A lityum{0}}ion batareyamusbat va manfiy elektrodlar sifatida litiy ionlarini teskari kiritish va deinterkalatsiya qilish qobiliyatiga ega bo'lgan ikkita materialdan foydalanadigan qayta zaryadlanuvchi batareyadir. Zaryadlash vaqtida musbat elektroddagi litiy atomlari litiy ionlari va erkin elektronlarga ionlanadi.
Keyin bu litiy ionlari manfiy elektrodga o‘tadi va u yerdagi erkin elektronlar bilan birlashib, litiy atomlarini hosil qiladi. Aksincha, zaryadsizlanish vaqtida manfiy elektroddagi litiy atomlari litiy ionlari va erkin elektronlarga qayta ionlashadi va keyin yana lityum atomlarini hosil qilish uchun musbat elektrodda qayta birlashadi. Shuning uchun, butun zaryad{2}}zaryadlanish davri davomida litiy har doim ion shaklida bo'ladi va hech qachon metall litiy shaklida bo'lmaydi, shuning uchun bu turdagi batareyalar lityum{3}}ionli batareyalar deb ataladi. Turli dizaynlarga ko'ra, bozorda eng keng tarqalgan lityum{5}}ionli batareyalar sumkali hujayralar, silindrsimon hujayralar va tugma hujayralaridir. Lityum-ionli batareyalarning musbat elektrod materiali odatda LiCoO2, LiFePO4, LiNiO va LiMnzO2 kabi litiyga boy birikmadir. Litiy ionli batareyalarning salbiy elektrod materiali- asosan grafitga asoslangan. Elektrolitlarga kelsak, odatda organik erituvchilarda erigan o'ziga xos lityum tuzlarining (masalan, LiPF6, LiASF6 va LiCIO4) eritmalari qo'llaniladi. Bu organik erituvchilar etilen karbonat (EK) yoki dietil karbonat (DEC) va boshqalar boʻlishi mumkin. Batareya zaryadsizlanish davrida-boʻlsa, litiy ionlari musbat va manfiy elektrodlar orasida oldinga va orqaga oʻtadi. Ushbu jarayon majoziy ma'noda quyidagi diagrammada ko'rsatilganidek, "silkituvchi stul batareyasi" sifatida tasvirlangan.
Misol tariqasida musbat elektrod sifatida litiy kobalt oksidi (LiCoO2) va grafit manfiy elektrod sifatida-litiy ionli batareyalarni olsak, uning elektrokimyoviy ifodasi: (-)CI LiPF(EC+ DEC) / LiCoO2(+).
Ijobiy elektrod reaktsiyasi:
Salbiy elektrod reaktsiyasi: 5.2
Umumiy reaktsiya: 5.3
Aslini olganda, litiy{0}}ion batareyasini litiy-ion kontsentratsiyasidagi farqlar asosida ishlaydigan qurilma sifatida ko‘rish mumkin. Zaryadlash vaqtida litiy ionlari musbat elektrod materialidan chiqariladi, elektrolitdan o'tadi va manfiy elektrod materialiga singib ketadi, bu esa manfiy elektrodni litiy-boyib, musbat elektrodni esa litiyga nisbatan kambag'al qiladi. Bir vaqtning o'zida butun tizimning zaryad balansini saqlab turish uchun tegishli elektronlar uglerod{6}}asosidagi manfiy elektrodga tashqi zanjir orqali beriladi. Aksincha, zaryadsizlanish vaqtida litiy ionlari manfiy elektroddan musbat elektrodga o'tadi va bu musbat elektrodning litiyga-boyib ketishiga olib keladi. Odatda, normal zaryadsizlanish davrlarida{10}}litiy ionlari qatlamli uglerod materiallari va oksidlari orasiga qayta-qayta joylashadi va chiqariladi. Bu jarayon, birinchi navbatda, qatlamlar oralig'idagi o'zgarishlar sifatida namoyon bo'ladi va materiallarning asosiy kristall tuzilishini buzmaydi. Shuning uchun, reaktsiyaning qaytaruvchanligi nuqtai nazaridan, litiy{13}}ion batareyasidagi kimyoviy o'zgarishlar juda ideal qaytariladigan jarayon hisoblanadi. Litiy-ion batareyasi to'rtta asosiy komponentdan iborat: elektrodlar, elektrolitlar, ajratuvchi va korpus. Elektrodlar litiy-ion batareyasining asosiy komponenti boʻlib, faol materiallar, oʻtkazuvchan moddalar, bogʻlovchilar va oqim kollektorlaridan iborat. Faol materiallar (yoki elektrod materiallari) litiy-ion batareyalardagi elektrod materiallaridir, ular zaryadlash va zaryadsizlantirish vaqtida elektrokimyoviy reaksiyalar orqali elektr energiyasini chiqaradi. Ular lityum ionli batareyalarning elektrokimyoviy ishlashi va asosiy xususiyatlarini aniqlaydi. Faol materiallarga ijobiy elektrod materiallari va salbiy elektrod materiallari kiradi. Ijobiy elektrod materiallari asosan LiCoO₂, LiMnO₄, LiNi₁-x-Co:MnyO₂, LiCo:Ni-O₂, LiCo:Ni-O₂ va Li.
