Material de la batería de iones de litio

Estos son algunos de los materiales comerciales comunes de electrodos positivos y negativos en medias celdas con ánodos de litio. Los cátodos utilizan óxidos o fosfatos que contienen metales de transición de la primera fila. Hay menos opciones para ánodos, ya sea grafito o compuesto de intercalación titanato de litio, espinela, estos materiales son muy livianos, lo que conduce a altas capacidades específicas y densidades de energía.

Materiales de cátodo

El material del cátodo incluye óxidos de metales de litio, óxidos de vanadio y óxidos de litio recargables. Los óxidos de cobalto y níquel son los que se utilizan comúnmente para las baterías de iones de litio. Muestran una alta estabilidad en el rango de alto voltaje, pero el cobalto tiene una disponibilidad limitada en la naturaleza y es tóxico. Se utilizan mezclas de cobalto, níquel y manganeso para combinar los mejores resultados y minimizar los inconvenientes.

Material de los ánodos

Los materiales de los ánodos son litio, grafito, materiales de aleación de litio, intermetálicos o silicio. Los ánodos carbonosos se utilizan normalmente debido a su disponibilidad. Los ánodos de aleación y los compuestos intermetálicos tienen altas capacidades y muestran algunos cambios de volumen dramáticos. El silicio tiene una capacidad excepcionalmente alta y su comportamiento cíclico es insatisfactorio.

Electrolitos

Incluyen electrolitos líquidos, poliméricos y de estado sólido. El electrolito líquido es principalmente orgánico.

Los polímeros electrolitos son polímeros iónicamente conductores que se mezclan comúnmente en compuestos con cerámica, lo que da como resultado conductividades y resistencia más altas.

Electrolitos sólidos como cristales conductores de iones de litio y vidrios cerámicos; muestran rendimientos inferiores a bajas temperaturas. El electrolito de litio necesita condiciones especiales de deposición y tratamientos de temperatura.

Separadores

Los materiales del separador incluyen P. Arora y Z.Zhang. Por lo general, separan los dos electrodos entre sí. El separador tiene una característica de seguridad llamada apagado térmico a temperaturas más altas; derrite o cierra sus poros para detener el transporte de iones de litio sin perder su estabilidad mecánica.

Estructura de la batería de iones de litio

Las baterías de litio están hechas de cuatro componentes principales, a saber, cátodo, ánodo, electrolito y separador.

Cátodo

El cátodo se utiliza principalmente para determinar la capacidad y el voltaje de una batería de iones de litio.

Un ion de litio genera electricidad a través de una reacción química del litio.

El litio se inserta principalmente en la batería. Sin embargo, el litio suele ser inestable en forma de elemento. El óxido de litio actúa como material activo para intervenir en la reacción del electrodo de la matriz original. Este material activo consta de iones de litio y se agrega un aditivo conductor para aumentar la conductividad de la celda. Mientras que el aglutinante suele actuar como adhesivo. El cátodo juega un papel vital en la determinación de las características de la batería. El material activo aprende la capacidad y el voltaje de la batería. Cuanto mayor sea la cantidad de litio que utilice, más significativa será la capacidad y la diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo.

Ánodo

El material activo también se usa para recubrir el ánodo. El contenido existente del ánodo es principalmente para que la corriente eléctrica fluya a través del circuito externo. Lo que permite la absorción reversible de los iones de litio liberados del cátodo. Al cargar, los iones de litio se almacenan en el ánodo. En este punto, cuando se conecta un cable conductor al cátodo y al ánodo, los iones de litio fluyen naturalmente de regreso al cátodo a través del electrolito, y los electrones separados de los iones de litio fluyen a lo largo del cable generando electricidad.

Para el ánodo se usa grafito con una estructura estable, y el sustrato del ánodo se recubre con un material activo, aditivo conductor y un aglutinante.

Electrólito

El electrolito permite el libre movimiento de iones únicamente. Y es vital para mejorar el uso de electricidad en una batería. Sirve como un medio que permite el flujo de solo iones de litio entre el cátodo y el ánodo. Un electrolito está hecho principalmente de materiales con alta conductividad iónica para permitir que los iones de litio retrocedan muy rápidamente. El electrolito está compuesto por sales, disolventes y aditivos. Las sales se utilizan para permitir el paso de los iones de litio para moverse, las soluciones son orgánicas, que se utiliza para disolver las sales y los aditivos. Además, la velocidad de los iones depende del tipo de electrolito.

Separador

El separador normalmente actúa como una barrera entre el cátodo y el ánodo. Evita el movimiento directo de los electrones y deja pasar solo los iones. El cual debe satisfacer todas las condiciones físicas y electroquímicas. Disponemos de sintéticos como polietileno y polipropileno.

Cómo hacer baterías de iones de litio

Aquí hay un paso a paso sobre cómo hacer baterías de iones de litio.

Preparación de electrodos

En esta etapa, se mezclan los materiales que se recubrirán en el cátodo y el ánodo.

Los rollos de aluminio en bruto se cargan en la máquina de recubrimiento.

Se aplica una fina capa de materiales de carbono y litio en grandes franjas cuadradas sobre los materiales terminales metálicos.

Luego, el material se alimenta a través de un horno para curar la lechada en el terminal. Y esto se ejecuta en dos líneas de forma continua, una para el ánodo y la otra para el cátodo. La tira final de cobre con lechada de carbón curada en cuadrados saldrá del horno. Los cuadrados se cortarán y luego se doblarán para ingresar al siguiente paso. Luego, la máquina rompe el electrodo haciendo que las láminas sean mucho más delgadas.

Luego, las hojas grandes se cortan al ancho adecuado.

Creación de electrodos

Los electrodos se introducen en las máquinas, se conectan a un terminal y se cortan a la longitud requerida.

Una vez que el tipo de ánodo está listo, se junta con una pila del cátodo del mismo tamaño. Y se inserta una membrana semipermeable entre las capas y se pliega varias veces. Y en este punto, se requiere que un operador agregue y alinee los dos electrodos.

Formando un electrolito

Luego, las máquinas cortan, forman y crean la carcasa ligeramente flexible pero protectora para los electrodos internos y el polímero electrolítico.

Luego, los electrodos se insertan entre la carcasa productiva y se sueldan entre sí en los tres lados. Los cuatro lados se dejan abiertos para rociar el electrolito.

En un entorno bien controlado, el electrolito se bombea a la celda mientras se controlan la humedad y la temperatura.

Finalmente, se realiza una soldadura térmica para que la batería contenga el electrolito y selle la batería.

Cargando

Una vez sellado, ahora se puede llamar batería. Se realiza la primera carga. La presencia de una pequeña ala que queda en la batería está ahí para recolectar cualquier electrolito o gas que pueda haber sido expulsado durante este primer ciclo.

Una vez que se completa su primera carga, las celdas se comprimen fuertemente para eliminar el aire restante de las celdas.

Prueba de batería

Finalmente, la batería está lista para ser examinada mediante el uso de un probador de aplastamiento de batería que toma una celda y aprieta los lados lateralmente.