Estrutura e temperatura extrema Introdução de baterias de iões de lítio

As baterias de íon-lítio são um tipo de bateria recarregável comumente usada em dispositivos eletrônicos portáteis e veículos elétricos e são cada vez mais populares em aplicações militares e aeroespaciais.

Na bateria, os íons de lítio se movem do eletrodo negativo através do eletrólito para o eletrodo positivo durante a descarga e de volta durante o carregamento. As baterias de íon-lítio usam compostos de lítio embutidos como material de eletrodo positivo, com grafite normalmente usado como material de eletrodo negativo. A bateria tem alta densidade de energia, nenhum efeito de memória (exceto para baterias LFP) e baixa auto-descarga.

Diferentes tipos de baterias de íon de lítio têm diferentes características químicas, de desempenho, custo e segurança

Os produtos eletrônicos portáteis usam principalmente baterias de polímero de lítio (com um gel de polímero como eletrólito), material de cátodo LiCoO2 e ânodo de grafite, fornecendo alta densidade de energia. Fosfato de ferro de lítio, óxido de manganês de lítio e óxido de cobalto de manganês de níquel de lítio podem fornecer vida mais longa e melhor capacidade de taxa. Tais baterias são amplamente utilizadas em ferramentas elétricas, dispositivos médicos e outras funções. Clique aqui paraFabricantes de bateria de iões de lítio personalizado...

A pesquisa sobre baterias de íon-lítio inclui prolongar a vida, aumentar a densidade de energia, melhorar a segurança, reduzir custos e aumentar a velocidade de carregamento. A pesquisa no campo dos eletrólitos não inflamáveis está em andamento com base na inflamabilidade e na volatilidade dos solventes orgânicos normalmente usados em eletrólitos como meio de melhorar a segurança. As estratégias incluem baterias aquosas de íon-lítio, eletrólitos sólidos de cerâmica, eletrólitos de polímero, líquidos iônicos e sistemas perfluorados.

Estrutura de baterias de iões de lítio

Os três principais componentes funcionais de uma bateria de íon-lítio são o eletrodo positivo, o eletrodo negativo e o eletrólito. Normalmente, o eletrodo negativo de uma bateria de íon de lítio convencional é feito de carbono. O eletrodo positivo é tipicamente um óxido de metal. O eletrólito é um sal de lítio em um solvente orgânico. A ação eletroquímica do eletrodo é invertida entre o ânodo e o cátodo, dependendo da direção do fluxo de corrente através da bateria.

O ânodo comercial mais comumente usado (eletrodo negativo) é o grafite, que tem uma capacidade de xxx mAh/g em seu estado LiC6 totalmente litiado. O eletrodo positivo é geralmente um dos três materiais: óxido em camadas (como LiCoO2), poliânion (como fosfato de ferro de lítio) ou espinélio (como óxido de manganês de lítio). Recentemente, eletrodos de grafeno também foram usados como componentes de eletrodos de bateria de íon-lítio.

O eletrólito é tipicamente uma mistura de ésteres de carbonato orgânico, como complexos de íon de lítio de carbonato de etileno ou carbonato de dietileno. Esses eletrólitos não aquosos normalmente usam sais de ânion não coordenantes, como hexafluorofosfato de lítio (LiPF6), hexafluoroarsenato de lítio mono-hidratado, perclorato de lítio, tetrafluoroborato de lítio e trifluorometanossulfonato de lítio.

Temperaturas extremas para baterias de iões de lítio

O limite de temperatura de carregamento paraBaterias de lítio a granelÉ mais rigoroso do que o limite operacional. A química de íons de lítio tem um bom desempenho em altas temperaturas, mas a exposição prolongada a altas temperaturas reduzirá a vida útil da bateria.

As baterias de íon-lítio fornecem um bom desempenho de carregamento em temperaturas mais baixas e podem até mesmo carregar rapidamente dentro da faixa de temperatura de 5-45 ° C. O carregamento deve ser feito dentro desta faixa de temperatura. O carregamento em temperaturas entre 0-5 ° C é possível, mas a corrente de carga deve ser reduzida. Altas temperaturas podem ser benéficas durante o carregamento a baixa temperatura devido à resistência interna da bateria. O carregamento a uma temperatura muito alta pode causar degradação da bateria, e o carregamento em temperaturas acima de 45 ° C reduzirá o desempenho da bateria, enquanto em temperaturas mais baixas a resistência interna da bateria pode aumentar, levando a uma taxa de carregamento mais lenta e maior tempo de carregamento.

As baterias de íon-lítio de consumo não devem ser carregadas em temperaturas abaixo de 0 ° C. Embora a bateria possa parecer estar carregando normalmente, o eletrodo negativo pode experimentar revestimento de lítio metálico durante o carregamento em baixa temperatura, que pode não ser removível mesmo com ciclos repetidos. Por razões de segurança, a maioria dos dispositivos equipados com baterias de iões de lítio não permite o carregamento fora da gama de 0-45 °C, exceto telefones celulares que podem permitir uma certa quantidade de carregamento ao detectar uma chamada de emergência em andamento.