Salbiy elektrod materiallariga uglerod materiallari, qotishma materiallar va metall oksidi materiallari kiradi. Hozirgi vaqtda portativ qurilmalarda keng qo'llaniladigan lityum{1}}ionli batareyalar uchun asosiy ijobiy va salbiy elektrod materiallari mos ravishda LiCoO₂ va grafitdir. Bundan tashqari, lityum ion batareyalarining amaliy ehtiyojlarini yaxshiroq qondirish uchun musbat va manfiy elektrod materiallarining o'tkazuvchanligini yaxshilash uchun elektrod ishlab chiqarish jarayonida odatda o'tkazuvchan moddalar (masalan, asetilen qora) qo'shiladi. Donador musbat va manfiy elektrod materiallari va o'tkazuvchan moddalar oqim kollektoriga mahkam yopishishini ta'minlash uchun odatda bog'lovchi qo'shiladi. Umumiy bog'lovchilar moy-va suvga asoslangan-bo'linadi. Yog 'asosidagi bog'lovchilar asosan poliviniliden ftorid (PVDF) va politetrafloroetilen (PTFE) ni o'z ichiga oladi, suv{10}}bog'lovchilar esa asosan karboksimetiltsellyuloza/stirol-butadien kauchuk (CMC/SBR) dir. Oqim kollektorining asosiy vazifasi faol materialdan elektronlarni o'tkazish va oqimni teng ravishda taqsimlash, shu bilan birga faol materialni qo'llab-quvvatlashdir. Oqim kollektorlari odatda yuqori mexanik kuchga, yaxshi kimyoviy barqarorlikka va yuqori o'tkazuvchanlikka ega bo'lishi kerak. Ijobiy elektrod uchun tok kollektori alyuminiy folga, salbiy elektrod uchun tok kollektori esa mis folga hisoblanadi.
Elektrolitning roli musbat va manfiy elektrodlar o'rtasida litiy ionlarini o'tkazishdir. Elektrolitni tanlash asosan batareyaning ishlash printsipini aniqlaydi va uning o'ziga xos energiyasiga, xavfsizlik ko'rsatkichlariga, aylanish tezligiga, tezligiga, past{1}}haroratga va saqlashga ta'sir qiladi. Hozirgi vaqtda sotuvda mavjud bo'lgan lityum{3}}ionli batareyalar asosan organik erituvchilar va o'tkazuvchan litiy tuzlarini o'z ichiga olgan suvli bo'lmagan elektrolitlar tizimlaridan foydalanadi. Organik erituvchi elektrolitning asosiy komponenti bo'lib, uning ishlashi bilan chambarchas bog'liq; u odatda etilen karbonat, propilen karbonat, dimetil karbonat va metil etil karbonat kabi organik erituvchilar aralashmasidir. Supero'tkazuvchi litiy tuzi musbat va manfiy elektrodlar o'rtasida tashiladigan va noorganik yoki organik anionlar va litiy ionlaridan tashkil topgan litiy ionlarini ta'minlaydi. Hozirgi vaqtda tijoratda mavjud bo'lgan asosiy o'tkazuvchan lityum tuzi LiPF6 hisoblanadi. Yangi davrda lityum{9}}ionli batareyalarning elektrokimyoviy ish faoliyatini yaxshilash va muayyan maxsus funksiyalarga erishish uchun elektrolitga ko'pincha otashga chidamli moddalar kabi funktsional qo'shimchalar qo'shiladi.
Lityum{0}}ionli akkumulyator dizaynida ajratuvchi musbat va manfiy elektrodlar oʻrtasida joylashgan boʻlib, uning asosiy vazifasi ikki elektrod oʻrtasida toʻgʻridan-toʻgʻri aloqa qilishning oldini olish va qisqa tutashuvlardan qochishdir. Shu bilan birga, ushbu materialning noyob mikro gözenekli tuzilishi lityum ionlarining erkin o'tishiga imkon beradi.Separator batareyaning saqlash hajmi, aylanish muddati va umumiy xavfsizligida hal qiluvchi rol o'ynaydi; shuning uchun yuqori sifatli separatordan foydalanish batareyaning umumiy elektrokimyoviy ish faoliyatini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin. Hozirgi vaqtda bozorda eng ko'p qo'llaniladigan separator turlari poliolefinlardan, shu jumladan polipropilen va polietilendan tayyorlangan g'ovakli mahsulotlar, shuningdek, propilen va etilenni sopolimerizatsiya qilish yoki faqat polietilen gomopolimeridan foydalangan holda ishlab chiqarilgan mahsulotlarni o'z ichiga olgan yuqori quvvatli plyonkalardir. Litiy ionli akkumulyatorlarda-suvli bo'lmagan erituvchilardan foydalanish litiy-ion o'tkazuvchanligini pasaytirishga olib keladi, bu esa elektrodning katta maydonini talab qiladi. Bundan tashqari, batareyani yig‘ishda spiral o‘ram strukturasidan foydalanish{11}}batareyaning ishlashi nafaqat elektrodlarning o‘ziga, balki akkumulyator ishlab chiqarishda ishlatiladigan bog‘lovchilarga ham bog‘liqligini bildiradi. Ushbu bog'lovchilar elektrod ishlab chiqarishda faol materiallarning bir xilligi va xavfsizligini ta'minlashi, faol moddalarni oqim kollektoriga samarali bog'lashi, grafit anodida himoya SEI (qattiq{13}}klektrolitlar interfazasi) plyonka hosil bo'lishini osonlashtirishi, quritish vaqtida etarli issiqlik barqarorligini saqlab turishi va elektrod bilan samarali namlanishi kerak.
Tashqi korpus litiy{0}}ionli batareyaning idishidir. Ko'p ishlatiladigan korpuslarga po'lat korpuslar, alyuminiy korpuslar va alyuminiy{2}}plastik kompozit qoplamalar kiradi. Odatda, korpus yuqori va past haroratdagi o'zgarishlarga va elektrolitdan korroziyaga qarshi turishi kerak.