Lähdekoodi sivulle Litiumioniakku

{{Korjattava/kieli}}
[[Tiedosto:Lithium-Ionen-Accumulator.jpg|thumb|Vartan litiumioniakku, [[Museum Autovision]], [[Altlußheim]], [[Saksa]]]]
[[Tiedosto:Lithium-Ion Cell cylindric.JPG|thumb|Lieriömäinen kenno ennen sulkemista (18650)]]
'''Litiumioniakku''' eli Li-ion-akku on [[akku]], jossa [[litium]][[ioni]] liikkuu [[Elektrodi|elektrodien]] välillä. Litiumioni liikkuu akun purkautuessa [[Anodi|anodista]] [[Katodi|katodiin]] ja ladattaessa katodista anodiin. Litiumioniakkua ei tule sekoittaa [[litiumparisto]]on.

Litiumioniakkuja on yleisesti käytössä erilaisissa elektroniikkalaitteissa ja kodintekniikan tuotteissa. Litiumioniakku ei ole sama asia kuin [[litiumparisto]], ja sen merkkinä on teksti ”Li-ion”, joka on kuluttajille tuttu näky esimerkiksi akkukäyttöisissä pölynimureissa tai matkapuhelimien akuissa.

== Kemialliset reaktiot ==
Litiumioniakku koostuu negatiivisesta ja positiivisesta elektrodista sekä [[elektrolyytti|elektrolyytistä]], joka mahdollistaa litiumionien liikkumisen elektrodien välillä ja estää elektrodien fyysisen kontaktin. 

Litiumioniakun kemialliset reaktiot tapahtuvat elektrolyytin ja elektrodien rajapinnoissa. Nämä kemialliset reaktiot ovat [[hapetus-pelkistysreaktio|hapettumis- ja pelkistymisreaktioita]]. Akun purkautuessa toisella elektrodeista, jota kutsutaan anodiksi, vapautuu hapettumisen yhteydessä [[elektroni|elektroneja]]. Nämä vapautuneet elektronit kulkevat ulkoisen piirin kautta anodilta positiivisesti varautuneelle elektrodille eli katodille, aiheuttaen näin [[sähkövirta|sähkövirran]]. Katodille saapuvat elektronit saavat aikaan pelkistymisreaktion, eli katodilla olevat ionit vastaanottavat elektroneja. Akkua ladattaessa nämä reaktiot tapahtuvat vastakkaiseen suuntaan. Elektrodien välinen [[jännite]] saadaan laskettua niiden normaalipotentiaalien avulla.<ref>Litiumioniakun toimintaperiaate, TKK, 1998. http://www.netlab.tkk.fi/opetus/s38118/s98/htyo/34/rakenne.shtml, viitattu 15.4.2015</ref>

Jos positiivisena elektrodina käytetään esimerkiksi [[litiumkobolttioksidi]]a, elektrodin puolireaktio on <ref>{{Verkkoviite |Osoite=| Arkisto = https://web.archive.org/web/20141217094906/www.gpina.com/pdf/Li-ion_Handbook.pdf | Arkistoitu = 17.12.2014 | Nimeke = Lithium Ion technical handbook. | Ajankohta = 2003 | Julkaisija = Gold Peak Industries Ltd. | Viitattu = 15.4.2015 | Kieli = {{en}}}}</ref>
<div class="center"><math>\mathrm{LiCoO_2}\leftrightarrows\mathrm{Li}_{1-x}\mathrm{CoO_2}+x\mathrm{Li^+}+x\mathrm{e^-}</math></div>

Negatiivisen elektrodin puolireaktio
<div class="center"><math>x\mathrm{Li^+} + x\mathrm{e^-} + x\mathrm{C_6} \leftrightarrows\ x\mathrm{LiC_6}</math></div>

Yllä olevat reaktiot ovat siis esimerkkejä, ja käytetty kerroin ''x'' voi olla mikä tahansa kokonaisluku.

Pariston [[energia]] saadaan kertomalla jännite ja [[sähkövaraus]] keskenään. Jokaista litiumgrammaa kohden varaus on 13 901 [[coulombi]]a. Kolmen voltin jännitteellä jokaista litiumgrammaa kohti saadaan energiaa 41,7 kJ.

