Struttura e introduzione alla temperatura estrema delle batterie agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio sono un tipo di batteria ricaricabile comunemente utilizzate nei dispositivi elettronici portatili e nei veicoli elettrici e sono sempre più popolari nelle applicazioni militari e aerospaziali.

Nella batteria, gli ioni di litio si spostano dall'elettrodo negativo attraverso l'elettrolita all'elettrodo positivo durante la scarica e la parte posteriore durante la ricarica. Le batterie agli ioni di litio utilizzano composti di litio incorporati come materiale dell'elettrodo positivo, con grafite utilizzata come materiale dell'elettrodo negativo. La batteria ha un'elevata densità di energia, nessun effetto di memoria (eccetto le batterie LFP) e bassa autoscarica.

Diversi tipi di batterie agli ioni di litio hanno diverse caratteristiche chimiche, di prestazioni, di costo e di sicurezza

I prodotti elettronici portatili utilizzano principalmente batterie ai polimeri di litio (con un gel polimerico come l'elettrolita), materiale catodico LiCoO2 e anodo di grafite, fornendo un'elevata densità di energia. Litio ferro fosfato, litio ossido di manganese e litio nichel manganese ossido di cobalto possono fornire una maggiore durata e una migliore capacità di velocità. Tali batterie sono ampiamente utilizzate negli utensili elettrici, nei dispositivi medici e in altri ruoli. Clicca qui perProduttori di batterie agli ioni di litio personalizzate.

La ricerca sulle batterie agli ioni di litio include una maggiore durata, una maggiore densità di energia, un miglioramento della sicurezza, una riduzione dei costi e una maggiore velocità di ricarica. La ricerca nel campo degli elettroliti non infiammabili è in corso in base all'infiammabilità e alla fluidità dei solventi organici utilizzati in genere negli elettroliti come mezzo per migliorare la sicurezza. Le soluzioni includono batterie acquose agli ioni di litio, elettroliti solidi ceramici, elettroliti polimerici, liquidi ionici e sistemi perfluorurati.

Struttura delle batterie agli ioni di litio

I tre componenti funzionali primari di una batteria agli ioni di litio sono l'elettrodo positivo, l'elettrodo negativo e l'elettrolita. In genere, l'elettrodo negativo di una batteria agli ioni di litio convenzionale è realizzato in carbonio. L'elettrodo positivo è in genere un ossido di metallo. L'elettrolita è un sale al litio in un solvente organico. L'azione elettrochimica dell'elettrodo viene invertita tra l'anodo e il catodo a seconda della direzione del flusso di corrente attraverso la batteria.

L'anodo commerciale più comunemente usato (elettrodo negativo) è la grafite, che ha una capacità di xxx mAh/g nel suo stato LiC6 completamente lithiato. L'elettrodo positivo è in genere uno dei tre materiali: ossido a strati (come LiCoO2), polianione (come litio ferro fosfato) o spinello (come ossido di litio e manganese). Gli elettrodi di grafene di recente sono stati utilizzati anche come componenti degli elettrodi della batteria agli ioni di litio.

L'elettrolita è in genere una miscela di esteri di carbonato organico, come i complessi di ioni di litio di carbonato di etilene o carbonato di dietilene. Questi elettroliti non acquosi utilizzano in genere sali di anione non coordinati, come esafluorofosfato di litio (LiPF6), esafluoroarsenato di litio monoidrato, perclorato di litio, tetrafluoroborato di litio e lithium trifluoromethanesulfonate.

Temperature estreme per batterie agli ioni di litio

Il limite di temperatura di ricarica perBatterie al litio sfuseÈ più rigoroso rispetto al limite operativo. La chimica agli ioni di litio funziona bene ad alte temperature, ma l'esposizione estesa alle alte temperature riduce la durata della batteria.

Le batterie agli ioni di litio forniscono buone prestazioni di ricarica a temperature di raffreddamento e possono anche caricare rapidamente entro il campo di temperatura di 5-45 °C. La ricarica dovrebbe essere fatta entro questo intervallo di temperatura. È possibile caricare a temperature tra 0 e 5 ° c, ma la corrente di ricarica dovrebbe essere ridotta. Le alte temperature possono essere utili durante la ricarica a bassa temperatura a causa della resistenza della batteria interna. La ricarica a temperatura troppo elevata può favorire la degradazione della batteria e la ricarica a temperature superiori a 45 °C riduce le prestazioni della batteria, mentre a temperature inferiori la resistenza interna della batteria può aumentare, che porta a una frequenza di ricarica più lenta e un tempo di ricarica più lungo.

Le batterie agli ioni di litio di grado Consumer non devono essere caricate a temperature inferiori a 0 °C. Anche se il pacco batteria può essere caricato normalmente, l'elettrodo negativo può avere esperienza con la placcatura al litio metallica durante la ricarica a bassa temperatura, che potrebbe non essere rimovibile anche con cicli ripetuti. Per motivi di sicurezza, la maggior parte dei dispositivi dotati di batterie agli ioni di litio non consente la ricarica al di fuori della gamma di 0-45 °C, tranne i telefoni cellulari che possono consentire una buona quantità di ricarica durante il rilevamento di una chiamata di emergenza in corso.