Während des Ladevorgangs versorgt eine Stromquelle eine Lithiumbatterie mit elektrischer Energie. Elektronen an der positiven Elektrode wandern über einen externen Stromkreis zur negativen Elektrode. Gleichzeitig springen positive Lithium-Ionen von der positiven Elektrode in den Elektrolyten, durchlaufen die gewundenen Pfade im Separator und wandern zur negativen Elektrode, wo sie sich mit den bereits angekommenen Elektronen verbinden. Zu diesem Zeitpunkt laufen an der positiven Elektrode folgende Reaktionen ab:
An der negativen Elektrode laufen folgende Reaktionen ab:
• Detaillierte Erläuterung des Batterieentladevorgangs
Batterien können auf zwei Arten entladen werden: Konstant-Stromentladung und Konstant-Widerstandsentladung. Bei der Konstantstromentladung wird dem externen Stromkreis ein variabler Widerstand hinzugefügt, dessen Widerstandswert sich mit der Spannung anpasst. Bei der Konstantwiderstandsentladung wird ein Widerstand zwischen der positiven und der negativen Elektrode hinzugefügt, um den Elektronen den Durchgang zu ermöglichen. Der Schlüssel zur Batterieentladung ist, ob Elektronen von der negativen zur positiven Elektrode wandern können. Bei der Entladung fließen Elektronen über einen elektronischen Leiter von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode. Gleichzeitig gelangen auch Lithiumionen (Li+) von der negativen Elektrode in den Elektrolyten, wandern durch die kleinen Löcher im Separator und erreichen schließlich die positive Elektrode, um sich mit Elektronen zu verbinden.
• Diskussion der Lade- und Entladeeigenschaften
Batteriezellen verwenden häufig LiCoO2, LiNiO2 oder LiMn2O2 als positive Elektrodenmaterialien. LiCoO2 hat eine stabile Schichtstruktur. Wenn jedoch x Li-Ionen aus LiCoO2 entfernt werden, kann sich seine Struktur abhängig vom Wert von x ändern. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Struktur von Li1-xCoO2 bei x > 0,5 extrem instabil wird, was möglicherweise zum Kristallkollaps führt und somit die Leistung der Batteriezelle beeinträchtigt. Daher muss während der Batteriezellennutzung der Wert von x durch Steuerung der Ladespannung begrenzt werden. Typischerweise sollte die Ladespannung 4,2 V nicht überschreiten, um sicherzustellen, dass x kleiner als 0,5 ist und dadurch die Stabilität der Li1-xCoO2-Kristallstruktur erhalten bleibt.