== Valmistus ==
Tuotannollisesta näkökulmasta litiumioniakun valmistus voidaan jakaa kahteen eri tapaan sen käyttötarkoituksen perusteella: pieniin kaupallisiin tuotteisiin ja suurempiin teollisuuden käyttöön soveltuviin sähkölaitteisiin (mm. [[sähköauto]]t). Valmistusperiaate molemmissa on pääosin sama, kuitenkin loppua kohden akun fyysisellä koolla on luonnollisesti vaikutus kotelointiin. <ref name="Life-Cycle">Life-Cycle Analysis for Lithium-Ion Battery Production and Recycling, Gaines, 2011, L., Sullivan, J., Turnham, A., Belharouak, I., http://www.transportation.anl.gov/pdfs/B/855.PDF {{Wayback|1=http://www.transportation.anl.gov/pdfs/B/855.PDF |päiväys=20151105231136 }}, viitattu 5.4.2015, s. 6.</ref>

Tuotantoprosessi alkaa katodin ja anodin valmistuksella. 
Yli puolet valmistuskustannuksista on peräisin katodin valmistamisesta. Valmistaminen alkaa [[malmi]]sta, jossa on pieniä pitoisuuksia metalleja kuten kobalttia, mangaania, alumiinia ja nikkeliä. Malmia käsitellään rikkihapolla, jonka jälkeen saatava jauhe yhdistetään [[litiumoksidi]]n kanssa. Useiden vaiheiden jälkeen saadaan mustetta tai tahnaa (''slurry''), joka yhdistetään liuottimien ja sideaineiden kanssa.<ref>{{verkkoviite | osoite = https://arstechnica.com/science/2024/03/next-gen-battery-tech-reimagining-every-aspect-of-batteries/ | nimeke = Next-gen battery tech: Reimagining every aspect of batteries | tekijä = Kat Friedrich | ajankohta = 15.3.2024 | viitattu = 15.3.2024 | kieli = {{en}} }}</ref>
Tahnaa käytetään päällystykseen, jossa katoditahnaa levitetään hyvin ohuen [[alumiinifolio]]n ympärille ja sivellään tasaiseksi yhtenäiseksi kerrokseksi molemmin puolin. <ref>Akkujen testausympäristö, 2012, Lahti, E., Jyväskylän Ammattikorkeakoulu, opinnäytetyö, https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/45083/Lahti_Eetu.pdf?sequence=1, viitattu 5.4.2015. s. 9–13.</ref> Anodin valmistukseen käytetään usein [[grafiitti]]a tai muuta hiilipohjaista ainetta.<ref>Li-ion Battery Materials, 2011, Targray, http://www.targray.com/i-ion-battery/electrolyte, viitattu 5.4.2015.</ref> Anodi voidaan päällystää esim. [[kupari]]foliolla. <ref name="Li Ion Battery">Li-ion Battery Production Process, 2015, NGK Insulators Ltd., http://www.ngk.co.jp/english/products/ceramic/heating/libfactory.html, viitattu 6.4.2015.</ref> Lopulta katodi- ja anodilevyt sekä ”erotinkerros” kiedotaan yhteen ja koteloidaan sylinterin (tai muuhun halutun) muotoiseen astiaan. 

Koska akun latautuessa sähkövirta perustuu pakotettuun [[ioni]]en liikkeeseen katodilta anodille eli [[elektrolyysi]]in, on jokaisessa akussa oltava aina elektrolyyttiliuos. Kuten normaaleissa akuissa, myös litiumioniakun elektrolyytti voi vaihdella katodin ja anodin materiaaleista riippuen. On myös tärkeää ymmärtää, että elektrolyyttiliuokseen lisätään varsinaisen elektrolyytin lisäksi muita lisäaineita, joiden tehtävänä on vaikuttaa akun suorituskykyyn tai sen muihin ominaisuuksiin.<ref name="Nimetön-rERY-1">Miksi litiumioni akku?, 2015, Apple Inc., https://www.apple.com/fi/batteries/why-lithium-ion/, viitattu 6.4.2015.</ref> [[Etyleenikarbonaatti]] on hyvä esimerkki soveltuvasta elektrolyytistä litiumioniakkuun.<ref name="Ergorapido">Ergorapido - ominaisuudet, 2015, Electrolux, http://www.electrolux.fi/Tuotteet/Pölynimurit_ja_höyrypuhdistimet/Akkuimurit/Ergorapido_2in1/ZB3013/ {{Wayback|1=http://www.electrolux.fi/Tuotteet/P%C3%B6lynimurit_ja_h%C3%B6yrypuhdistimet/Akkuimurit/Ergorapido_2in1/ZB3013/ |päiväys=20150429211036 }}, viitattu 6.4.2015.</ref>

