poboljšati efikasnost proizvodnje i smanjiti potrošnju energije. Kao osnovna jedinica za skladištenje energije i sisteme napajanja, stalna inovacija u ćelijama litijum{6}}jonskih baterija će pružiti solidnu podršku za preskok razvoj novih energetskih vozila, pametnih mreža i prenosivih elektronskih uređaja.
