लिथियम आयन बैटरी

एक लिथियम-आयन बैटरी या ली-आयन बैटरी एक प्रकार की रिचार्जेबल बैटरी होती है जो कोशिकाओं से बना होती है जिसमें लिथियम आयन एक इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से नकारात्मक इलेक्ट्रोड से डिस्चार्ज के दौरान सकारात्मक इलेक्ट्रोड और चार्ज करते समय वापस जाते हैं।ली-आयन कोशिकाएं सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर सामग्री के रूप में एक इंटरक्लेटेड लिथियम यौगिक का उपयोग करती हैं और आमतौर पर नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर ग्रेफाइट करती हैं।ली-आयन बैटरी में एक उच्च ऊर्जा घनत्व है, कोई मेमोरी प्रभाव नहीं (एलएफपी कोशिकाओं के अलावा) और कम आत्म-निर्वहन।कोशिकाओं को ऊर्जा या बिजली घनत्व को प्राथमिकता देने के लिए निर्मित किया जा सकता है। हालांकि वे एक सुरक्षा खतरा हो सकते हैं क्योंकि वे ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं और यदि क्षतिग्रस्त या गलत तरीके से चार्ज किए गए तो विस्फोट और आग हो सकती हैं।

एम। स्टेनली व्हिटिंगहम ने 1970 के दशक में इंटरकलेशन इलेक्ट्रोड की अवधारणा की खोज की, और पहले रिचार्जेबल लिथियम-आयन बैटरी का आविष्कार किया, जो एक टाइटेनियम डाइसल्फ़ाइड कैथोड और एक लिथियम-एल्यूमीनियम एनोड पर आधारित था, जिसे 1977 में पेटेंट कराया गया था, और एक्सॉन को सौंपा गया था। जॉन गुडेनो ने 1980 में लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड को कैथोड के रूप में उपयोग करके इस काम पर विस्तार किया। 1985 में अकीरा योशिनो द्वारा एक प्रोटोटाइप ली-आयन बैटरी विकसित की गई थी, जो 1970 के दशक के दौरान जॉन गुडेनो, एम। स्टेनली व्हिटिंगम, रचीद यज़ामी और कोइची मिज़ुशिमा के पहले के शोध पर आधारित थी।–1980 के दशक, और फिर 1991 में योशियो निशि के नेतृत्व में एक सोनी और असाही कसी टीम द्वारा एक वाणिज्यिक ली-आयन बैटरी विकसित की गई थी। लिथियम-आयन बैटरी का उपयोग आमतौर पर पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए किया जाता है और सैन्य और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए लोकप्रियता में बढ़ रहे हैं। रसायन विज्ञान, प्रदर्शन, लागत और सुरक्षा विशेषताएं लिथियम-आयन बैटरी के प्रकारों में भिन्न होती हैं।हैंडहेल्ड इलेक्ट्रॉनिक्स ज्यादातर लिथियम पॉलिमर बैटरी (इलेक्ट्रोलाइट के रूप में एक बहुलक जेल के साथ) का उपयोग करते हैं, एक लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड कैथोड सामग्री, और एक ग्रेफाइट एनोड, जो एक साथ एक उच्च ऊर्जा घनत्व प्रदान करता है। लिथियम आयरन फॉस्फेट, लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड ( स्पिनल, या -बेड लिथियम रिच लेयर्ड मटीरियल, LMR-NMC), और लिथियम निकल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड ( या एनएमसी) लंबे समय तक जीवन की पेशकश कर सकता है और बेहतर दर क्षमता हो सकती है।ऐसी बैटरी व्यापक रूप से इलेक्ट्रिक टूल्स, मेडिकल उपकरण और अन्य भूमिकाओं के लिए उपयोग की जाती हैं।

एनएमसी और इसके डेरिवेटिव का उपयोग परिवहन के विद्युतीकरण में व्यापक रूप से किया जाता है, वाहनों से ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करने के लिए मुख्य तकनीकों (अक्षय ऊर्जा के साथ संयुक्त) में से एक। अनुचित रूप से पुनर्नवीनीकरण बैटरी विषाक्त कचरे का निर्माण कर सकती है, विशेष रूप से विषाक्त धातुओं से और आग का खतरा है।इसके अलावा, दोनों लिथियम और बैटरी में उपयोग किए जाने वाले अन्य प्रमुख रणनीतिक खनिजों में निष्कर्षण में महत्वपूर्ण मुद्दे होते हैं, जिसमें लिथियम अक्सर शुष्क क्षेत्रों में पानी की गहन होता है और अन्य खनिज अक्सर कोबाल्ट जैसे संघर्ष खनिज होते हैं।लिथियम-आयन बैटरी के दोनों पर्यावरणीय प्रभाव | पर्यावरणीय मुद्दों ने कुछ शोधकर्ताओं को खनिज दक्षता में सुधार करने के लिए प्रोत्साहित किया है और आयरन-एयर बैटरी जैसे विकल्पों में सुधार किया है। आयरन-एयर बैटरी।

लिथियम-आयन बैटरी के लिए अनुसंधान क्षेत्रों में जीवनकाल का विस्तार करना, ऊर्जा घनत्व में वृद्धि, सुरक्षा में सुधार, लागत को कम करना और चार्जिंग गति बढ़ना शामिल है, दूसरों के बीच में।विशिष्ट इलेक्ट्रोलाइट में उपयोग किए जाने वाले कार्बनिक सॉल्वैंट्स की ज्वलनशीलता और अस्थिरता के आधार पर सुरक्षा में वृद्धि के लिए एक मार्ग के रूप में गैर-ज्वलंत इलेक्ट्रोलाइट्स के क्षेत्र में अनुसंधान चल रहा है।रणनीतियों में जलीय लिथियम-आयन बैटरी शामिल हैं। जलीय लिथियम-आयन बैटरी, सिरेमिक ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स, बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स, आयनिक तरल पदार्थ और भारी फ्लोराइनेटेड सिस्टम शामिल हैं।

इतिहास
1960 के दशक में रिचार्जेबल ली-आयन बैटरी की तारीखों पर शोध;शुरुआती उदाहरणों में से एक है /ली बैटरी 1965 में नासा द्वारा विकसित की गई। आधुनिक ली-आयन बैटरी के शुरुआती रूप का उत्पादन करने वाली सफलता ने 1974 में ब्रिटिश केमिस्ट एम। स्टेनली व्हिटिंगहैम द्वारा बनाया गया था, जिन्होंने पहली बार टाइटेनियम डाइसल्फ़ाइड का उपयोग किया था एक कैथोड सामग्री के रूप में, जिसमें एक स्तरित संरचना होती है जो लिथियम आयनों में अपने क्रिस्टल संरचना में महत्वपूर्ण परिवर्तनों के बिना ले सकती है।एक्सॉन ने 1970 के दशक के अंत में इस बैटरी का व्यवसायीकरण करने की कोशिश की, लेकिन संश्लेषण महंगा और जटिल पाया, जैसा कि  नमी के प्रति संवेदनशील है और विषाक्तता जारी करता है  पानी के संपर्क में गैस।अधिक निषेधात्मक रूप से, बैटरी भी कोशिकाओं में धातु लिथियम की उपस्थिति के कारण अनायास आग पकड़ने के लिए प्रवण थे।

1980 में अलग -अलग समूहों में काम कर रहे थे।  और, इसके तुरंत बाद, कोइची मिज़ुशिमा और जॉन बी। गुडेनो, वैकल्पिक सामग्रियों की एक श्रृंखला का परीक्षण करने के बाद, प्रतिस्थापित  लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड के साथ (, या LCO), जिसमें एक समान स्तरित संरचना है, लेकिन एक उच्च वोल्टेज प्रदान करता है और हवा में बहुत अधिक स्थिर है।इस सामग्री का उपयोग बाद में पहली वाणिज्यिक ली-आयन बैटरी में किया जाएगा, हालांकि यह अपने आप में, ज्वलनशीलता के लगातार मुद्दे को हल नहीं करता था। उसी वर्ष, रचीद यज़ामी ने ग्रेफाइट में लिथियम के प्रतिवर्ती विद्युत रासायनिक अंतराल का प्रदर्शन किया, Ref> लिथियम बैटरी, रोम पर अंतर्राष्ट्रीय बैठक, 27-29 अप्रैल 1982, C.L.U.P.ईडी।मिलान, सार #23 और लिथियम ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड (एनोड) का आविष्कार किया।

रिचार्जेबल ली-आयन बैटरी को विकसित करने के लिए ये शुरुआती प्रयास लिथियम मेटल एनोड्स का उपयोग करते थे, जो अंततः सुरक्षा चिंताओं के कारण छोड़ दिए गए थे, क्योंकि लिथियम धातु अस्थिर है और डेंड्राइट गठन के लिए प्रवण है, जो शॉर्ट-सर्किटिंग का कारण बन सकता है।अंतिम समाधान कैथोड के लिए उपयोग किए जाने वाले एक इंटरकलेशन एनोड का उपयोग करना था, जो बैटरी चार्जिंग के दौरान लिथियम धातु के गठन को रोकता है।विभिन्न प्रकार के एनोड सामग्री का अध्ययन किया गया था;1987 में, अकीरा योशिनो ने पेटेंट कराया कि गुडेनो के पहले रिपोर्ट किए गए एलसीओ कैथोड और एक कार्बोनेट एस्टर-आधारित इलेक्ट्रोलाइट के साथ सॉफ्ट कार्बन (एक चारकोल जैसी सामग्री) के एनोड का उपयोग करके पहला वाणिज्यिक लिथियम आयन बैटरी क्या होगी।1991 में, योशिनो के डिजाइन का उपयोग करते हुए, सोनी ने दुनिया की पहली रिचार्जेबल लिथियम आयन बैटरी का उत्पादन और बिक्री शुरू की।अगले वर्ष, तोशिबा और आसाशी केसी कंपनी के बीच एक संयुक्त उद्यम ने भी अपनी लिथियम आयन बैटरी जारी की।

1990 के दशक में नरम कार्बन एनोड को हार्ड कार्बन के साथ और बाद में ग्रेफाइट के साथ बदलकर ऊर्जा घनत्व में महत्वपूर्ण सुधार प्राप्त किए गए थे, एक अवधारणा जो मूल रूप से 1974 में जुरगेन ओटो बेसेनहार्ड द्वारा प्रस्तावित की गई थी, लेकिन तब इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ अनसुलझे असंगतता के कारण अप्रभावी माना जाता था। 2012 में जॉन बी। गुडेनो, रचीद यज़ामी और अकीरा योशिनो ने लिथियम-आयन बैटरी विकसित करने के लिए पर्यावरण और सुरक्षा प्रौद्योगिकियों के लिए 2012 IEEE पदक प्राप्त किया;गुडेनो, व्हिटिंगहैम और योशिनो को लिथियम-आयन बैटरी के विकास के लिए रसायन विज्ञान में 2019 नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।

2010 में, ग्लोबल लिथियम-आयन बैटरी उत्पादन क्षमता 20 गीगावाट-घंटे थी। 2016 तक, यह 28 GWh था, चीन में 16.4 GWh के साथ। वैश्विक उत्पादन क्षमता 2020 में 767 GWh थी, जिसमें चीन 75%के लिए लेखांकन था। 2021 में उत्पादन विभिन्न स्रोतों द्वारा 200 और 600 GWh के बीच होने का अनुमान है, और 2023 के लिए भविष्यवाणियां 400 से 1,100 GWh तक हैं।

डिजाइन
आम तौर पर, एक पारंपरिक लिथियम-आयन सेल का नकारात्मक इलेक्ट्रोड कार्बन से बनाया जाता है।सकारात्मक इलेक्ट्रोड आमतौर पर एक धातु ऑक्साइड है।इलेक्ट्रोलाइट एक कार्बनिक विलायक में एक लिथियम नमक है। सेल के माध्यम से वर्तमान प्रवाह की दिशा पर निर्भर करते हुए, एनोड और कैथोड के बीच इलेक्ट्रोड की विद्युत रासायनिक भूमिकाएं।

