Procesamiento de materiales para baterías de iones de litio

¿Qué hay dentro de una batería de iones de litio?

Las baterías de iones de litio son de todas las formas y tamaños en la actualidad. Sin embargo, no importa el tamaño o la forma de la batería, todas tienen el mismo aspecto por dentro. En cualquier paquete de baterías de iones de litio hay ciertas cosas que están presentes:

· Celdas de iones de litio. Pueden tener forma cilíndrica como las pilas AA convencionales o pueden tener forma prismática.

· Sensores de temperatura para controlar la temperatura de la batería. El sobrecalentamiento puede tener resultados catastróficos.

· Circuito convertidor y regulador de tensión. Esto es para mantener niveles seguros de voltaje y corriente dentro del paquete de baterías.

· Toma de voltaje, que actúa como monitor de la capacidad energética de cada celda individual dentro del paquete de baterías.

· Monitor de estado de carga de la batería. Que es una pequeña computadora que maneja todo el proceso de carga. Se asegura de que las baterías se carguen lo más rápido y seguro posible.

· En ocasiones, hay un conector blindado opcional adicional dentro del paquete de baterías, que permite que la energía y la información entren y salgan del paquete de baterías.

Al cargar o incluso durante el uso de la batería, si se calienta demasiado, la computadora (Monitor de estado de carga de la batería) apagará el flujo de energía en un intento de enfriar las cosas. Si intenta usar su dispositivo mientras está en este estado caliente, esta computadora le impedirá usarlo e incluso le impedirá encender el dispositivo.

Las celdas de iones de litio

Las celdas de iones de litio tienen una carcasa exterior hecha de metal. Es importante utilizar metal en las celdas de iones de litio ya que la batería está presurizada. La carcasa de metal tiene lo que se llama un orificio de ventilación. Que es básicamente un agujero sensible a la presión. En caso de que la batería se caliente demasiado y exista riesgo de explosión, este orificio de ventilación libera la presión adicional y ayuda a rescatar la situación.

Dentro de la caja de metal, hay tres capas de láminas delgadas que son:

· Un electrodo positivo.

· Un electrodo negativo.

· Un separador entre los dos.

Estas tres láminas delgadas se sumergen en un disolvente orgánico, en su mayoría de éter. Ese solvente actúa como electrolito de la batería.

¿Cómo se fabrica una batería de iones de litio?

La creación de una batería de iones de litio sigue algunos pasos sencillos:

Preparación de electrodos

· En este paso, se mezcla y prepara el material que se recubrirá en el ánodo y el cátodo.

· Las materias primas metálicas, principalmente aluminio, se cargan en la máquina de recubrimiento.

· Luego se aplican capas delgadas de litio y carbono y se agregan a la máquina.

· A través de un proceso continuo, el material se alimenta a un horno donde se está tratando el Carbón.

· Después del proceso del horno, el producto se alimenta a dos líneas separadas donde se fabrican el ánodo y el cátodo, cada uno con su propia línea.

· Después de fabricar los electrodos (ánodo y cátodo), se alimentan a una máquina donde se aplastan en capas delgadas para que puedan ser más plegables.

· El paso final de este proceso es el proceso de corte donde los electrodos se cortan al ancho adecuado especificado por el fabricante.

Creación de electrodos

· En este proceso, los electrodos se toman y se enrollan al tamaño adecuado.

· Una vez que el ánodo y el cátodo se cortan al tamaño perfecto, se combinan en pares de tamaños exactamente iguales.

· Después de eso, se inserta una fina capa entre ellos (el separador).

· Las tres capas completas (el ánodo, el cátodo y el separador) se pliegan juntas en una máquina semiautomática.

Inserción de electrolitos

· Después de preparar los electrodos en el paso anterior. Se hace la vivienda para ellos.

· Se utilizan materiales plásticos o PVC para hacer la carcasa de los electrodos.

· A continuación, se insertan los electrodos en esas carcasas.

· Se sueldan térmicamente entre sí en tres lados, mientras que el cuarto lado se deja abierto.

· A través del lado abierto, el electrolito se inserta en toda la instalación.

· Después de eso, se sella el lado abierto.

Ahora tiene una batería de iones de litio lista para su primera carga.

Desafíos de fabricación de la batería de iones de litio

Las baterías de iones de litio tienen un gran potencial para permitir la electrificación de la automatización, la diversidad de fuentes de energía y permitir grandes cantidades de almacenamiento de energía a escala de red. Sin embargo, el costo de fabricar baterías de iones de litio a gran escala es tan alto que impide que los fabricantes busquen este sueño más rápidamente.

Si miramos el mercado automotriz y los vehículos eléctricos, el costo de las baterías de iones de litio es mucho más alto de lo que ese mercado podría aceptar. Es alto hasta el punto de que los vehículos eléctricos aún no han llegado al punto de reemplazar a los automóviles convencionales. Aún son más caras.

La reducción de costos es posible a través de algo llamado optimización de esquemas de fabricación.

Otra cosa para la reducción de costos es el reemplazo del electrolito NMP dentro de las baterías de iones de litio con agua. El costo del agua como solvente es insignificante en comparación con el compuesto NMP. Además, el agua no es inflamable ni tiene vapores inflamables, lo que la convierte en la opción más segura que el NMP. El problema que enfrentan los fabricantes con el agua es que el agua es un solvente polar, y lo que se necesita en la batería es un solvente no polar como el NMP. Sin embargo, hacer del agua un solvente no polar se puede hacer a través de algunas reacciones químicas y aditivos.

Las investigaciones ahora se centran en cómo reducir el costo de las baterías de iones de litio. Predecimos que el futuro tiene grandes expectativas y, casi, el costo será tan mínimo que las baterías de iones de litio se usarán en todas partes, desde el simple control remoto hasta un avión.