== Sovelluskohteet ==
Litiumioniakun etu on nimenomaan sen [[energiatiheys]]. Tämä tarkoittaa sitä, että akku tarjoaa perinteisiin akkuteknologioihin ([[Akku#Nikkelikadmiumakku_(NiCd)|NiCd]], [[nikkelimetallihydridiakku|NiMH]], [[lyijyakku|lyijyakut]]) verrattuna samassa koossa pidemmän käyttöajan ja/tai kevyemmän akun.<ref name="Li Ion Battery"/> Litiumioniakun nimelliskennojännite on huomattavasti korkeampi kuin muiden akkutyyppien. Korkean kennojännitteen vuoksi Li-ioniakku voi monissa elektronisissa laitteissa olla yksikennoinen, kun taas esimerkiksi nikkeliakussa tulee monesti olla kaksi-kolme sarjaan kytkettyä 1,2 V:n kennoa riittävän suuren käyttöjännitteen saavuttamiseksi.<ref name="Life-Cycle" />

Toinen merkittävä etu on erittäin pieni itsepurkautuminen. Litiumioniakku säilyttää merkittävän osan varauksestaan jopa vuosia. Kolmas etu on, ettei Li-ion akulla tapahdu ns. muisti-ilmiötä eli akku ei menetä kapasiteettiaan, vaikkei sitä koskaan ladattaisi aivan täyteen tai purettaisi tyhjäksi. 

Suhteellisen pieni, kevyt ja edullinen akkurakenne on edistänyt litiumioniakkujen suosiota esimerkiksi [[matkapuhelin|matkapuhelimissa]]. Nykyään pääosin kaikissa matkapuhelimissa on Li-ioniakku, ja samaa teknologiaa hyödynnetään myös [[kannettava tietokone|kannettavien tietokoneiden]] akuissa. Nämä ovat laitteita, joiden asiakastarpeet vaativat niiltä keveyttä ja akun pitkäkestoisuutta. Samoista syistä ne ovat nykyään suosittuja myös akullisissa työkaluissa ja puutarhakoneissa, kuten porakoneissa ja ruohonleikkureissa, sekä muissa liikuteltavissa pienlaitteissa, kuten rikkaimureissa tai partakoneissa.<ref name="Nimetön-rERY-1"/>

== Lataaminen ja purkaminen ==
Li-ioniakku ei siedä ylilatausta eikä varaustason liiallista purkamista, jonka vuoksi useimmissa akuissa on sisäänrakennettu [[akunhallintajärjestelmä]] (''battery management system''). Akunhallintajärjestelmän tehtävänä on estää akkua ylilatautumasta tai alipurkautumasta katkaisemalla sähkösyöttö, mikäli se havaitsee ali- tai ylijännitteen, tai akun kuumentuessa huomattavasti esim. liian suuren purkuvirran takia. 

Akun latautumiseen liittyy myös erikoinen sähköfysikaalinen piirre: Akku latautuu kahdessa osassa. Ensiksi akkua ladataan vakiovirralla, kunnes nimellisjännite on saavutettu. Tässä vaiheessa akun varaustila on vasta noin puolet maksimista. Tämän jälkeen akkua ladataan vakiojännitteellä, kunnes systeemin latausvirta on esim. 3&nbsp;% nimellisvirrasta (tarkka raja riippuu akun rakenteesta).<ref name="Life-Cycle" /> Vakiojännitteen, jolla lataus suoritetaan, on oltava hyvin tarkasti se, mitä akkuteknologia edellyttää, muuten seurauksena on joko akun varaustason jääminen vajaaksi tai kennojännitteen noususta suositeltua suuremmaksi aiheutuva akun eliniän lyheneminen. 

