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Aug 30, 2023 Pageview：198
Los materiales de los ánodos de las baterías de iones de litio varían ampliamente, ya que siguen siendo un campo activo de desarrollo e investigación. Los materiales anódicos contribuyen a la seguridad, la capacidad, la estabilidad cíclica y el rendimiento general de las baterías de iones de litio. Algunos de los materiales de ánodo utilizados en las baterías de iones de litio incluyen:
1.Grafito
El grafito es el material anódico más utilizado en las baterías de iones de litio destinadas a uso comercial. La estructura en capas que contiene deja espacio para la intercalación de iones de litio durante los ciclos de carga y descarga. La capacidad del grafito es moderada en comparación con otros materiales, aunque ofrece seguridad y estabilidad en bicicleta.
2.Óxidos metálicos
Algunos de los materiales anódicos explorados incluyen varios materiales de óxido metálico, incluido el óxido de hierro (Fe3O4), el óxido de estaño (SnO2) y el dióxido de titanio (TiO2). Estos materiales metálicos pueden sufrir problemas de conductividad y estabilidad cíclica, pero en comparación con el grafito, ofrecen una mayor capacidad.
3.Materiales a base de silicio
El silicio tiene una mayor densidad de energía ya que puede albergar muchos iones de litio. El concepto teórico de alta capacidad en los ánodos de silicio ha atraído mucha atención. La degradación del electrodo es muy posible debido a la contracción y expansión del volumen durante el ciclo. Otros materiales se utilizan juntos para mitigar los desafíos asociados con los ánodos de silicio.
4.metal de litio
Los ánodos de metal de litio poseen teóricamente la mayor capacidad, aunque no se utilizan comúnmente por motivos de seguridad. Los desafíos relacionados con los metales de litio incluyen la formación de dendritas y su inestabilidad; por otro lado, pueden ofrecer una densidad energética muy alta.
5.ánodos de aleación
Se utilizan materiales de aleación al tiempo que se aborda el problema de la expansión de volumen asociada con los ánodos de silicio puro. Incluyen aleaciones a base de silicio (como Si-Ge) y aleaciones a base de estaño (como Sn-C, Sn-Co). Las aleaciones pueden proporcionar un compromiso entre estabilidad y capacidad de ciclismo.
6.Materiales a base de azufre
El azufre se utiliza como material anódico en las baterías de litio-azufre. El azufre tiene una capacidad teórica bastante alta, pero los desafíos asociados con este sistema son la inestabilidad de los electrodos y la disolución de los polisulfuros.
7.Materiales a base de fósforo
Al igual que el silicio, los ánodos a base de fósforo poseen una alta capacidad teórica. Los problemas de estabilidad cíclica y cambios de volumen aún deben abordarse a medida que continúa la investigación.
8.Materiales orgánicos
Ha habido algunos compuestos orgánicos que ya se exploran como materiales anódicos, incluidas moléculas a base de carbono. Si bien es necesario abordar los desafíos relacionados con la estabilidad y la capacidad, estos materiales ofrecen propiedades ajustables.
9.titanato de litio (Li4Ti5O12)
El titanato de litio posee una excelente seguridad y estabilidad cíclica aunque no es un material de carbono. Comparado con el resto de materiales, su capacidad es menor, pero en los casos en los que estas características son vitales para las aplicaciones en cuestión se utiliza titanato de litio.
Material del ánodo LiCoO2.
Las preocupaciones electroquímicas y de estabilidad hacen que el óxido de cobalto y litio no sea un material anódico común en las baterías de iones de litio, sino que se utilice como material catódico primario. Los iones de litio se mueven hacia adelante y hacia atrás durante los ciclos de carga y descarga entre el ánodo y el cátodo a través del electrolito. Las razones por las que no se utiliza como material anódico incluyen:
Compatibilidad del material del ánodo: la estructura cristalina aloja iones de litio durante la descarga y está optimizada para su uso como material catódico. Si se utiliza como material anódico, la estructura no puede manejar de manera eficiente la extracción e inserción de iones de litio, lo que lleva a la retención de capacidad y a una mala estabilidad del ciclo.