सबसे आम व्यावसायिक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला एनोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) ग्रेफाइट है, जो कि पूरी तरह से लाइसेंस की स्थिति में है6 1339 C/G (372 Mah/g) की अधिकतम क्षमता से संबंधित है। सकारात्मक इलेक्ट्रोड आम तौर पर तीन सामग्रियों में से एक होता है: एक स्तरित ऑक्साइड (जैसे कि लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड), एक पॉलियन (जैसे लिथियम आयरन फॉस्फेट) या एक स्पिनल (जैसे लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड)। अधिक प्रयोगात्मक सामग्रियों में ग्राफीन युक्त इलेक्ट्रोड शामिल हैं, हालांकि ये उनकी उच्च लागत के कारण व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य से दूर रहते हैं। लिथियम हाइड्रॉक्साइड (LIOH) और हाइड्रोजन गैस बनाने के लिए पानी के साथ सख्ती से प्रतिक्रिया करता है।इस प्रकार, एक गैर-जलीय इलेक्ट्रोलाइट का आमतौर पर उपयोग किया जाता है, और एक सील कंटेनर कठोरता से बैटरी पैक से नमी को बाहर करता है।गैर-जलीय इलेक्ट्रोलाइट आमतौर पर कार्बनिक कार्बोनेट्स का मिश्रण होता है जैसे कि एथिलीन कार्बोनेट या डायथाइल कार्बोनेट जिसमें लिथियम आयनों के कॉम्प्लेक्स होते हैं। नमक लगभग हमेशा लिथियम हेक्सफ्लोरोफॉस्फेट है, जो रासायनिक और विद्युत रासायनिक स्थिरता के साथ अच्छी आयनिक चालकता को जोड़ती है।अन्य लवण जैसे लिथियम पर्क्लोरेट , लिथियम टेट्राफ्लुओरोबोरेट , और लिथियम बीआईएस (trifluoromethanesulfonyl) imide अक्सर लागत या सुविधा के कारणों के लिए अनुसंधान में उपयोग किया जाता है, लेकिन वाणिज्यिक कोशिकाओं में उपयोग करने योग्य नहीं हैं। सामग्री विकल्पों के आधार पर, वोल्टेज, ऊर्जा घनत्व, जीवन और एक लिथियम-आयन सेल की सुरक्षा नाटकीय रूप से बदल सकती है।वर्तमान प्रयास लिथियम-आयन बैटरी के लिए नैनोआर्किटेक्चर के उपयोग की खोज कर रहा है। प्रदर्शन में सुधार करने के लिए नैनोटेक्नोलॉजी का उपयोग करते हुए उपन्यास आर्किटेक्चर।ब्याज के क्षेत्रों में नैनो-स्केल इलेक्ट्रोड सामग्री और वैकल्पिक इलेक्ट्रोड संरचनाएं शामिल हैं। बैटरी की बढ़ती मांग ने विक्रेताओं और शिक्षाविदों को ऊर्जा घनत्व, ऑपरेटिंग तापमान, सुरक्षा, स्थायित्व, चार्जिंग समय, आउटपुट पावर, कोबाल्ट आवश्यकताओं को समाप्त करने पर ध्यान केंद्रित करने के लिए नेतृत्व किया है, और लिथियम-आयन बैटरी प्रौद्योगिकी की लागत।

इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री
एक लिथियम-आयन सेल में इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं में अभिकर्मक एनोड और कैथोड की सामग्री हैं, जो दोनों यौगिक हैं जिनमें लिथियम परमाणु होते हैं। डिस्चार्ज के दौरान, एनोड पर एक ऑक्सीकरण आधी-प्रतिक्रिया सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए लिथियम आयनों और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन करती है। ऑक्सीकरण आधी-प्रतिक्रिया भी अनडेक्ड सामग्री का उत्पादन कर सकती है जो एनोड पर बनी हुई है। लिथियम आयन इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से चलते हैं, इलेक्ट्रॉनों बाहरी सर्किट के माध्यम से चलते हैं, और फिर वे कैथोड (कैथोड सामग्री के साथ) में कमी की आधी प्रतिक्रिया में पुन: संयोजन करते हैं। इलेक्ट्रोलाइट और बाहरी सर्किट क्रमशः लिथियम आयनों और इलेक्ट्रॉनों के लिए प्रवाहकीय मीडिया प्रदान करते हैं, लेकिन विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेते हैं। डिस्चार्ज के दौरान, इलेक्ट्रॉन बाहरी सर्किट के माध्यम से सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) की ओर नकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) से प्रवाहित होते हैं। डिस्चार्ज के दौरान प्रतिक्रियाएं सेल की रासायनिक क्षमता को कम करती हैं, इसलिए सेल से ऊर्जा को स्थानांतरित करना, जहां भी विद्युत प्रवाह अपनी ऊर्जा को भंग कर देता है, ज्यादातर बाहरी सर्किट में। इन प्रतिक्रियाओं और परिवहन को चार्ज करने के दौरान विपरीत दिशा में जाते हैं: इलेक्ट्रॉन बाहरी सर्किट के माध्यम से सकारात्मक इलेक्ट्रोड से नकारात्मक इलेक्ट्रोड तक जाते हैं। सेल को चार्ज करने के लिए बाहरी सर्किट को विद्युत ऊर्जा प्रदान करनी होती है। इस ऊर्जा को तब सेल में रासायनिक ऊर्जा के रूप में संग्रहीत किया जाता है (कुछ नुकसान के साथ, ई। जी। कूलम्बिक दक्षता के कारण 1 से कम)।

दोनों इलेक्ट्रोड क्रमशः लिथियम आयनों को अपनी संरचनाओं को अंदर और बाहर ले जाने की अनुमति देते हैं, जो क्रमशः सम्मिलन (इंटरक्लेशन) या निष्कर्षण (deintercalation) नामक एक प्रक्रिया के साथ हैं।

जैसा कि लिथियम आयन दो इलेक्ट्रोड के बीच आगे-पीछे रॉक करते हैं, इन बैटरी को रॉकिंग-चेयर बैटरी या स्विंग बैटरी (कुछ यूरोपीय उद्योगों द्वारा दिया गया एक शब्द) के रूप में भी जाना जाता है। निम्नलिखित समीकरण रसायन विज्ञान का उदाहरण देते हैं।

लिथियम-डोपेड कोबाल्ट ऑक्साइड सब्सट्रेट में सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) आधी प्रतिक्रिया है

पूर्ण प्रतिक्रिया (बाएं से दाएं: डिस्चार्जिंग, दाएं से बाएं: चार्जिंग)

समग्र प्रतिक्रिया की सीमाएं हैं।ओवरडिसचार्जिंग सुपरसैटुरेट लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड, लिथियम ऑक्साइड के उत्पादन के लिए अग्रणी, संभवतः निम्नलिखित अपरिवर्तनीय प्रतिक्रिया द्वारा:



5.2 & nbsp तक ओवरचार्जिंग; वोल्ट्स कोबाल्ट (IV) ऑक्साइड के संश्लेषण की ओर जाता है, जैसा कि एक्स-रे विवर्तन द्वारा स्पष्ट किया गया है:

एक लिथियम-आयन सेल में, लिथियम आयनों को संक्रमण धातु, कोबाल्ट (सीओ), में ऑक्सीकरण करके सकारात्मक या नकारात्मक इलेक्ट्रोड से ले जाया जाता है। से  प्रति  प्रभारी के दौरान, और से कम करना  प्रति  डिस्चार्ज के दौरान।कोबाल्ट इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया केवल x <0.5 (तिल इकाइयों में x) के लिए प्रतिवर्ती है, डिस्चार्ज की गहराई को सीमित करता है।इस रसायन विज्ञान का उपयोग 1990 में सोनी द्वारा विकसित ली-आयन कोशिकाओं में किया गया था। सेल की ऊर्जा चार्ज के वोल्टेज समय के बराबर है।लिथियम का प्रत्येक ग्राम फैराडे के स्थिरांक/6.941, या 13,901 कूलोम्ब्स का प्रतिनिधित्व करता है।3 & nbsp; v पर, यह 41.7 & nbsp; kj प्रति ग्राम लिथियम, या 11.6 & nbsp; kWh प्रति किलोग्राम लिथियम देता है।यह गैसोलीन के दहन की गर्मी से थोड़ा अधिक है, लेकिन अन्य सामग्रियों पर विचार नहीं करता है जो लिथियम बैटरी में जाते हैं और जो लिथियम बैटरी को कई बार ऊर्जा की प्रति यूनिट भारी बनाते हैं।

इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री सेक्शन में दिए गए सेल वोल्टेज उस क्षमता से बड़े होते हैं जिस पर जलीय घोल इलेक्ट्रोलाइज़ होंगे।

लिथियम-आयन बैटरी में तरल इलेक्ट्रोलाइट्स में लिथियम लवण होते हैं, जैसे,याएक कार्बनिक विलायक में, जैसे कि एथिलीन कार्बोनेट, डिमेथाइल कार्बोनेट और डायथाइल कार्बोनेट। एक तरल इलेक्ट्रोलाइट डिस्चार्ज के दौरान नकारात्मक से सकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए नकारात्मक से गुजरने वाले उद्धरणों के आंदोलन के लिए एक प्रवाहकीय मार्ग के रूप में कार्य करता है।कमरे के तापमान पर तरल इलेक्ट्रोलाइट की विशिष्ट चालकता (20 C) 10 & nbsp; ms/cm की सीमा में हैं, लगभग 30-40% की वृद्धि हुई है 40 C और थोड़ा कम हो गया 0 C. रैखिक और चक्रीय कार्बोनेट (जैसे, एथिलीन कार्बोनेट (ईसी) और डाइमिथाइल कार्बोनेट (डीएमसी)) का संयोजन उच्च चालकता और लिथियम-सिलिकॉन बैटरी#ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़ परत प्रदान करता है। ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़ (एसईआई) -फॉर्मिंग क्षमता।कार्बनिक सॉल्वैंट्स चार्ज के दौरान नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर आसानी से विघटित हो जाते हैं।जब उपयुक्त कार्बनिक सॉल्वैंट्स का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है, तो विलायक प्रारंभिक चार्जिंग पर विघटित हो जाता है और एक ठोस परत बनाता है जिसे ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़ कहा जाता है, जो विद्युत रूप से इन्सुलेट है, फिर भी महत्वपूर्ण आयनिक चालकता प्रदान करता है।इंटरफेज दूसरे चार्ज के बाद इलेक्ट्रोलाइट के आगे अपघटन को रोकता है।उदाहरण के लिए, एथिलीन कार्बोनेट अपेक्षाकृत उच्च वोल्टेज, 0.7 & nbsp; v बनाम लिथियम पर विघटित हो जाता है, और एक घने और स्थिर इंटरफ़ेस बनाता है। POE (पॉली (ऑक्सीथिलीन)) पर आधारित समग्र इलेक्ट्रोलाइट्स अपेक्षाकृत स्थिर इंटरफ़ेस प्रदान करते हैं। यह या तो ठोस (उच्च आणविक भार) हो सकता है और शुष्क ली-पॉलीमर कोशिकाओं, या तरल (कम आणविक भार) में लागू किया जा सकता है और नियमित ली-आयन कोशिकाओं में लागू किया जा सकता है।कमरे के तापमान आयनिक तरल पदार्थ (RTIL) कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट्स की ज्वलनशीलता और अस्थिरता को सीमित करने के लिए एक और दृष्टिकोण हैं। बैटरी प्रौद्योगिकी में हाल के प्रगति में इलेक्ट्रोलाइट सामग्री के रूप में एक ठोस का उपयोग करना शामिल है।इनमें से सबसे आशाजनक सिरेमिक हैं। ठोस सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट्स ज्यादातर लिथियम धातु ऑक्साइड होते हैं, जो आंतरिक लिथियम के कारण ठोस रूप से अधिक आसानी से लिथियम-आयन परिवहन की अनुमति देते हैं।ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स का मुख्य लाभ यह है कि लीक का कोई जोखिम नहीं है, जो तरल इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ बैटरी के लिए एक गंभीर सुरक्षा मुद्दा है। ठोस सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट्स को दो मुख्य श्रेणियों में तोड़ा जा सकता है: सिरेमिक और ग्लासी।सिरेमिक ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स क्रिस्टल संरचनाओं के साथ अत्यधिक ऑर्डर किए गए यौगिक होते हैं जिनमें आमतौर पर आयन ट्रांसपोर्ट चैनल होते हैं। आम सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट्स लिथियम सुपर आयन कंडक्टर (लिसिकॉन) और पेरोव्साइट्स हैं।ग्लासी ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स अनाकार परमाणु संरचनाएं हैं जो सिरेमिक ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स के समान तत्वों से बनी हैं, लेकिन अनाज की सीमाओं पर उच्च चालकता के कारण समग्र रूप से उच्च चालकता होती है। ऑक्सीजन के लिए सल्फर को प्रतिस्थापित करके ग्लासी और सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट्स दोनों को अधिक आयनिक रूप से प्रवाहकीय बनाया जा सकता है।सल्फर की बड़ी त्रिज्या और ध्रुवीकृत होने की इसकी उच्च क्षमता लिथियम की उच्च चालकता की अनुमति देती है।यह ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स की चालकता में योगदान देता है, जो अपने तरल समकक्षों के साथ समता के पास है, सबसे अधिक 0.1 & nbsp; ms/cm के क्रम पर और 10 & nbsp; ms/cm पर सबसे अच्छा। लक्षित इलेक्ट्रोलाइट्स गुणों को ट्यून करने के लिए एक कुशल और आर्थिक तरीका छोटे सांद्रता में एक तीसरे घटक को जोड़कर है, जिसे एक योजक के रूप में जाना जाता है। छोटी मात्रा में योज्य को जोड़कर, इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम के थोक गुणों को प्रभावित नहीं किया जाएगा जबकि लक्षित संपत्ति में काफी सुधार किया जा सकता है।जिन कई एडिटिव्स का परीक्षण किया गया है, उन्हें निम्नलिखित तीन अलग -अलग श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: (1) एसईआई रसायन विज्ञान संशोधनों के लिए उपयोग किए जाने वाले;(2) आयन चालन गुणों को बढ़ाने के लिए उपयोग किए गए;(३) सेल की सुरक्षा में सुधार के लिए उपयोग किए गए (जैसे कि ओवरचार्जिंग को रोकना)।