== Historia ==

=== Ennen kaupallista tuotantoa ===
Nykyään [[Binghamton University|Binghamtonin yliopistossa]] työskentelevä kemian professori [[M. Stanley Whittingham|Michael Stanley Whittingham]] keksi litiumakun työskennellessään [[Exxon Mobil]]illa 1970-luvulla.<ref>Whittingham, M. S. (1976). "Electrical Energy Storage and Intercalation Chemistry". Science 192 (4244): 1126–1127. http://dx.doi.org/10.1126%2Fscience.192.4244.1126 , viitattu 18.4.2015</ref> Whittingham käytti [[titaanisulfidi]]a ja litiumia elektrodeina. Paristot, jotka sisälsivät litiumia, herättivät turvallisuuskysymyksiä, sillä litium on helposti reagoiva aine. Litium palaa normaalissa olosuhteissa [[vesi|veden]] ja [[happi|hapen]] vaikutuksesta.<ref>XXIV.—On chemical analysis by spectrum-observations". Quarterly Journal of the Chemical Society of London 13 (3): 270. 1861. http://dx.doi.org/10.1039%2FQJ8611300270, viitattu 18.4.2015</ref> Tämän takia ryhdyttiin kehittämään paristoja, joissa on metallisen litiumin sijasta litiumyhdisteitä, jotka vastaanottavat ja vapauttavat litiumioneja.

[[J. O. Besenhard]] keksi 1970-luvulla käännettävän [[interkalaatio (kemia)|interkaloituvan]] grafiitin ja interkalaatiomateriaalin<ref>Besenhard, J.O. and Fritz, H.P. (1974). "Cathodic Reduction of Graphite in Organic Solutions of Alkali and NR4+ Salts". J. Electroanal. Chem. 53 (2): 329. http://dx.doi.org/10.1016%2FS0022-0728%2874%2980146-4, viitattu 18.4.2015</ref><ref>Besenhard, J. O. (1976). "The electrochemical preparation and properties of ionic alkali metal-and NR4-graphite intercalation compounds in organic electrolytes". Carbon 14 (2): 111–115. http://dx.doi.org/10.1016%2F0008-6223%2876%2990119-6, viitattu 18.4.2015</ref> osaksi katodisia oksideja.<ref>Schöllhorn, R.; Kuhlmann, R.; Besenhard, J. O. (1976). "Topotactic redox reactions and ion exchange of layered MoO3 bronzes". Materials Research Bulletin 11: 83. http://dx.doi.org/10.1016%2F0025-5408%2876%2990218-X, viitattu 18.4.2015</ref><ref>Besenhard, J. O.; Schöllhorn, R. (1976). "The discharge reaction mechanism of the MoO3 electrode in organic electrolytes". Journal of Power Sources 1 (3): 267. http://dx.doi.org/10.1016%2F0378-7753%2876%2981004-X, viitattu 18.4.2015</ref> Besenhard ehdotti sen soveltamista litiumkennoissa.<ref>Besenhard, J. O.; Eichinger, G. (1976). "High energy density lithium cells".Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry 68: 1. http://dx.doi.org/10.1016%2FS0022-0728%2876%2980298-7, viitattu 18.4.2015</ref><ref>Eichinger, G.; Besenhard, J. O. (1976). "High energy density lithium cells".Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry 72: 1. http://dx.doi.org/10.1016%2FS0022-0728%2876%2980072-1, viitattu 18.4.2015</ref> Elektrolyyttien hajoamisella ja liuottimen yhteisvaikutuksella oli haittoja akkujen kestoon.

[[John B. Goodenough]] ja [[Koichi Mizushima]] esittelivät Oxfordin yliopistossa vuonna 1979 uudelleen ladattavan 4 V:n akun, jossa käytettiin [[litiumkobolttioksidi]]a positiivisena elektrodina ja litiumia negatiivisena elektrodina.<ref>Patft.uspto.gov. Retrieved 8 October 2011. http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-adv.htm&r=0&f=S&l=50&d=PTXT&RS=IN%2F%22goodenough%22&Refine=Refine+Search&Refine=Refine+Search&Query=in%2F%22goodenough%2C+john%22 {{Wayback|1=http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-adv.htm&r=0&f=S&l=50&d=PTXT&RS=IN%2F%22goodenough%22&Refine=Refine+Search&Refine=Refine+Search&Query=in%2F%22goodenough%2C+john%22 |päiväys=20210225082135 }}, viitattu 18.4.2015</ref><ref>Mizushima, K.; Jones, P. C.; Wiseman, P. J.; Goodenough, J. B. (1980). "LixCoO2 (0<x<-1): A new cathode material for batteries of high energy density". Materials Research Bulletin 15 (6): 783. http://dx.doi.org/10.1016%2F0025-5408%2880%2990012-4, viitattu 18.4.2015</ref> Tämä innovaatio edellytti positiivisen elektrodin materiaalia, joka teki akuista mahdollisen. Litiumkobolttioksidi on vakaata positiivisen elektrodin materiaalia, joka toimii luovuttaen litiumioneja, eli sitä voidaan käyttää jonkin muun kuin puhtaan litiumin kanssa. Litiumkobolttioksidia pystyttiin käyttämään vakaiden ja helposti käsiteltävien negatiivisten elektrodien kanssa. 