Preocupaciones de estabilidad y seguridad: El LiCoO2 es propenso a reacciones exotérmicas y descontrol térmico, lo que provoca la generación de gas y el sobrecalentamiento.
Rendimiento y ciclo de vida: para garantizar la confiabilidad y durabilidad de la batería, los ánodos deben tener un ciclo de vida prolongado y una buena estabilidad electroquímica, que el LiCoO2 no posee.
Material de ánodo alternativo:
Se han desarrollado materiales de ánodo alternativos con mejores perfiles de seguridad y rendimiento. El grafito es el material anódico comúnmente utilizado debido a la adecuada intercalación y estabilidad de iones.
LiNiO2 como material de ánodo
El óxido de litio y níquel no es principalmente adecuado como material anódico por algunas razones;
Reacciones interfaciales: existen reacciones interfaciales significativas durante el proceso de ciclado cuando se utiliza LiNiO2 como material de ánodo. Las reacciones dan como resultado la formación de una interfase inestable de electrolito sólido, lo que conduce a una vida útil reducida, pérdida de capacidad y problemas de seguridad.
Rango de capacidad y voltaje: LiNiO2 almacena y libera iones de litio de manera eficiente durante los ciclos de carga y descarga cuando se usa como material catódico. Si se utiliza como material de ánodo, las características de capacidad y voltaje podrían provocar un rendimiento electroquímico deficiente.
Estabilidad cíclica: LiNiO2 carece de la estabilidad necesaria si se usa como ánodo, lo que requiere estabilidad mantenida y retención de capacidad mientras se somete a numerosos ciclos de carga y descarga. El uso de esto conduce a un ciclo de vida reducido y una rápida degradación.
Preocupaciones de seguridad: la seguridad sigue siendo un factor crucial en el diseño de la batería. Al igual que el LiCoO2, los ánodos basados en LiNiO2 presentan riesgos como el descontrol térmico.
Material del ánodo LiMnO
El óxido de litio y manganeso se utiliza normalmente en baterías de iones de litio como cátodo. Las limitaciones y propiedades electroquímicas del LiMnO lo hacen inadecuado para su uso como material anódico.
Cinética de intercalación/desintercalación del litio: LiMnO no está optimizado para el papel de un ánodo que debería acomodar el movimiento de los iones de litio durante el proceso de carga y descarga.
Rango de capacidad y voltaje: en comparación con otros materiales anódicos como el silicio y el grafito, LiMnO tiene una baja capacidad de almacenamiento de litio. La capacidad limitada conduce a un rendimiento reducido de la batería y una menor densidad de energía.
Estabilidad y ciclo de vida: Los ánodos deben soportar numerosos ciclos de carga y descarga manteniendo al mismo tiempo la retención de capacidad y la estabilidad. LiMnO carece de la estabilidad necesaria para usarse como ánodo.
Preocupaciones de seguridad: si se utiliza LiMnO como ánodo, surgen problemas de seguridad debido al desprendimiento de gas y posibles reacciones, entre otras cuestiones.
Conclusión
Los requisitos específicos de una aplicación, que pueden incluir costo, seguridad, estabilidad cíclica y densidad de energía, determinan la elección del material del ánodo. La investigación y el desarrollo continúan en este campo, centrándose en abordar las limitaciones. Están a punto de desarrollarse materiales de ánodo avanzados para mejorar y mejorar el rendimiento de las baterías de iones de litio.
LiCoO2 no es adecuado para material anódico debido a problemas de estabilidad, compatibilidad y seguridad, pero la estructura cristalina lo hace adecuado como material catódico. LiNiO2 no es adecuado para el material anódico de baterías de iones de litio debido a su estabilidad, seguridad, características de capacidad y reacciones interfaciales. Se han explorado materiales anódicos alternativos y el grafito se ha convertido en el material más frecuente. Debido a su estructura y características, los materiales LiCoO2, LiNiO2 y LiMnO se utilizan principalmente como materiales catódicos.
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