चार्जिंग और डिस्चार्जिंग
डिस्चार्ज के दौरान, लिथियम आयनों गैर-जलीय इलेक्ट्रोलाइट और विभाजक डायाफ्राम के माध्यम से, नकारात्मक से सकारात्मक इलेक्ट्रोड तक बैटरी सेल के भीतर करंट को ले जाएं। चार्जिंग के दौरान, एक बाहरी विद्युत शक्ति स्रोत (चार्जिंग सर्किट) एक ओवर-वोल्टेज (बैटरी की तुलना में एक उच्च वोल्टेज, एक ही ध्रुवीयता की तुलना में उच्च वोल्टेज) को लागू करता है, एक चार्जिंग करंट को प्रत्येक सेल के भीतर नकारात्मक इलेक्ट्रोड तक प्रवाहित करने के लिए मजबूर करता है, नकारात्मक इलेक्ट्रोड तक,यानी, सामान्य परिस्थितियों में एक डिस्चार्ज करंट की रिवर्स दिशा में।लिथियम आयन तब सकारात्मक से नकारात्मक इलेक्ट्रोड में पलायन करते हैं, जहां वे एक प्रक्रिया में झरझरा इलेक्ट्रोड सामग्री में अंतर्निहित हो जाते हैं जिसे इंटरकलेशन के रूप में जाना जाता है।

इलेक्ट्रोड परतों के बीच इंटरफेस पर और वर्तमान कलेक्टरों के साथ संपर्कों में विद्युत संपर्क प्रतिरोध से उत्पन्न होने वाली ऊर्जा हानि विशिष्ट परिचालन परिस्थितियों में बैटरी के पूरे ऊर्जा प्रवाह के 20% के रूप में अधिक हो सकती है। सिंगल ली-आयन कोशिकाओं, और पूर्ण ली-आयन बैटरी के लिए चार्जिंग प्रक्रियाएं, थोड़ी अलग हैं:


 * एक एकल ली-आयन सेल को दो चरणों में चार्ज किया जाता है:
 * 1) निरंतर वर्तमान (CC)।
 * 2) निरंतर वोल्टेज (सीवी)।
 * एक ली-आयन बैटरी (श्रृंखला में ली-आयन कोशिकाओं का एक सेट) को तीन चरणों में चार्ज किया जाता है:
 * 1) सतत प्रवाह।
 * 2) बैलेंस (बैटरी के संतुलित होने के बाद आवश्यक नहीं)।
 * 3) स्थिर वोल्टेज।

निरंतर वर्तमान चरण के दौरान, चार्जर बैटरी के लिए एक निरंतर वर्तमान को लगातार बढ़ते वोल्टेज पर लागू करता है, जब तक कि वोल्टेज सीमा प्रति सेल तक नहीं पहुंच जाती है।

बैलेंस चरण के दौरान, चार्जर चार्जिंग करंट को कम कर देता है (या औसत करंट को कम करने के लिए चार्जिंग को साइकिल चलाता है) जबकि व्यक्तिगत कोशिकाओं के चार्ज की स्थिति को संतुलित सर्किट द्वारा समान स्तर पर लाया जाता है, जब तक कि बैटरी संतुलित न हो जाए। कुछ तेज चार्जर इस चरण को छोड़ देते हैं। कुछ चार्जर प्रत्येक सेल को स्वतंत्र रूप से चार्ज करके संतुलन को पूरा करते हैं।

निरंतर वोल्टेज चरण के दौरान, चार्जर बैटरी के लिए श्रृंखला में कोशिकाओं की संख्या के अधिकतम सेल वोल्टेज के बराबर एक वोल्टेज लागू करता है, क्योंकि वर्तमान धीरे -धीरे 0 की ओर घटता है, जब तक कि वर्तमान प्रारंभिक के लगभग 3% के सेट सीमा से नीचे न हो जाए। लगातार चार्ज करंट।

आवधिक टॉपिंग शुल्क लगभग 500 घंटे प्रति एक बार। वोल्टेज के नीचे जाने पर शीर्ष चार्जिंग शुरू करने की सिफारिश की जाती है 4.05 V/cell. वर्तमान और वोल्टेज सीमाओं का पालन करने में विफलता के परिणामस्वरूप विस्फोट हो सकता है।

ली-आयन के लिए तापमान सीमा को चार्ज करना परिचालन सीमा से सख्त है।लिथियम-आयन केमिस्ट्री ऊंचे तापमान पर अच्छा प्रदर्शन करती है, लेकिन गर्मी के लिए लंबे समय तक संपर्क में आने से बैटरी जीवन कम हो जाता है।Li anions बैटरी कूलर तापमान पर अच्छा चार्जिंग प्रदर्शन प्रदान करती है और यहां तक कि तापमान सीमा के भीतर फास्ट-चार्जिंग की अनुमति भी दे सकती है 5 to 45 C. इस तापमान सीमा के भीतर चार्जिंग की जानी चाहिए।0 से 5 & nbsp; ° C चार्जिंग के तापमान पर संभव है, लेकिन चार्ज करंट को कम किया जाना चाहिए।कम तापमान के चार्ज के दौरान, आंतरिक सेल प्रतिरोध के कारण परिवेश से ऊपर का मामूली तापमान बढ़ता है।चार्जिंग के दौरान उच्च तापमान से बैटरी की गिरावट हो सकती है और 45 & nbsp से ऊपर के तापमान पर चार्जिंग हो सकती है; ° C बैटरी के प्रदर्शन को कम कर देगा, जबकि कम तापमान पर बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध बढ़ सकता है, जिसके परिणामस्वरूप धीमी चार्जिंग और इस प्रकार लंबे समय तक चार्जिंग समय हो सकता है।  उपभोक्ता-ग्रेड लिथियम-आयन बैटरी नीचे तापमान पर शुल्क नहीं लिया जाना चाहिए 0 C।हालांकि एक बैटरी पैक सामान्य रूप से चार्ज हो सकता है, धातु के लिथियम का इलेक्ट्रोप्लेटिंग एक सबफ्रीजिंग चार्ज के दौरान नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर हो सकता है, और बार -बार साइकिल चलाने से भी हटाने योग्य नहीं हो सकता है।ली-आयन बैटरी से लैस अधिकांश डिवाइस सुरक्षा कारणों से 0–45 & nbsp; ° C के बाहर चार्ज करने की अनुमति नहीं देते हैं, सिवाय मोबाइल फोन को छोड़कर जो कि कुछ हद तक चार्ज करने की अनुमति दे सकते हैं जब वे प्रगति में आपातकालीन कॉल का पता लगाते हैं।

बैटरी धीरे-धीरे स्व-निर्वहन होने पर भी यदि कनेक्ट न हो और वर्तमान को वितरित न करें।ली-आयन रिचार्जेबल बैटरी में आम तौर पर निर्माताओं द्वारा प्रति माह 1.5-2% होने के लिए एक स्व-निर्वहन दर होती है। तापमान और आवेश की स्थिति के साथ दर बढ़ जाती है।2004 के एक अध्ययन में पाया गया कि अधिकांश साइकिलिंग स्थितियों के लिए स्व-निर्वहन मुख्य रूप से समय पर निर्भर था;हालांकि, ओपन सर्किट या फ्लोट चार्ज पर कई महीनों के स्टैंड के बाद, अत्याधुनिक निर्भर नुकसान महत्वपूर्ण हो गए।स्व-डिस्चार्ज दर ने अत्याधुनिक के साथ एकरस रूप से वृद्धि नहीं की, लेकिन चार्ज के मध्यवर्ती राज्यों में कुछ हद तक गिरा। बैटरी की उम्र के रूप में स्व-निर्वहन दर बढ़ सकती है। 1999 में, प्रति माह स्व-निर्वहन 21 & nbsp पर 8% पर मापा गया; ° C, 40 & nbsp पर 15%; ° C, 31% 60 & nbsp; ° C पर। 2007 तक, मासिक स्व-निर्वहन दर का अनुमान 2% से 3% था, और 2 2016 तक -3%। तुलनात्मक रूप से, निकेल-मेटल हाइड्राइड बैटरी के लिए स्व-निर्वहन दर | NIMH बैटरी गिरा, 2017 तक, पहले से सामान्य कोशिकाओं के लिए प्रति माह 30% तक, कम स्व-डिस्चार्ज NIMH बैटरी के लिए प्रति माह लगभग 0.08–0.33%#कम स्व-डिस्चार्ज कोशिकाओं के लिए | कम स्व-डिस्चार्ज NIMH बैटरी, और निकेल -कैडमियम बैटरी में प्रति माह लगभग 10% है | एनआईसीडी बैटरी।

कैथोड
कैथोड सामग्री आम तौर पर निर्मित की जाती है या ।कोबाल्ट-आधारित सामग्री एक छद्म टेट्राहेड्रल संरचना विकसित करती है जो दो-आयामी लिथियम-आयन प्रसार के लिए अनुमति देती है। कोबाल्ट-आधारित कैथोड उनकी उच्च सैद्धांतिक विशिष्ट गर्मी क्षमता, उच्च वॉल्यूमेट्रिक क्षमता, कम स्व-निर्वहन, उच्च निर्वहन वोल्टेज और अच्छे साइकिलिंग प्रदर्शन के कारण आदर्श हैं।सीमाओं में सामग्री की उच्च लागत और कम थर्मल स्थिरता शामिल है। मैंगनीज-आधारित सामग्री एक क्यूबिक क्रिस्टल जाली प्रणाली को अपनाती है, जो तीन-आयामी लिथियम-आयन प्रसार के लिए अनुमति देती है। मैंगनीज कैथोड आकर्षक हैं क्योंकि मैंगनीज सस्ता है और क्योंकि इसका उपयोग सैद्धांतिक रूप से अधिक कुशल, लंबे समय तक चलने वाली बैटरी बनाने के लिए किया जा सकता है यदि इसकी सीमाओं को दूर किया जा सकता है।सीमाओं में मैंगनीज को कैथोड के लिए खराब साइकिलिंग स्थिरता के लिए साइकिल चलाने के दौरान इलेक्ट्रोलाइट में भंग करने की प्रवृत्ति शामिल है। कोबाल्ट-आधारित कैथोड सबसे आम हैं, हालांकि अन्य सामग्रियों पर लागत कम करने और सेल जीवन में सुधार के लक्ष्य के साथ शोध किया जा रहा है।