[[Samat Basu]] osoitti sähkökemiallisen interkalaation litiumilla grafiitissa vuonna 1977.<ref>Zanini, M.; Basu, S.; Fischer, J. E. (1978). "Alternate synthesis and reflectivity spectrum of stage 1 lithium—graphite intercalation compound".Carbon 16 (3): 211. http://dx.doi.org/10.1016%2F0008-6223%2878%2990026-X, viitattu 18.4.2015</ref><ref>Basu, S.; Zeller, C.; Flanders, P. J.; Fuerst, C. D.; Johnson, W. D.; Fischer, J. E. (1979). "Synthesis and properties of lithium-graphite intercalation compounds". Materials Science and Engineering 38 (3): 275. http://dx.doi.org/10.1016%2F0025-5416%2879%2990132-0, viitattu 18.4.2015</ref> Tämä johti interkaloituneen grafiittielektrodin kehitykseen, tarjoten vaihtoehdon perinteiselle puhtaan litiumin akuille.<ref>Basu; Samar, "Rechargeable battery", issued 8 December 1981, assigned to Bell Telephone Laboratories. http://worldwide.espacenet.com/textdoc?DB=EPODOC&IDX=US4304825, viitattu 18.4.2015</ref>

Vuonna 1980 [[Rachid Yazami]] esitteli reversiibelin sähkökemiallisen interkalaation litiumilla grafiitissa.<ref>International Meeting on Lithium Batteries, Rome, 27–29 April 1982, C.L.U.P. Ed. Milan, Abstract, viitattu 18.4.2015</ref><ref>Yazami, R.; Touzain, P. (1983). "A reversible graphite-lithium negative electrode for electrochemical generators". Journal of Power Sources 9 (3): 365. http://dx.doi.org/10.1016%2F0378-7753%2883%2987040-2, viitattu 18.4.2015</ref> Ladattaessa negatiivista elektrodia tuolloin käytettävissä olevat orgaaniset elektrolyytit hajosivat latauksen aikana. Tämä hidasti litiumakkujen kehitystä. Yazami käytti kiinteää elektrolyyttiä osoittamaan, että litiumia voitaisiin käänteisesti interkaloitua grafiittiin sähkökemiallisen mekanismin kautta. Grafiittielektrodi on yleisimmin käytetty elektrodi litiumakuissa.

[[Michael M. Thackeray]] ja Goodenough huomasivat vuonna 1983, että mangaanispinelli on toimiva positiivinen elektrodimateriaali.<ref>Thackeray, M. M.; David, W. I. F.; Bruce, P. G.; Goodenough, J. B. (1983). "Lithium insertion into manganese spinels". Materials Research Bulletin 18 (4): 461. http://dx.doi.org/10.1016%2F0025-5408%2883%2990138-1, viitattu 18.4.2015</ref> Spinelli osoitti suuria lupauksia, koska se oli edullinen ja sillä on hyvä elektroninen ja litiumioni-johtavuus sekä kolmiulotteinen rakenne, joka antaa sille hyvän rakenteellisen vakauden. Puhdas [[mangaanispinelli]] kuluu käytössä, mutta tämä voidaan ratkaista kemiallisella modifikaatiolla.<ref>Nazri, Gholamabbas and Pistoia, Gianfranco (2004). http://books.google.com/?id=k4duxuea3eIC, viitattu 18.4.2015</ref> Mangaanispinelli otettiin kaupalliseen käyttöön akuissa 2013.<ref>Voelcker, John (September 2007). http://www.spectrum.ieee.org/sep07/5490/2, viitattu 18.4.2015</ref>

