Historia de las baterías de litio

A principios de la década de 1970, se impulsó el trabajo de investigación sobre baterías de iones de litio debido a la crisis energética. Se utilizaron aleaciones de Li o Li-Al como materiales de ánodo, incluidos Li / MnO2, Li / I2, Li / SOCl2, Li / FeS2, etc. Las baterías primarias de litio han aparecido una tras otra. En 1970, Panasonic Corporation de Japón obtuvo una patente para la batería Li / (CF) n en los Estados Unidos. Durante el proceso de descarga, (CF) n se litió para formar C y LiF, y la reacción no fue reversible, por lo que la batería primaria de litio en ese momento es una batería desechable. En 1977, Sanyo, el mayor fabricante mundial de baterías de iones de litio, diseñó la batería Li / MnO2, que se aplicó inmediatamente a la calculadora electrónica recargable de la compañía que funciona con energía solar. En la investigación inicial, General Motors (GM) y el Laboratorio Nacional de Argonne (ANL) en los Estados Unidos se centraron en los sistemas de baterías de iones de litio que utilizan sales fundidas como electrolitos. La materia prima del polo es litio y azufre en estado fundido, y el electrolito se funde con una sal de litio mixta como LiCl o KCl. La batería de electrolito de sal fundida requiere una temperatura alta de 45 ° C cuando funciona. Sin embargo, estas baterías no pueden suprimir los daños al medio ambiente durante el uso y la capacidad se degrada rápidamente. En el siguiente estudio, los investigadores abandonaron el litio y el azufre, cambiando a la aleación de litio y aluminio (LiAl) y sulfuro de hierro (FeS y FeS2), aunque esto mejoró el rendimiento del ciclo, pero debido a la batería de iones de litio de electrolitos orgánicos El rápido desarrollo de la investigación el trabajo en baterías de iones de litio fundidos a alta temperatura alrededor de 1990 prácticamente ha terminado.

El verdadero significado de las baterías de iones de litio fue propuesto por primera vez por Whittingham de Exxon en 1976. La llamada batería de iones de litio significa que no hay litio elemental en la batería. La fuente de litio es proporcionada por compuestos de iones de litio. Whittingham descubrió que, a temperatura ambiente, el TiS2 en capas puede reaccionar electroquímicamente con el litio metálico y combinar el almacenamiento de energía orgánica y las reacciones de inserción por primera vez. La batería Li / TiS2 tiene un voltaje de funcionamiento de aproximadamente 2 V y el rendimiento del ciclo es muy bueno. En 1000 ciclos, la atenuación de la capacidad es solo 0.05% / tiempo. Exxon se introdujo en el mercado en 1977 utilizando aleaciones LiAl en lugar de litio metálico como electrodo negativo para baterías de iones de litio para relojes y pequeños dispositivos electrónicos. A partir de entonces, los compuestos que pueden desacoplarse reversiblemente con litio, representados por VSe2, MoO3, CuTi2S4, V2O5, V6O3 y LiV3O8, aparecen uno tras otro. En 1980, MoliEnergy de Canadá insertó químicamente 1 mol de litio en 1 mol de MoS2 para formar LiMoS2 para mejorar el rendimiento del ciclo electroquímico de MoS2 e industrializarlo. Este también es el más cercano al prototipo de las baterías de iones de litio modernas.

Después de la década de 1980, la investigación sobre baterías de iones de litio hizo grandes avances: en 1980, el grupo Goodenough fabricó materiales de cátodo LiCoO2; en 1981, Bell Labs utilizó grafito para materiales de ánodos de baterías de iones de litio. En 1983, el grupo Goodenough fabricó el material de electrodo positivo LiMn2O4; en 1989, Manthiram y Goodenough informaron que el efecto de inducción de polianiones (como SO42-) puede mejorar el voltaje de trabajo de los óxidos metálicos; En 1990, la batería secundaria de iones de litio comercial de Sony (C / LiCoO2) se convierte en una verdadera batería de iones de litio. Se realiza una batería secundaria de litio que tiene un material de carbono grafitizado como electrodo negativo, y su composición es: litio y un material compuesto de óxido / electrolito / carbono grafitizado de metal de transición. En 1994, Tarascon y Guyomard fabricaron un sistema de electrolitos a base de carbonato de etileno y carbonato de dimetilo; en 1997, Goodenough informó sobre un material de cátodo, LiFePO4. En este punto, la batería de iones de litio está completamente formada.

Dado que la diferencia de potencial entre el litio metálico y el material de carbono grafitizado y el compuesto de intercalación de litio LiC6 es inferior a 0,3 V, el material del electrodo negativo de la batería de iones de litio recargable se puede utilizar sin metal de litio. Durante la carga de la batería secundaria de iones de litio, el litio entra primero en el grafito. En el grafito, el litio se almacena en los espacios interlaminares en el medio de la estructura en capas, y las capas desintercalan el proceso de descarga posterior. Este método tiene buena reversibilidad, por lo que esta forma es recargable. Se ha mejorado el rendimiento del ciclo de la batería de iones de litio. Además, el material de carbono es económico, no tóxico y tiene un estado de descarga relativamente estable en el aire. No solo puede usar el litio metálico que no tiene rendimiento, sino que también puede evitar la generación de ramas de cristal de litio, y la vida útil se ha mejorado considerablemente. La mejora fundamental en la seguridad de las baterías de iones de litio se mejora fundamentalmente.

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