, कम लागत, उत्कृष्ट सुरक्षा और उच्च चक्र स्थायित्व के कारण इलेक्ट्रिक वाहन अनुप्रयोगों जैसे लिथियम-आयन बैटरी के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए एक उम्मीदवार है।उदाहरण के लिए, सोनी फोर्टेलियन बैटरी ने 100% डिस्चार्ज के साथ 8000 चक्रों के बाद अपनी क्षमता का 74% बरकरार रखा है। अपनी कम विद्युत चालकता को दूर करने के लिए एक कार्बन प्रवाहकीय एजेंट की आवश्यकता होती है।

एनोड
नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री पारंपरिक रूप से ग्रेफाइट और अन्य कार्बन सामग्री से निर्मित की जाती है, हालांकि नए सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों का तेजी से उपयोग किया जा रहा है (नैनोवायर बैटरी देखें)।इन सामग्रियों का उपयोग किया जाता है क्योंकि वे प्रचुर मात्रा में होते हैं और विद्युत रूप से संचालन कर रहे हैं और मामूली मात्रा विस्तार (~ 10%) के साथ विद्युत आवेश को संग्रहीत करने के लिए लिथियम आयनों को इंटरवेट कर सकते हैं। ग्रेफाइट अपने कम वोल्टेज और उत्कृष्ट प्रदर्शन के कारण प्रमुख सामग्री है।विभिन्न सामग्रियों को पेश किया गया है, लेकिन उनका उच्च वोल्टेज कम ऊर्जा घनत्व को कम करता है। ref> कम वोल्टेज प्रमुख आवश्यकता है;अन्यथा, ऊर्जा घनत्व के मामले में अतिरिक्त क्षमता बेकार है।

के रूप में ग्रेफाइट 372 mah/g की अधिकतम क्षमता तक सीमित है बहुत से शोध उन सामग्रियों के विकास के लिए समर्पित किए गए हैं जो उच्च सैद्धांतिक क्षमताओं को प्रदर्शित करती हैं, और तकनीकी चुनौतियों पर काबू पाती हैं जो वर्तमान में उनके कार्यान्वयन को प्रभावित करती हैं।कासवजुला एट अल द्वारा व्यापक 2007 की समीक्षा लेख। लिथियम-आयन माध्यमिक कोशिकाओं के लिए सिलिकॉन-आधारित एनोड पर शुरुआती शोध को सारांशित करता है।विशेष रूप से, होंग ली एट अल। 2000 में दिखाया गया कि सिलिकॉन नैनोकणों और सिलिकॉन नैनोवायरों में लिथियम आयनों के इलेक्ट्रोकेमिकल सम्मिलन से एक अनाकार ली-सी मिश्र धातु का गठन होता है।उसी वर्ष, बो गाओ और उनके डॉक्टरेट सलाहकार, प्रोफेसर ओटो झोउ ने सिलिकॉन नैनोवायरों के साथ एनोड्स के साथ इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं के साइकिलिंग का वर्णन किया, जिसमें कम से कम लगभग 900 से 1500 एमएएच/जी तक एक प्रतिवर्ती क्षमता थी। लिथियम एनोड की स्थिरता में सुधार करने के लिए, एक सुरक्षात्मक परत स्थापित करने के कई दृष्टिकोणों का सुझाव दिया गया है। सिलिकॉन को एनोड सामग्री के रूप में देखा जाने लगा है क्योंकि यह काफी अधिक लिथियम आयनों को समायोजित कर सकता है, बिजली के चार्ज के 10 गुना तक भंडारण करता है, हालांकि लिथियम और सिलिकॉन के बीच यह मिश्र धातु महत्वपूर्ण मात्रा में विस्तार करता है (सीए 400% (400%)), जो सेल के लिए भयावह विफलता का कारण बनता है। सिलिकॉन का उपयोग एनोड सामग्री के रूप में किया गया है, लेकिन  \ ScriptStyle ली+ के सम्मिलन और निष्कर्षण सामग्री में दरारें पैदा कर सकते हैं।ये दरारें सी सतह को एक इलेक्ट्रोलाइट में उजागर करती हैं, जिससे अपघटन और नई सी सतह पर एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़ (एसईआई) का गठन होता है (crumpled ग्राफीन ने सी नैनोपार्टिकल्स को घेर लिया)।यह एसईआई मोटा होता रहेगा, उपलब्ध  \ स्क्रिप्टस्टाइल ली+ को समाप्त कर देगा, और एनोड की क्षमता और साइक्लिंग स्थिरता को नीचा दिखाएगा।

इलेक्ट्रोलाइट
इलेक्ट्रोलाइट विकल्प ने भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है, उदाहरण के लिए लिथियम पॉलिमर बैटरी।पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट्स लिथियम के डेंड्राइट गठन को कम करने के लिए वादा कर रहे हैं।पॉलिमर को लघु सर्किट को रोकने और चालकता बनाए रखने के लिए माना जाता है।

इलेक्ट्रोलाइट में आयन फैलते हैं क्योंकि इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता में छोटे परिवर्तन होते हैं।रैखिक प्रसार को केवल यहां माना जाता है।समय टी और दूरी एक्स के एक समारोह के रूप में एकाग्रता सी में परिवर्तन, है


 * $$\frac{\partial c}{\partial t} = \frac{D}{\varepsilon} \frac{\partial ^2 c}{\partial x^2}.$$

इस समीकरण में, डी लिथियम आयन के लिए प्रसार गुणांक है।इसका मूल्य है $x$ में इलेक्ट्रोलाइट।Ε के लिए मान, इलेक्ट्रोलाइट का पोरसिटी, 0.724 है।

कोशिकाएं
ली-आयन कोशिकाएं (पूरी बैटरी से अलग) विभिन्न आकृतियों में उपलब्ध हैं, जिन्हें आमतौर पर चार समूहों में विभाजित किया जा सकता है:
 * छोटे बेलनाकार (टर्मिनलों के बिना ठोस शरीर, जैसे कि पुराने लैपटॉप बैटरी में उपयोग किया जाता है)
 * बड़े बेलनाकार (बड़े थ्रेडेड टर्मिनलों के साथ ठोस शरीर)
 * फ्लैट या थैली (नरम, सपाट शरीर, जैसे कि सेल फोन और नए लैपटॉप में उपयोग किए जाने वाले; ये लिथियम-आयन बहुलक बैटरी हैं।
 * बड़े थ्रेडेड टर्मिनलों के साथ कठोर प्लास्टिक का मामला (जैसे इलेक्ट्रिक वाहन कर्षण पैक)

एक बेलनाकार आकार वाली कोशिकाओं को एक विशेषता स्विस रोल तरीके से बनाया जाता है (जिसे अमेरिका में जेली रोल के रूप में जाना जाता है), जिसका अर्थ है कि यह सकारात्मक इलेक्ट्रोड, विभाजक, नकारात्मक इलेक्ट्रोड और विभाजक का एक एकल लंबा सैंडविच है, जो एक एकल स्पूल में लुढ़का हुआ है।बेलनाकार कोशिकाओं में जेली रोल के आकार को एक आर्किमेडियन सर्पिल द्वारा अनुमानित किया जा सकता है।स्टैक्ड इलेक्ट्रोड वाली कोशिकाओं की तुलना में बेलनाकार कोशिकाओं का एक फायदा तेजी से उत्पादन की गति है।बेलनाकार कोशिकाओं का एक नुकसान उच्च निर्वहन धाराओं में विकसित कोशिकाओं के अंदर एक बड़ा रेडियल तापमान ढाल हो सकता है।

एक मामले की अनुपस्थिति थैली कोशिकाओं को उच्चतम ग्रेविमेट्रिक ऊर्जा घनत्व देती है;हालांकि, कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए उन्हें अभी भी एक बाहरी साधन की आवश्यकता होती है विस्तार को रोकने के लिए जब उनके प्रभार की स्थिति (SOC) स्तर अधिक है, और बैटरी पैक की सामान्य संरचनात्मक स्थिरता के लिए जिसमें वे भाग हैं।कठोर प्लास्टिक और पाउच-शैली कोशिकाओं दोनों को कभी-कभी उनके आयताकार आकार के कारण प्रिज्मीय कोशिकाओं के रूप में संदर्भित किया जाता है। मुनरो एंड एसोसिएट्स के बैटरी प्रौद्योगिकी विश्लेषक मार्क एलिस आधुनिक (~ 2020) इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी में उपयोग किए जाने वाले तीन बुनियादी ली-आयन बैटरी प्रकारों को देखते हैं: बेलनाकार कोशिकाएं (जैसे, टेस्ला), प्रिज्मीय थैली (जैसे, एलजी से), और प्रिस्मेटिक कर सकते हैंकोशिकाओं (जैसे, एलजी, सैमसंग, पैनासोनिक, और अन्य से)।प्रत्येक फॉर्म फैक्टर में ईवी उपयोग के लिए विशेषता फायदे और नुकसान हैं। 2011 के बाद से, कई शोध समूहों ने लिथियम-आयन फ्लो बैटरी के प्रदर्शनों की घोषणा की है। लिथियम-आयन फ्लो बैटरी जो एक जलीय या कार्बनिक समाधान में कैथोड या एनोड सामग्री को निलंबित करती है। 2014 में, पैनासोनिक ने सबसे छोटा ली-आयन सेल बनाया।यह पिन के आकार का है।इसमें 3.5 मिमी का व्यास और 0.6g का वजन होता है। साधारण लिथियम बैटरी के समान एक सिक्का सेल फॉर्म फैक्टर, LiCoo के लिए 2006 की शुरुआत से उपलब्ध है2 कोशिकाएं, आमतौर पर एक LIR उपसर्ग के साथ नामित की जाती है।

बैटरी
एक बैटरी (जिसे बैटरी पैक भी कहा जाता है) में कई कनेक्टेड लिथियम-आयन कोशिकाएं होती हैं।लैपटॉप कंप्यूटर जैसे बड़े उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए बैटरी पैक में तापमान सेंसर, वोल्टेज नियामक सर्किट, वोल्टेज टैप और चार्ज-स्टेट मॉनिटर भी होते हैं।ये घटक ओवरहीटिंग और शॉर्ट सर्किटिंग जैसे सुरक्षा जोखिमों को कम करते हैं। बड़े उपकरणों को बिजली देने के लिए, जैसे कि इलेक्ट्रिक कार, एक समानांतर सर्किट में कई छोटी बैटरी को जोड़ना अधिक प्रभावी है और एक बड़ी बैटरी को जोड़ने की तुलना में अधिक कुशल।

उपयोग
वाणिज्यिक ली-आयन बैटरी के विशाल बहुमत का उपयोग उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिक वाहनों में किया जाता है। ऐसे उपकरणों में शामिल हैं:


 * पोर्टेबल डिवाइस: इनमें मोबाइल फोन और स्मार्टफोन, लैपटॉप और टैबलेट, डिजिटल कैमरा और कैमकोर्डर, इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट, हैंडहेल्ड गेम कंसोल और टार्च (फ्लैशलाइट्स) शामिल हैं।
 * पावर टूल्स: ली-आयन बैटरी का उपयोग कॉर्डलेस ड्रिल, सैंडर्स, आरी, और व्हिपर-स्निपर्स और हेज ट्रिमर्स सहित कई प्रकार के बगीचे के उपकरण जैसे उपकरणों में किया जाता है।
 * इलेक्ट्रिक वाहन: इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी का उपयोग इलेक्ट्रिक कारों में किया जाता है, हाइब्रिड वाहन, इलेक्ट्रिक मोटरसाइकिल और स्कूटर, इलेक्ट्रिक साइकिल, व्यक्तिगत ट्रांसपोर्टर और उन्नत इलेक्ट्रिक व्हीलचेयर।इसके अलावा रेडियो-नियंत्रित मॉडल, मॉडल विमान, विमान,  और मंगल क्यूरियोसिटी रोवर।

अधिक आला उपयोगों में दूरसंचार अनुप्रयोगों में बैकअप शक्ति शामिल है। लिथियम-आयन बैटरी को अक्सर ग्रिड ऊर्जा भंडारण के लिए एक संभावित विकल्प के रूप में चर्चा की जाती है, हालांकि वे अभी तक पैमाने पर लागत-प्रतिस्पर्धी नहीं हैं।

प्रदर्शन
क्योंकि लिथियम-आयन बैटरी में विभिन्न प्रकार के सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री हो सकती है, ऊर्जा घनत्व और वोल्टेज तदनुसार भिन्न होते हैं।

ओपन-सर्किट वोल्टेज जलीय बैटरी की तुलना में अधिक है (जैसे कि लीड-एसिड बैटरी। लीड-एसिड, निकल-मेटल हाइड्राइड बैटरी | निकेल-मेटल हाइड्राइड और निकेल-कैडमियम बैटरी | निकेल-कैडमियम)। साइकिल और उम्र दोनों के साथ आंतरिक प्रतिरोध बढ़ता है, यद्यपि यह वोल्टेज और तापमान पर दृढ़ता से निर्भर करता है, बैटरी पर संग्रहीत किया जाता है। आंतरिक प्रतिरोध बढ़ने से टर्मिनलों पर वोल्टेज लोड के तहत गिरता है, जो अधिकतम वर्तमान ड्रा को कम करता है। आखिरकार, बढ़ती प्रतिरोध बैटरी को एक अवस्था में छोड़ देगा, जैसे कि यह अब अस्वीकार्य वोल्टेज ड्रॉप या ओवरहीटिंग के बिना इसके अनुरोध किए गए सामान्य डिस्चार्ज धाराओं का समर्थन नहीं कर सकता है।

एक लिथियम आयरन फॉस्फेट पॉजिटिव और ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड के साथ बैटरी में 3.2 & nbsp; v का नाममात्र ओपन-सर्किट वोल्टेज होता है और 3.6 & nbsp; v का एक विशिष्ट चार्जिंग वोल्टेज; लिथियम निकेल मैंगनीज कोबाल्ट (एनएमसी) ऑक्साइड सकारात्मकता के साथ ग्रेफाइट नकारात्मक के साथ सकारात्मकता 3.7 & nbsp; v नाममात्र वोल्टेज के साथ 4.2 & nbsp; v अधिकतम चार्ज करते समय। चार्जिंग प्रक्रिया वर्तमान-सीमित सर्किटरी के साथ निरंतर वोल्टेज पर की जाती है (यानी, निरंतर वर्तमान के साथ चार्जिंग जब तक कि 4.2 & nbsp का वोल्टेज; v सेल में नहीं पहुंच जाता है और एक निरंतर वोल्टेज के साथ जारी रहता है जब तक कि वर्तमान बूंद शून्य के करीब नहीं होता है)। आमतौर पर, चार्ज को प्रारंभिक चार्ज करंट के 3% पर समाप्त किया जाता है। अतीत में, लिथियम-आयन बैटरी को फास्ट-चार्ज नहीं किया जा सकता था और पूरी तरह से चार्ज करने के लिए कम से कम दो घंटे की आवश्यकता थी। वर्तमान पीढ़ी की कोशिकाओं को 45 मिनट या उससे कम समय में पूरी तरह से चार्ज किया जा सकता है। 2015 में शोधकर्ताओं ने दो मिनट में 68 प्रतिशत की क्षमता से 68 प्रतिशत की क्षमता और पांच मिनट में 3,000 एमएएच की बैटरी को 48 प्रतिशत क्षमता तक चार्ज करने का प्रदर्शन किया। बाद की बैटरी में 620 डब्ल्यू · एच/एल की ऊर्जा घनत्व है। डिवाइस ने एनोड में ग्रेफाइट अणुओं से बंधे हेटेरोटॉम को नियोजित किया। समय के साथ निर्मित बैटरी के प्रदर्शन में सुधार हुआ है।उदाहरण के लिए, 1991 से 2005 तक लिथियम आयन बैटरी की प्रति कीमत ऊर्जा क्षमता दस गुना से अधिक में सुधार हुई, 0.3 w · h डॉलर से 3 w · h डॉलर से अधिक। 2011 से 2017 की अवधि में, प्रगति सालाना 7.5% औसत रही है। कुल मिलाकर, 1991 और 2018 के बीच, सभी प्रकार की लिथियम-आयन कोशिकाओं (डॉलर प्रति kWh में) की कीमतें लगभग 97%गिर गईं। इसी समय अवधि में, ऊर्जा घनत्व तीन गुना से अधिक है। ऊर्जा घनत्व में वृद्धि के प्रयासों ने लागत में कमी में महत्वपूर्ण योगदान दिया। समान रसायन विज्ञान के साथ अलग -अलग आकार की कोशिकाओं में अलग -अलग ऊर्जा घनत्व भी हो सकते हैं।21700 बैटरी | 21700 सेल में 18650 की बैटरी की तुलना में 50% अधिक ऊर्जा है। 18650 सेल, और बड़ा आकार अपने परिवेश में गर्मी हस्तांतरण को कम करता है।

जीवनकाल
लिथियम-आयन बैटरी के जीवन को आमतौर पर क्षमता हानि या प्रतिबाधा वृद्धि के मामले में विफलता सीमा तक पहुंचने के लिए पूर्ण चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों की संख्या के रूप में परिभाषित किया जाता है।निर्माताओं की डेटशीट आमतौर पर रेटेड बैटरी क्षमता के 80% तक पहुंचने के लिए चक्रों की संख्या के संदर्भ में जीवनकाल को निर्दिष्ट करने के लिए शब्द चक्र जीवन का उपयोग करती है। इन बैटरी का निष्क्रिय भंडारण भी उनकी क्षमता को कम करता है।कैलेंडर जीवन का उपयोग चक्र और निष्क्रिय भंडारण संचालन दोनों को शामिल करने वाली बैटरी के पूरे जीवन चक्र का प्रतिनिधित्व करने के लिए किया जाता है।बैटरी चक्र जीवन तापमान, डिस्चार्ज करंट, चार्ज करंट और चार्ज रेंज की स्थिति (डिस्चार्ज की गहराई) सहित कई अलग -अलग तनाव कारकों से प्रभावित होता है। बैटरी पूरी तरह से चार्ज नहीं की जाती है और स्मार्टफोन, लैपटॉप और इलेक्ट्रिक कारों जैसे वास्तविक अनुप्रयोगों में डिस्चार्ज नहीं की जाती है और इसलिए पूर्ण डिस्चार्ज चक्रों के माध्यम से बैटरी जीवन को परिभाषित करना भ्रामक हो सकता है।इस भ्रम से बचने के लिए, शोधकर्ता कभी -कभी संचयी निर्वहन का उपयोग करते हैं अपने पूरे जीवन या समकक्ष पूर्ण चक्रों के दौरान बैटरी द्वारा वितरित की गई कुल राशि (एएच) के रूप में परिभाषित किया गया, जो पूर्ण चार्ज-डिस्चार्ज चक्र के अंश के रूप में आंशिक चक्रों के योग का प्रतिनिधित्व करता है।स्टोरेज के दौरान बैटरी का क्षरण तापमान और बैटरी स्टेट ऑफ चार्ज (SOC) से प्रभावित होता है और पूर्ण चार्ज (100% SOC) और उच्च तापमान (आमतौर पर> & nbsp; 50 & nbsp; ° C) के संयोजन से तेज क्षमता ड्रॉप और गैस उत्पादन हो सकता है। रेटेड नाममात्र वोल्टेज द्वारा बैटरी संचयी निर्वहन को गुणा करने से बैटरी के जीवन पर वितरित कुल ऊर्जा मिलती है।इससे कोई ऊर्जा की प्रति kWh लागत की गणना कर सकता है (चार्जिंग की लागत सहित)।

उनके जीवनकाल की बैटरी पर गिरावट धीरे -धीरे इलेक्ट्रोड में विभिन्न प्रकार के रासायनिक और यांत्रिक परिवर्तनों के कारण कम क्षमता के लिए अग्रणी होती है। सबसे प्रमुख तंत्रों में से कुछ में इलेक्ट्रोड सतहों पर प्रतिरोधक परतों (ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़, या एसईआई) की वृद्धि शामिल है, लिथियम चढ़ाना, एसईआई परत या इलेक्ट्रोड कणों के यांत्रिक क्रैकिंग और इलेक्ट्रोलाइट के थर्मल अपघटन। गिरावट दृढ़ता से तापमान-निर्भर है: कमरे के तापमान पर गिरावट न्यूनतम है, लेकिन गर्म या ठंडे वातावरण में संग्रहीत या उपयोग की जाने वाली बैटरी के लिए बढ़ जाती है। उच्च चार्ज स्तर भी क्षमता हानि है। बैटरी चार्ज या डिस्चार्ज होने पर गर्मी उत्पन्न करती है, खासकर उच्च धाराओं पर।बड़े बैटरी पैक, जैसे कि इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग किए जाने वाले, आम तौर पर थर्मल प्रबंधन प्रणालियों से सुसज्जित होते हैं जो बीच के तापमान को बनाए रखते हैं 15 C तथा 35 C. थैली और बेलनाकार सेल तापमान डिस्चार्ज करंट पर रैखिक रूप से निर्भर करता है। खराब आंतरिक वेंटिलेशन से तापमान बढ़ सकता है।इसके विपरीत, कैलेंडर जीवनउच्च चार्ज राज्यों से कोशिकाएं प्रभावित नहीं होती हैं। एसईआई परत, इलेक्ट्रोलाइट गिरावट उत्पादों द्वारा गठित एक पासिंग कोटिंग, एनोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस के स्थिरीकरण के कारण बेहतर प्रदर्शन में सुधार होता है, लेकिन थर्मल गिरावट के लिए असुरक्षित है।परत इलेक्ट्रोलाइट - कार्बोनेट कटौती उत्पादों से बना है जो एक आयनिक कंडक्टर और इलेक्ट्रॉनिक इन्सुलेटर दोनों के रूप में सेवा करते हैं।यह एनोड और कैथोड (एक सीईआई कहा जाता है) दोनों पर बनता है और कई प्रदर्शन मापदंडों को प्रभावित करता है।विशिष्ट परिचालन स्थितियों के तहत, परत पहले कुछ शुल्कों (गठन चक्र) के बाद एक निश्चित मोटाई तक पहुंचती है, जिससे डिवाइस को वर्षों तक काम करने की अनुमति मिलती है।हालांकि, विशिष्ट मापदंडों के बाहर ऑपरेशन कई प्रतिक्रियाओं के माध्यम से विद्युत रासायनिक इंटरफेस को नीचा कर सकता है। लिथियम-आयन बैटरी सैकड़ों से अधिक की क्षमता के लिए प्रवण है ref>हजारों चक्रों के लिए ।एसईआई का गठन लिथियम आयनों की खपत करता है, इलेक्ट्रोड सामग्री के समग्र आवेश और निर्वहन दक्षता को कम करता है। Ref> अलेक्जेंडर के Suttman। (2011)ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी और ओहिओलिंक द्वारा प्रकाशित एक अपघटन उत्पाद के रूप में, विभिन्न एसईआई-गठन एडिटिव्स को इलेक्ट्रोलाइट में जोड़ा जा सकता है ताकि एक अधिक स्थिर एसईआई के गठन को बढ़ावा दिया जा सके जो इलेक्ट्रॉनों को अवरुद्ध करते समय लिथियम आयनों के लिए चयनात्मक रहता है। रेफ> मैथ्यू बी। पिंसन 1 और मार्टिन जेड। बज़ेंट।रिचार्जेबल बैटरी में एसईआई गठन का सिद्धांत: क्षमता फीका, त्वरित उम्र बढ़ने और जीवन भर की भविष्यवाणी।मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, कैम्ब्रिज, एमए 02139  उच्च तापमान पर या तेज दरों पर साइकिलिंग कोशिकाएं एसईआई या लिथियम चढ़ाना के क्षरण के कारण ली-आयन बैटरी के क्षरण को बढ़ावा दे सकती हैं। ref> 80% से अधिक ली-आयन बैटरी को चार्ज करना बैटरी में गिरावट को काफी तेज कर सकता है। ref> पांच सामान्य एक्सोथर्मिक गिरावट प्रतिक्रियाएं हो सकती हैं:


 * एनोड द्वारा इलेक्ट्रोलाइट की रासायनिक कमी।
 * इलेक्ट्रोलाइट का थर्मल अपघटन।
 * कैथोड द्वारा इलेक्ट्रोलाइट का रासायनिक ऑक्सीकरण।
 * कैथोड और एनोड द्वारा थर्मल अपघटन।
 * चार्ज इफेक्ट्स द्वारा आंतरिक शॉर्ट सर्किट।

इलेक्ट्रोलाइट और एडिटिव्स के आधार पर, एसईआई परत के सामान्य घटकों जो एनोड पर बनता है, उनमें लिथियम ऑक्साइड, लिथियम फ्लोराइड और अर्धविराम (जैसे, लिथियम एल्काइल कार्बोनेट) का मिश्रण शामिल है।ऊंचे तापमान पर, इलेक्ट्रोलाइट में एल्काइल कार्बोनेट्स जैसे अघुलनशील प्रजातियों में विघटित होते हैं & nbsp; यह फिल्म की मोटाई को बढ़ाता है।यह सेल प्रतिबाधा को बढ़ाता है और साइकिल चलाने की क्षमता को कम करता है। इलेक्ट्रोलाइट अपघटन द्वारा गठित गैसें सेल के आंतरिक दबाव को बढ़ा सकती हैं और मोबाइल उपकरणों जैसे वातावरण की मांग में एक संभावित सुरक्षा मुद्दा है। 25 & nbsp; ° C के नीचे, एनोड पर धातु के लिथियम का चढ़ाना और इलेक्ट्रोलाइट के साथ बाद की प्रतिक्रिया चक्रविराम लिथियम के नुकसान के लिए अग्रणी है। विस्तारित भंडारण फिल्म की मोटाई और क्षमता हानि में वृद्धि में वृद्धि को ट्रिगर कर सकता है। 4.2 वी से अधिक पर चार्ज करना ली आर आरंभ कर सकता है+ & nbsp; एनोड पर चढ़ाना, अपरिवर्तनीय क्षमता हानि का उत्पादन।डेंड्राइट्स के गठन में इंटरलेक्शन के परिणामस्वरूप एनोड में एम्बेडेड धातु लिथियम की यादृच्छिकता।समय के साथ डेंड्राइट्स विभाजक को जमा और छेद सकते हैं, जिससे एक शॉर्ट सर्किट गर्मी, आग या विस्फोट हो सकता है।इस प्रक्रिया को थर्मल रनवे के रूप में जाना जाता है। 2 वी से नीचे डिस्चार्ज करने से भी क्षमता हानि हो सकती है।(तांबा) एनोड वर्तमान कलेक्टर इलेक्ट्रोलाइट में भंग हो सकता है।इलेक्ट्रोलाइट गिरावट तंत्र में हाइड्रोलिसिस और थर्मल अपघटन शामिल हैं। 10 पीपीएम के रूप में कम सांद्रता में, पानी गिरावट उत्पादों के एक मेजबान को उत्प्रेरित करना शुरू कर देता है जो इलेक्ट्रोलाइट, एनोड और कैथोड को प्रभावित कर सकता है। LIF के साथ एक संतुलन प्रतिक्रिया में भाग लेता है और ।विशिष्ट परिस्थितियों में, संतुलन बाईं ओर दूर है।हालांकि पानी की उपस्थिति पर्याप्त जीवन, एक अघुलनशील, विद्युत रूप से इन्सुलेट उत्पाद उत्पन्न करती है।LIF फिल्म की मोटाई को बढ़ाते हुए, एनोड की सतह से बांधता है।  हाइड्रोलिसिस पैदावार, एक मजबूत लुईस एसिड जो इलेक्ट्रॉन-समृद्ध प्रजातियों जैसे पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है।  हाइड्रोफ्लोरिक एसिड (एचएफ) और फॉस्फोरस ऑक्सीफ्लुओराइड बनाने के लिए पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है।बदले में फॉस्फोरस ऑक्सीफ्लुओराइड अतिरिक्त एचएफ और difluorohydroxy फॉस्फोरिक एसिड बनाने के लिए प्रतिक्रिया करता है।एचएफ कठोर एसईआई फिल्म को एक नाजुक में परिवर्तित करता है।कैथोड पर, कार्बोनेट विलायक समय के साथ कैथोड ऑक्साइड पर फैल सकता है, गर्मी जारी कर सकता है और संभावित रूप से थर्मल रनवे का कारण बन सकता है। इलेक्ट्रोलाइट लवण का अपघटन और लवण और विलायक के बीच बातचीत 70 & nbsp; ° C के रूप में कम से शुरू होती है।महत्वपूर्ण अपघटन उच्च तापमान पर होता है।85 & nbsp; ° C ट्रांसस्टेरिफिकेशन उत्पादों, जैसे कि Dimethyl-2,5-dioxahexane Carboxylate (DMDOHC) DMC के साथ EC की प्रतिक्रिया से बनते हैं। कैथोड युक्त कुछ मैंगनीज शिकारी गिरावट तंत्र द्वारा नीचा हो सकता है जिसके परिणामस्वरूप मैंगनीज विघटन और एनोड पर कमी होती है। के लिए शिकारी तंत्र द्वारा , हाइड्रोफ्लोरिक एसिड एक टेट्रावलेंट मैंगनीज और एक घुलनशील डिवलेंट मैंगनीज बनाने के लिए एक सतह ट्रिटेंट मैंगनीज के असमानता के माध्यम से मैंगनीज के नुकसान को उत्प्रेरित करता है:


 * सुरक्षा3+ → mn 2+ + mn 4+

स्पिनल के भौतिक नुकसान के परिणामस्वरूप क्षमता फीकी होती है।50 & nbsp के रूप में कम तापमान; ° C आरंभ Mn2+ एनोड पर मेटालिक मैंगनीज के रूप में एक ही प्रभाव के साथ लिथियम और तांबा चढ़ाना। सैद्धांतिक मैक्स और मिन वोल्टेज पठार पर साइकिल चलाना जाहन-टेलर विरूपण के माध्यम से क्रिस्टल जाली को नष्ट कर देता है, जो कि एमएन जब होता है4+ Mn तक कम हो गया हैडिस्चार्ज के दौरान 3+। 3.6 वी से अधिक से चार्ज की गई बैटरी का भंडारण कैथोड द्वारा इलेक्ट्रोलाइट ऑक्सीकरण शुरू करता है और कैथोड पर एसईआई परत के गठन को प्रेरित करता है।एनोड के साथ, अत्यधिक एसईआई गठन एक इन्सुलेटर बनाता है जिसके परिणामस्वरूप क्षमता फीका और असमान वर्तमान वितरण होता है। धीमी गति से गिरावट में 2 वी से कम परिणामों पर भंडारण तथा  कैथोड्स, ऑक्सीजन की रिहाई और अपरिवर्तनीय क्षमता हानि।

आग का खतरा
लिथियम-आयन बैटरी एक सुरक्षा खतरा हो सकता है क्योंकि वे एक ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट होते हैं और यदि वे क्षतिग्रस्त हो जाते हैं तो दबाव हो सकता है।एक बैटरी सेल बहुत जल्दी चार्ज किया जा सकता है, एक शॉर्ट सर्किट का कारण बन सकता है, जिससे विस्फोट और आग लग जाती है। एक ली-आयन बैटरी की आग (1) थर्मल दुरुपयोग के कारण शुरू की जा सकती है, उदा।खराब शीतलन या बाहरी आग, (2) विद्युत दुरुपयोग, उदा।ओवरचार्ज या बाहरी शॉर्ट सर्किट, (3) मैकेनिकल एब्यूज, उदा।प्रवेश या दुर्घटना, या (4) आंतरिक शॉर्ट सर्किट, उदा।विनिर्माण दोष या उम्र बढ़ने के कारण। इन जोखिमों के कारण, परीक्षण मानक एसिड-इलेक्ट्रोलाइट बैटरी के लिए उन लोगों की तुलना में अधिक कठोर हैं, जिनके लिए परीक्षण की स्थिति और अतिरिक्त बैटरी-विशिष्ट परीक्षणों की एक व्यापक श्रेणी की आवश्यकता होती है, और सुरक्षा नियामकों द्वारा लगाए गए शिपिंग सीमाएं हैं।  कुछ कंपनियों द्वारा बैटरी से संबंधित रिकॉल किए गए हैं, जिनमें 2016 सैमसंग सैमसंग गैलेक्सी नोट 7#बैटरी दोष शामिल हैं। गैलेक्सी नोट 7 बैटरी फायर के लिए रिकॉल। REF NAME = S7NYT>

लिथियम-आयन बैटरी में एक ज्वलनशील तरल इलेक्ट्रोलाइट होता है। एक दोषपूर्ण बैटरी एक गंभीर आग का कारण बन सकती है। दोषपूर्ण चार्जर बैटरी की सुरक्षा को प्रभावित कर सकते हैं क्योंकि वे बैटरी के संरक्षण सर्किट को नष्ट कर सकते हैं।0 & nbsp; ° C से नीचे के तापमान पर चार्ज करते समय, कोशिकाओं का नकारात्मक इलेक्ट्रोड शुद्ध लिथियम के साथ चढ़ाया जाता है, जो पूरे पैक की सुरक्षा से समझौता कर सकता है।

एक बैटरी को शॉर्ट-सर्किट करने से सेल ओवरहीट हो जाएगा और संभवतः आग पकड़ने के लिए। एक ली-आयन बैटरी में थर्मल रनवे से धुआं ज्वलनशील और विषाक्त दोनों है। ref> कोबाल्ट-ऑक्साइड कोशिकाओं की अग्नि ऊर्जा सामग्री (विद्युत + रासायनिक) लगभग 100 से 150 kJ/(a · h) है, इसका अधिकांश रासायनिक। 2010 के आसपास, कुछ विमानों पर पावर सिस्टम के लिए अन्य रसायन विज्ञान के स्थान पर बड़ी लिथियम आयन बैटरी पेश की गई थी;, बोइंग 787 यात्री विमानों पर कम से कम चार गंभीर बोइंग 787 ड्रीमलाइनर बैटरी समस्याएं | लिथियम-आयन बैटरी फायर, या धुएं, 2011 में पेश किए गए, जो दुर्घटनाओं का कारण नहीं था, लेकिन ऐसा करने की क्षमता थी। यूपीएस एयरलाइंस की उड़ान 6 दुबई में दुर्घटनाग्रस्त हो गई, जब बैटरी के पेलोड को अनायास प्रज्वलित किया गया।

आग के खतरों को कम करने के लिए, अनुसंधान परियोजनाओं का उद्देश्य गैर-ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट्स विकसित करना है।