Vuonna 1985 [[Akira Yoshino]] kokosi prototyypin akusta, jossa oli hiilimateriaalia, johon litiumioneja voitaisiin lisätä yhtenä elektrodina, ja litiumkobolttioksidia, joka on vakaa ilmassa.<ref>Yoshino; Akira, "Secondary Battery", issued 10 May 1985, assigned to Asahi Kasei. http://worldwide.espacenet.com/textdoc?DB=EPODOC&IDX=US4668595, viitattu 18.4.2015</ref> Turvallisuus parani huomattavasti, kun ei käytetty litiumia. Litiumkobolttioksidi otettiin teollisen mittakaavan tuotantoon, ja se edustaa litiumioniakun syntyä.

Vuonna 1989, Goodenough ja Arumugam Manthiram osoittivat, että erilaisia polyanioneja, kuten [[sulfaatti|sulfaatteja]], sisältävät positiiviset elektrodit tuottavat suurempia jännitteitä kuin [[oksidi|oksideja]] sisältävät, mikä johtuu induktion vaikutuksesta polyanioniin.<ref>Manthiram, A.; Goodenough, J. B. (1989). "Lithium insertion into Fe2(SO4)3 frameworks". Journal of Power Sources 26 (3–4): 403. http://dx.doi.org/10.1016%2F0378-7753%2889%2980153-3, viitattu 18.4.2015</ref>

=== Kaupallisen tuotannon aika ===
Kehityksen edetessä litiumioniakkujen suorituskyky ja kapasiteetti kasvoivat. Vuonna 1991 Sony ja Asahi Kasei julkaisivat ensimmäisen kaupallisen litiumioniakun.<ref>http://www.sonyenergy-devices.co.jp/en/keyword {{Wayback|1=http://www.sonyenergy-devices.co.jp/en/keyword |päiväys=20160304224245 }}, viitattu 18.4.2015</ref> 1996 Goodenough ja Akshaya Padhi ehdottivat litiumrautafosfaattia ja muita [[fosfaatti|fosfaatteja]] positiivisiksi elektrodimateriaaleiksi.<ref>http://scholar.google.com/scholar?q=LiFePO4%3A+a+novel+cathode+material%0A+for+rechargeable+batteries&btnG=&hl=en&as_sdt=0%2C21&as_ylo=1995&as_yhi=1996, viitattu 18.4.2015</ref>

Vuonna 2002 Yet-Ming Chiang ja hänen ryhmänsä [[Massachusetts Institute of Technology|MIT:ssä]] paransivat huomattavasti akun suorituskykyä lisäämällä litiumin johtavuutta [[alumiini]]lla, [[niobium]]illa ja [[zirkonium]]illa.<ref name="Nimetön-rERY-2">Chung, S. Y.; Bloking, J. T.; Chiang, Y. M. (2002). "Electronically conductive phospho-olivines as lithium storage electrodes". Nature Materials1 (2): 123. http://dx.doi.org/10.1038%2Fnmat732, viitattu 18.4.2015</ref><ref name="Nimetön-rERY-3">The Economist. 6 March 2008. Archived from the original (PDF) on 25 September 2009. Retrieved11 May 2010. https://web.archive.org/web/20110727090354/http://www.mitenergyclub.org/assets/2009/9/25/Economist_Batteries2008.pdf, viitattu 18.4.2015</ref> Vuonna 2004 Chiang paransi jälleen suorituskykyä hyödyntämällä läpimitaltaan alle 100 nanometrin [[rautafosfaatti]]<nowiki/>hiukkasia. Tämä kasvatti hiukkastiheyden lähes satakertaiseksi, lisäten positiivisen elektrodin pinta-alaa, mikä paransi kapasiteettia ja suorituskykyä.

Kesäkuussa 2012 John Goodenough, Rachid Yazami ja Akira Yoshino saivat litiumakun kehittämisestä ympäristö- ja turvallisuusteknologian IEEE-mitalin.

Vuonna 2013 ladattava litiumakku oli kehittynyt litiumvanadiinifosfaattiakuksi, joka lisää energiatehokkuutta molempiin suuntiin kulkevalla reaktiolla. 

Vuonna 2014 John Goodenough, Yoshio Nishi, Rachid Yazami ja Akira Yoshino saivat National Academy of Engineering -palkinnon uraauurtavasta ja kehitystä johtavasta työstä litiumioniakun parissa. Kaupalliset paristot Amprius Corporationilta saavuttivat 650 wH/l (20 % korkeampi kuin ennen) käyttäen [[pii (alkuaine)|piitä]] anodina.<ref name="Nimetön-rERY-2"/><ref name="Nimetön-rERY-3"/>

Goodenough, Yoshino ja M. Stanley Whittingham saivat [[Nobelin kemianpalkinto|Nobelin kemianpalkinnon]] vuonna 2019 litiumioniakun kehityksestä.<ref>{{Verkkoviite | Osoite = https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2019/summary/ | Nimeke = Nobel Prize in Chemistry 2019| Tekijä = | Tiedostomuoto = | Selite = | Julkaisu = nobelprize.org| Ajankohta = | Julkaisupaikka = | Julkaisija = | Viitattu = 9.10.2019 | Kieli = }}</ref>

== Rakenne ==
Kolme tärkeintä komponenttia litiumioniakussa ovat positiivinen (anodi) ja negatiivinen elektrodi (katodi) sekä elektrolyytti. Negatiivinen elektrodi valmistetaan yleensä hiilestä.<ref>University of Texas, 6 January 2014. http://www.utexas.edu/news/2014/01/06/goodenough-wins-highest-engineering-honor/ {{Wayback|1=http://www.utexas.edu/news/2014/01/06/goodenough-wins-highest-engineering-honor/ |päiväys=20150403071924 }}, viitattu 18.4.2015</ref> Positiivinen elektrodi on yleensä metallioksidi, ja elektrolyytti on litiumsuolaa orgaanisessa liuottimessa.

Kaupallisesti suosituin negatiivinen elektrodi on grafiitti. Positiivinen elektrodi on yleensä [[nikkelioksidi|nikkeli-]] tai [[kobolttioksidi]], [[litiumrautafosfaatti]] tai [[spinelli]], kuten [[mangaanioksidi]].<ref>Silberberg, M. (2006). Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change, 4th Ed. New York (NY): McGraw-Hill Education. p. 935. {{ISBN|0077216504}}, viitattu 18.4.2015</ref>

Elektrolyytti on tyypillisesti sekoitus orgaanisia karbonaatteja, kuten [[etyleenikarbonaatti]]a tai [[dietyylikarbonaatti]]a sisältäen yhdistelmiä litiumioneista.<ref>Thackeray, M. M.; Thomas, J. O.; Whittingham, M. S. (2011). "Science and Applications of Mixed Conductors for Lithium Batteries". MRS Bulletin 25 (3): 39. http://dx.doi.org/10.1557%2Fmrs2000.17, viitattu 18.4.2015</ref> Nämä ei-vesipitoiset elektrolyytit käyttävät yleensä koordinoimattomia anionisuoloja, kuten [[litiumheksafluorofosfaatti|litiumheksafluorofosfaattia]], [[litiumheksafluoroarsenaatti|litiumheksafluoroarsenaattin]] monohydraattia, [[litiumperkloraatti|litiumperkloraattia]] ja [[litiumtriflaatti|litiumtriflaattia]]. Riippuen materiaalien valinnoista, litiumakun jännite, energiatiheys, turvallisuus ja elinikä voivat vaihdella suuresti. Akun suorituskykyä on hiljattain{{milloin}} pystytty parantamaan [[nanoteknologia]]lla.

Puhdas litium reagoi kiivaasti veden kanssa muodostaen [[litiumhydroksidi]]a ja [[vety]]kaasua. Tämän takia käytetään tyypillisesti ei-vesipohjaista elektrolyyttiä ja paristot ovat tarkasti vedeltä suljettuina.

Litiumioniakut ovat kalliimpia kuin [[Akku#Nikkelikadmiumakku_(NiCd)|nikkelikadmiumakut]], mutta toimivat paremmin eri lämpötiloissa ja niissä on suurempi energiatiheys. Ne vaativat suojavirtapiirin rajoittamaan huippujännitettä.