हानिकारक और ओवरलोडिंग
यदि एक लिथियम-आयन बैटरी क्षतिग्रस्त हो जाती है, कुचल दी जाती है, या ओवरचार्ज सुरक्षा के बिना एक उच्च विद्युत भार के अधीन होती है, तो समस्याएं उत्पन्न हो सकती हैं।बाहरी शॉर्ट सर्किट बैटरी विस्फोट को ट्रिगर कर सकता है। यदि ओवरहीट या ओवरचार्ज किया जाता है, तो ली-आयन बैटरी थर्मल रनवे और सेल टूटने से पीड़ित हो सकती है। चरम मामलों में यह रिसाव, विस्फोट या आग का कारण बन सकता है।इन जोखिमों को कम करने के लिए, कई लिथियम-आयन कोशिकाओं (और बैटरी पैक) में फेल-सेफ सर्किटरी होती है जो बैटरी को डिस्कनेक्ट करती है जब इसका वोल्टेज 3-4.2 & nbsp; v प्रति सेल की सुरक्षित सीमा के बाहर होता है, या जब ओवरचार्ज या डिस्चार्ज किया गया।लिथियम बैटरी पैक, चाहे एक विक्रेता या अंत-उपयोगकर्ता द्वारा निर्मित, प्रभावी बैटरी प्रबंधन सर्किट के बिना इन मुद्दों के लिए अतिसंवेदनशील हैं।खराब तरीके से डिज़ाइन या कार्यान्वित बैटरी प्रबंधन सर्किट भी समस्याओं का कारण बन सकते हैं;यह निश्चित होना मुश्किल है कि किसी भी विशेष बैटरी प्रबंधन सर्किटरी को ठीक से लागू किया गया है।

वोल्टेज सीमा
लिथियम-आयन कोशिकाएं 2.5 और 3.65/4.1/4.2 या 4.35V (सेल के घटकों के आधार पर) के बीच सुरक्षित लोगों के बाहर वोल्टेज रेंज द्वारा तनाव के लिए अतिसंवेदनशील होती हैं।इस वोल्टेज रेंज से अधिक समय से पहले उम्र बढ़ने और कोशिकाओं में प्रतिक्रियाशील घटकों के कारण सुरक्षा जोखिमों में परिणाम होता है। जब लंबी अवधि के लिए संग्रहीत किया जाता है, तो सुरक्षा सर्किटरी का छोटा करंट ड्रा उसके शटऑफ वोल्टेज के नीचे बैटरी को सूखा सकता है;बैटरी मैनेजमेंट सिस्टम (बीएमएस) इस बैटरी (या चार्जर) की विफलता का रिकॉर्ड बनाए रख सकता है, क्योंकि सामान्य चार्जर्स तब बेकार हो सकते हैं।कई प्रकार के लिथियम-आयन कोशिकाओं को 0 & nbsp; ° C से नीचे सुरक्षित रूप से चार्ज नहीं किया जा सकता है, जैसा कि इसके परिणामस्वरूप सेल के एनोड पर लिथियम का चढ़ाना हो सकता है, जिससे आंतरिक शॉर्ट-सर्किट पथ जैसी जटिलताएं हो सकती हैं। अन्य सुरक्षा सुविधाओं की आवश्यकता है प्रत्येक सेल में: * शट-डाउन सेपरेटर (ओवरहीटिंग के लिए)
 * आंसू-दूर टैब (आंतरिक दबाव राहत के लिए)
 * वेंट (गंभीर आउटगासिंग के मामले में दबाव राहत)
 * थर्मल इंटरप्ट (ओवरक्रैक/ओवरचार्जिंग/पर्यावरणीय जोखिम)

इन सुविधाओं की आवश्यकता होती है क्योंकि नकारात्मक इलेक्ट्रोड उपयोग के दौरान गर्मी का उत्पादन करता है, जबकि सकारात्मक इलेक्ट्रोड ऑक्सीजन का उत्पादन कर सकता है।हालांकि, ये अतिरिक्त उपकरण कोशिकाओं के अंदर अंतरिक्ष पर कब्जा कर लेते हैं, विफलता के बिंदु जोड़ते हैं, और सक्रिय होने पर कोशिका को अपरिवर्तनीय रूप से अक्षम कर सकते हैं।इसके अलावा, इन सुविधाओं में निकल-मेटल हाइड्राइड बैटरी की तुलना में लागत बढ़ जाती है। निकेल मेटल हाइड्राइड बैटरी, जिसमें केवल एक हाइड्रोजन/ऑक्सीजन पुनर्संयोजन उपकरण और बैक-अप प्रेशर वाल्व की आवश्यकता होती है। कोशिकाओं के अंदर दूषित पदार्थ इन सुरक्षा उपकरणों को हरा सकते हैं।इसके अलावा, इन सुविधाओं को सभी प्रकार की कोशिकाओं पर लागू नहीं किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, प्रिज्मीय उच्च वर्तमान कोशिकाओं को वेंट या थर्मल इंटरप्ट से लैस नहीं किया जा सकता है।उच्च वर्तमान कोशिकाओं को अत्यधिक गर्मी या ऑक्सीजन का उत्पादन नहीं करना चाहिए, ऐसा न हो कि विफलता हो, संभवतः हिंसक।इसके बजाय, उन्हें आंतरिक थर्मल फ़्यूज़ से लैस होना चाहिए जो एनोड और कैथोड से पहले कार्य करते हैं, उनकी थर्मल सीमा तक पहुंचते हैं। लिथियम मेटल फॉस्फेट जैसे लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी) के साथ लिथियम-आयन बैटरी में लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड पॉजिटिव इलेक्ट्रोड सामग्री को बदलना चक्र की गिनती, शेल्फ जीवन और सुरक्षा में सुधार करता है, लेकिन क्षमता को कम करता है।2006 तक, ये सुरक्षित लिथियम-आयन बैटरी मुख्य रूप से इलेक्ट्रिक कारों और अन्य बड़ी क्षमता वाली बैटरी अनुप्रयोगों में उपयोग की गई थीं, जहां सुरक्षा महत्वपूर्ण है।

याद करता है

 * अक्टूबर 2004 में, क्योसेरा वायरलेस ने नकली की पहचान करने के लिए लगभग 1 मिलियन मोबाइल फोन बैटरी को वापस बुलाया।
 * दिसंबर 2005 में, डेल ने लगभग 22,000 लैपटॉप कंप्यूटर बैटरी और अगस्त 2006 में 4.1 मिलियन को याद किया। * 2006 में, डेल, सोनी, ऐप्पल इंक। में इस्तेमाल की जाने वाली लगभग 10 मिलियन सोनी बैटरी। Apple, Lenovo, Panasonic, Toshiba, Hitachi, Ltd.बैटरी को निर्माण के दौरान धातु कणों द्वारा आंतरिक संदूषण के लिए अतिसंवेदनशील पाया गया।कुछ परिस्थितियों में, ये कण विभाजक को छेद सकते हैं, जिससे एक खतरनाक शॉर्ट सर्किट हो सकता है।
 * मार्च 2007 में, कंप्यूटर निर्माता लेनोवो ने विस्फोट के जोखिम में लगभग 205,000 बैटरी को याद किया।
 * अगस्त 2007 में, मोबाइल फोन निर्माता नोकिया ने ओवरहीटिंग और विस्फोट के जोखिम में 46 मिलियन से अधिक बैटरी को याद किया। ऐसी एक घटना फिलीपींस में हुई जिसमें नोकिया N91 शामिल है, जिसमें BL-5C बैटरी का उपयोग किया गया था।
 * सितंबर 2016 में, सैमसंग ने 35 की पुष्टि की आग के बाद लगभग 2.5 मिलियन गैलेक्सी नोट 7 फोन को याद किया। याद करते हुए सैमसंग की बैटरी में एक विनिर्माण डिजाइन दोष के कारण था, जिसके कारण आंतरिक सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुवों को छूना पड़ा।

परिवहन प्रतिबंध
IATA का अनुमान है कि प्रत्येक वर्ष एक अरब लिथियम और लिथियम-आयन कोशिकाओं को उड़ाया जाता है। आग के खतरे के कारण विमान में सवार कुछ प्रकार की लिथियम बैटरी को प्रतिबंधित किया जा सकता है। कुछ डाक प्रशासन लिथियम और लिथियम-आयन बैटरी के एयर शिपिंग (ईएमएस सहित) को प्रतिबंधित करते हैं, या तो अलग-अलग या उपकरणों में स्थापित होते हैं।

पर्यावरणीय प्रभाव
लिथियम, निकेल, और कोबाल्ट का निष्कर्षण, सॉल्वैंट्स का निर्माण, और खनन बायप्रोडक्ट्स महत्वपूर्ण पर्यावरणीय और स्वास्थ्य खतरों को प्रस्तुत करते हैं।  जल प्रदूषण के कारण लिथियम निष्कर्षण जलीय जीवन के लिए घातक हो सकता है। यह सतह के पानी के संदूषण, पीने के पानी के संदूषण, श्वसन समस्याओं, पारिस्थितिकी तंत्र की गिरावट और परिदृश्य क्षति का कारण बनता है। यह शुष्क क्षेत्रों (लिथियम के 1.9 मिलियन लीटर प्रति टन) में पानी की खपत को भी बढ़ाता है। लिथियम निष्कर्षण की बड़े पैमाने पर बायप्रोडक्ट पीढ़ी भी अनसुलझी समस्याओं को प्रस्तुत करती है, जैसे कि बड़ी मात्रा में मैग्नीशियम और चूना कचरा। लिथियम खनन उत्तर और दक्षिण अमेरिका, एशिया, दक्षिण अफ्रीका, ऑस्ट्रेलिया और चीन में होता है। ली-आयन बैटरी के लिए कोबाल्ट को कांगो में काफी हद तक खनन किया जाता है (कांगो लोकतांत्रिक गणराज्य का खनन उद्योग भी देखें)

ली-आयन बैटरी का एक किलो निर्माण ऊर्जा के लगभग 67 मेगाजौले (एमजे) लेता है। लिथियम-आयन बैटरी विनिर्माण की ग्लोबल वार्मिंग क्षमता दृढ़ता से खनन और विनिर्माण कार्यों में उपयोग किए जाने वाले ऊर्जा स्रोत पर निर्भर करती है, और अनुमान लगाना मुश्किल है, लेकिन एक 2019 के अध्ययन में 73 & nbsp; kg CO2E/kWh का अनुमान है। प्रभावी रीसाइक्लिंग उत्पादन के कार्बन पदचिह्न को काफी कम कर सकता है।

ठोस अपशिष्ट और रीसाइक्लिंग
चूंकि ली-आयन बैटरी में अन्य प्रकार की बैटरी की तुलना में कम विषाक्त धातुएं होती हैं, जिनमें सीसा या कैडमियम हो सकता है, उन्हें आम तौर पर गैर-खतरनाक कचरे के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।आयरन, कॉपर, निकेल और कोबाल्ट सहित ली-आयन बैटरी तत्वों को भस्मक और लैंडफिल के लिए सुरक्षित माना जाता है। इन धातुओं को पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है, आमतौर पर अन्य सामग्रियों को जलाकर, लेकिन खनन आम तौर पर रीसाइक्लिंग की तुलना में सस्ता रहता है; रीसाइक्लिंग की लागत $ 3/किग्रा हो सकती है, और 2019 में लिथियम आयन बैटरी के 5% से कम को पुनर्नवीनीकरण किया जा रहा था। 2018 के बाद से, रीसाइक्लिंग की उपज में काफी वृद्धि हुई थी, और लिथियम, मैंगनीज, एल्यूमीनियम, इलेक्ट्रोलाइट के कार्बनिक सॉल्वैंट्स और ग्रेफाइट को ठीक करना औद्योगिक पैमानों पर संभव है। ref> सेल के निर्माण में शामिल सबसे महंगी धातु कोबाल्ट है।लिथियम उपयोग की जाने वाली अन्य धातुओं की तुलना में कम महंगा है और शायद ही कभी पुनर्नवीनीकरण किया जाता है, लेकिन रीसाइक्लिंग भविष्य की कमी को रोक सकता है।