Kannettavissa tietokoneissa litiumionisähköparit ovat osana koko akkua, johon sisältyy myös lämpötila-anturit, jännite muunnin/säädinpiiri, jännitesäädin, akun varaustilan monitori ja pääliitin. Nämä komponentit seuraavat latauksen tilaa ja jokaisen yksittäisen sähköparin sisään- ja ulostuloa (suuri muutos voi kääntää napaisuutta, mikä on vaarallista) sekä jokaisen sähköparin lämpötilaa minimoidakseen [[oikosulku]]jen riskin.<ref>http://www.tek.com/Measurement/Service/msds/01914600.pdf, viitattu 18.4.2015</ref><ref>Electronics Lab. http://www.electronics-lab.com/articles/Li_Ion_reconstruct/index.html, viitattu 18.4.2015</ref>

Uudempien akkujen elektrodeissa on käytetty piitä, mutta rikin käyttöä tutkitaan. Rikin ongelmana on sen taipumus reagoida itsensä kanssa ja suoritusominaisuuksien heikkeneminen. Rikkiä on kuitenkin laajalti saatavilla ja halvalla, joka tekee siitä kiinnostavan.<ref>{{Verkkoviite | osoite = https://arstechnica.com/science/2025/01/a-solid-electrolyte-gives-lithium-sulfur-batteries-ludicrous-endurance/ | nimeke = A solid electrolyte gives lithium-sulfur batteries ludicrous endurance | tekijä = John Timmer | ajankohta = 17.1.2025 | viitattu = 21.1.2025 | kieli = {{en}} }}</ref><ref>{{Verkkoviite | osoite = https://www.nature.com/articles/s41586-024-08298-9 | nimeke = All-solid-state Li–S batteries with fast solid–solid sulfur reaction | ajankohta = 15.1.2025 | viitattu = 22.1.2025 | kieli = {{en}} | Doi = 10.1038/s41586-024-08298-9 }}</ref>

== Katso myös ==
*[[Litium-rautafosfaattiakku]]
*[[Litiumpolymeeriakku]]

== Lähteet ==
{{Korjattava/viitteet}}
{{Viitteet|sarakkeet}}

== Aiheesta muualla ==
{{commonscat}}
*[https://tukes.fi/litiumioniakkujen-turvallinen-kayttaminen Turvallisuus- ja kemikaalivirasto (Tukes): Litiumioniakkujen elinkaari hankinnasta hävittämiseen]
*[https://tukes.fi/documents/5470659/8237195/Opas+teollisuuden+litiumioniakkujen+turvalliseen+k%C3%A4ytt%C3%B6%C3%B6n/c5c7fefe-7979-4344-ba25-ba18a6f9f234/Opas+teollisuuden+litiumioniakkujen+turvalliseen+k%C3%A4ytt%C3%B6%C3%B6n.pdf Antti Pitkämäki, Marika Bröckl, Tuomas Raivio: Opas teollisuuden litiumioniakkujen turvalliseen käyttöön, Gaia Consulting Oy, 24.5.2018] (pdf)
*[http://www.batteryuniversity.com/partone-12.htm Charging the Lithium Ion Battery] {{Wayback|1=http://www.batteryuniversity.com/partone-12.htm |päiväys=20070809041345 }}.
*[https://www.targray.com/li-ion-battery Advantages of Li-ion Battery].
*[http://electronics.howstuffworks.com/lithium-ion-battery.htm How Lithium-ion Batteries Work].
*[http://news-service.stanford.edu/news/2008/january9/nanowire-010908.html Stanford's nanowire battery holds 10 times the charge of existing ones] {{Wayback|1=http://news-service.stanford.edu/news/2008/january9/nanowire-010908.html |päiväys=20100107182920 }}, Stanford Report, ''December 18, 2007''
*[http://www.e-articles.info/e/a/title/The-Lithium-Ion-Battery/ The Lithium Ion Battery] {{Wayback|1=http://www.e-articles.info/e/a/title/The-Lithium-Ion-Battery/ |päiväys=20090210025721 }}.
*[http://www.e-articles.info/e/a/title/Advantages-and-Limitations-of-the-Lithium-Polymer-Battery/ Advantages and Limitations of the Lithium Polymer Battery].
* [http://www.evworld.com/news.cfm?newsid=19565 World's Lithium Industry to Converge on Santiago] {{Wayback|1=http://www.evworld.com/news.cfm?newsid=19565 |päiväys=20110427042313 }}

[[Luokka:Litiumioniakut]]
[[Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit]]