बैटरी कचरे का संचय तकनीकी चुनौतियों और स्वास्थ्य खतरों को प्रस्तुत करता है। चूंकि इलेक्ट्रिक कारों का पर्यावरणीय प्रभाव लिथियम-आयन बैटरी के उत्पादन से बहुत प्रभावित होता है, इसलिए कचरे को फिर से शुरू करने के लिए कुशल तरीकों का विकास महत्वपूर्ण है। रीसाइक्लिंग एक बहु-चरण प्रक्रिया है, जो निपटान से पहले बैटरी के भंडारण के साथ शुरू होती है, इसके बाद मैनुअल परीक्षण, विघटन, और अंत में बैटरी घटकों के रासायनिक पृथक्करण होती है।बैटरी का पुन: उपयोग पूर्ण रीसाइक्लिंग पर पसंद किया जाता है क्योंकि प्रक्रिया में कम सन्निहित ऊर्जा होती है।चूंकि ये बैटरी टायर रबर की तरह शास्त्रीय वाहन कचरे की तुलना में बहुत अधिक प्रतिक्रियाशील हैं, इसलिए इस्तेमाल की गई बैटरी को स्टॉक करने के लिए महत्वपूर्ण जोखिम हैं।

पाइरोमेटलर्जिकल रिकवरी
पाइरोमेटलर्जिकल विधि सीओ, सीयू, एफई, और नी के मिश्र धातु के लिए बैटरी में धातु ऑक्साइड के घटकों को कम करने के लिए एक उच्च तापमान भट्ठी का उपयोग करती है।यह रीसाइक्लिंग की सबसे आम और व्यावसायिक रूप से स्थापित विधि है और इसे अन्य समान बैटरी के साथ जोड़ा जा सकता है ताकि वे मिट्टी की दक्षता बढ़ा सकें और थर्मोडायनामिक्स में सुधार कर सकें।धातु वर्तमान संग्राहक स्मेल्टिंग प्रक्रिया में सहायता करते हैं, जिससे पूरे कोशिकाओं या मॉड्यूल को एक बार में पिघलाया जा सकता है। इस पद्धति का उत्पाद धातु मिश्र धातु, स्लैग और गैस का एक संग्रह है।उच्च तापमान पर, बैटरी कोशिकाओं को एक साथ रखने के लिए उपयोग किए जाने वाले पॉलिमर को जलने के लिए और धातु मिश्र धातु को हाइड्रोमेटालर्जिकल प्रक्रिया के माध्यम से अपने अलग -अलग घटकों में अलग किया जा सकता है।स्लैग को सीमेंट उद्योग में आगे परिष्कृत या उपयोग किया जा सकता है।प्रक्रिया अपेक्षाकृत जोखिम-मुक्त है और बहुलक दहन से एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया आवश्यक इनपुट ऊर्जा को कम करती है।हालांकि, इस प्रक्रिया में, प्लास्टिक, इलेक्ट्रोलाइट्स और लिथियम लवण खो जाएंगे।

हाइड्रोमेटलर्जिकल मेटल्स रिक्लेमेशन
इस पद्धति में कैथोड से वांछित धातुओं को हटाने के लिए जलीय समाधानों का उपयोग शामिल है।सबसे आम अभिकर्मक सल्फ्यूरिक एसिड है। लीचिंग दर को प्रभावित करने वाले कारकों में एसिड, समय, तापमान, ठोस-से-तरल-अनुपात और कम करने वाले एजेंट की एकाग्रता शामिल है। यह प्रयोगात्मक रूप से साबित होता है कि एच2O2 प्रतिक्रिया के माध्यम से लीचिंग की दर को गति देने के लिए एक कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करता है: एलिको2(एस) + 3 एच2इसलिए4 + एच2O2 → 2COSO4(अया) + क्या आप2इसलिए4 4 एक्स2ओ + ओ2 एक बार लीच करने के बाद, धातुओं को समाधान के पीएच स्तर को बदलकर नियंत्रित वर्षा प्रतिक्रियाओं के माध्यम से निकाला जा सकता है।कोबाल्ट, सबसे महंगी धातु, फिर सल्फेट, ऑक्सालेट, हाइड्रॉक्साइड या कार्बोनेट के रूप में बरामद की जा सकती है।]इन प्रक्रियाओं में, विभिन्न लीचेड धातुओं की सांद्रता को लक्ष्य कैथोड से मिलान करने के लिए प्रीमियर किया जाता है और फिर कैथोड को सीधे संश्लेषित किया जाता है। हालांकि, इस पद्धति के साथ मुख्य मुद्दे यह है कि विलायक की एक बड़ी मात्रा की आवश्यकता होती है और तटस्थता की उच्च लागत होती है।यद्यपि बैटरी को काट देना आसान है, शुरुआत में कैथोड और एनोड को मिलाना प्रक्रिया को जटिल बनाता है, इसलिए उन्हें भी अलग करने की आवश्यकता होगी।दुर्भाग्य से, बैटरी का वर्तमान डिजाइन प्रक्रिया को बेहद जटिल बनाता है और धातुओं को बंद लूप बैटरी सिस्टम में अलग करना मुश्किल है।अलग -अलग स्थानों पर श्रेडिंग और विघटन हो सकता है।

प्रत्यक्ष रीसाइक्लिंग
डायरेक्ट रीसाइक्लिंग इलेक्ट्रोड से कैथोड या एनोड को हटाने, पुनर्निर्मित, और फिर एक नई बैटरी में पुन: उपयोग किया जाता है।मिश्रित धातु-ऑक्साइड को क्रिस्टल आकारिकी में बहुत कम परिवर्तन के साथ नए इलेक्ट्रोड में जोड़ा जा सकता है।इस प्रक्रिया में आम तौर पर साइकिल से गिरावट के कारण कैथोड में लिथियम के नुकसान को फिर से भरने के लिए नए लिथियम के अलावा शामिल होता है।कैथोड स्ट्रिप्स को विघटित बैटरी से प्राप्त किया जाता है, फिर एन-मिथाइल -2-पाइरोलिडोन में भिगोया जाता है। एनएमपी, और अतिरिक्त जमा को हटाने के लिए सोनिकेशन से गुजरना।यह एक समाधान के साथ हाइड्रोथर्मिक रूप से इलाज किया जाता है जिसमें lioh/li होता है2इसलिए4 एनीलिंग से पहले। यह विधि नॉनकोबाल्ट-आधारित बैटरी के लिए बेहद लागत प्रभावी है क्योंकि कच्चे माल लागत का थोक नहीं बनाते हैं।डायरेक्ट रीसाइक्लिंग समय लेने वाली और महंगी शुद्धि चरणों से बचा जाता है, जो कि लिमन जैसे कम लागत वाले कैथोड के लिए महान है2O4 और Lifepo4।इन सस्ते कैथोड के लिए, अधिकांश लागत, एम्बेडेड ऊर्जा और कार्बन पदचिह्न कच्चे माल के बजाय विनिर्माण के साथ जुड़े हैं। यह प्रयोगात्मक रूप से दिखाया गया है कि प्रत्यक्ष रीसाइक्लिंग समान गुणों को प्राचीन ग्रेफाइट के लिए पुन: पेश कर सकता है।

विधि का दोष सेवानिवृत्त बैटरी की स्थिति में है।उस मामले में जहां बैटरी अपेक्षाकृत स्वस्थ है, प्रत्यक्ष रीसाइक्लिंग सस्ते में इसके गुणों को बहाल कर सकती है।हालांकि, बैटरी के लिए जहां प्रभारी राज्य कम है, प्रत्यक्ष रीसाइक्लिंग निवेश के लायक नहीं हो सकता है।प्रक्रिया को विशिष्ट कैथोड रचना के अनुरूप भी होना चाहिए, और इसलिए प्रक्रिया को एक बार में एक प्रकार की बैटरी में कॉन्फ़िगर किया जाना चाहिए। अंत में, तेजी से विकसित होने वाली बैटरी प्रौद्योगिकी के साथ एक समय में, आज एक बैटरी का डिजाइन अब से एक दशक से एक दशक से वांछनीय नहीं हो सकता है, जो प्रत्यक्ष रीसाइक्लिंग अप्रभावी को प्रस्तुत करता है।

मानवाधिकार प्रभाव
लिथियम आयन बैटरी के लिए कच्चे माल का निष्कर्षण स्थानीय लोगों, विशेष रूप से भूमि-आधारित स्वदेशी आबादी के लिए खतरे पेश कर सकता है।

कांगो के लोकतांत्रिक गणराज्य से प्राप्त कोबाल्ट को अक्सर कुछ सुरक्षा सावधानियों के साथ हाथ के उपकरण का उपयोग करके श्रमिकों द्वारा खनन किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप लगातार चोटें और मौतें होती हैं। इन खानों से प्रदूषण ने लोगों को विषाक्त रसायनों के लिए उजागर किया है जो स्वास्थ्य अधिकारियों ने जन्म दोष और सांस लेने में कठिनाइयों का कारण माना है। मानवाधिकार कार्यकर्ताओं ने आरोप लगाया है, और खोजी पत्रकारिता ने पुष्टि की है, इन खानों में उस बाल श्रम का उपयोग किया जाता है। अर्जेंटीना में लिथियम निष्कर्षण कंपनियों और स्वदेशी लोगों के बीच संबंधों के एक अध्ययन ने संकेत दिया कि राज्य ने स्वदेशी लोगों के मुक्त, पूर्व और सूचित सहमति के अधिकार की रक्षा नहीं की हो सकती है। मुक्त पूर्व और सूचित सहमति, और निष्कर्षण कंपनियों ने आम तौर पर सूचना के लिए सामुदायिक पहुंच को नियंत्रित किया औरपरियोजनाओं की चर्चा और लाभ साझाकरण के लिए शर्तें निर्धारित करें। नेवादा में थाकर पास लिथियम खदान का विकास, संयुक्त राज्य अमेरिका ने कई स्वदेशी जनजातियों के विरोध और मुकदमों के साथ मुलाकात की है, जिन्होंने कहा है कि उन्हें स्वतंत्र और सूचित सहमति प्रदान नहीं की गई थी और यह परियोजना सांस्कृतिक और पवित्र स्थलों को खतरे में डालती है। संसाधन निष्कर्षण और लापता और हत्या की जाने वाली स्वदेशी महिलाओं के बीच लिंक ने भी स्थानीय समुदायों को यह चिंता व्यक्त करने के लिए प्रेरित किया है कि परियोजना स्वदेशी महिलाओं के लिए जोखिम पैदा करेगी। प्रदर्शनकारियों ने जनवरी, 2021 से प्रस्तावित खदान की साइट पर कब्जा कर लिया है।

अनुसंधान
शोधकर्ता सक्रिय रूप से बिजली घनत्व, सुरक्षा, चक्र स्थायित्व (बैटरी जीवन), रिचार्ज समय, लागत, लचीलापन और अन्य विशेषताओं के साथ -साथ अनुसंधान विधियों और उपयोगों को बेहतर बनाने के लिए काम कर रहे हैं।

यह भी देखें

 * बोरेट ऑक्सालेट
 * वाणिज्यिक बैटरी प्रकारों की तुलना
 * यूरोपीय बैटरी गठबंधन
 * नैनोवायर बैटरी
 * ठोस-राज्य बैटरी
 * पतली-फिल्म लिथियम आयन बैटरी
 * ब्लेड बैटरी
 * फ्लो बैटरी
 * VRLA बैटरी

बाहरी संबंध

 * List of World's Largest Lithium-ion Battery Factories (2020).
 * Energy Storage Safety at National Renewable Energy Laboratory (NREL).
 * New More Efficient Lithium-ion Batteries The New York Times. September 2021.
 * NREL Innovation Improves Safety of Electric Vehicle Batteries, NREL, October 2015.
 * Degradation Mechanisms and Lifetime Prediction for Lithium-Ion Batteries, NREL, July 2015.
 * Impact of Temperature Extremes on Large Format Li-ion Batteries for Vehicle Applications, NREL, March 2013.
 * Impact of Temperature Extremes on Large Format Li-ion Batteries for Vehicle Applications, NREL, March 2013.

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