Design de células de lítio

Tipos de baterias de lítio: Design de células de lítio

Baterias de lítio LFP: a escolha certa para equipamentos de movimentação de materiais

A Dynamo Energy faz as mais rigorosas exigências quanto à segurança e qualidade de todos os componentes para garantir o melhor desempenho e um longo ciclo de vida para nossas baterias de lítio. Temos parcerias com os fabricantes de células de lítio mais avançados tecnologicamente e confiáveis. Selecionamos fornecedores que atendem aos nossos altos padrões nas três principais áreas de tecnologia de células a seguir:

eletrólito,
materiais de cátodo e ânodo,
tecnologia de membrana.

Trabalhamos com células com diferentes químicas, incluindo LFP, NMC e outras, mas focamos principalmente na tecnologia LFP como a escolha ideal para aplicações de manuseio de materiais.

Eletrólito em células de lítio

O eletrólito desempenha um papel fundamental no transporte de íons de lítio positivos entre o cátodo e o ânodo. O eletrólito mais comumente usado consiste em sal de lítio, como LiPF6, que é amplamente usado em baterias Dynamo Energy.

As células avançadas de íons de lítio Dynamo Energy usam eletrólito de alta pureza projetado para otimizar o desempenho e a longevidade da célula. É composto de solventes orgânicos, sal LiPF6 e aditivos proprietários para melhorar a estabilidade e evitar a formação dendrítica e degradação da solução.

Esses requisitos são especialmente importantes em aplicações de baterias industriais de alta densidade energética:

estabilidade em aplicações de alta descarga de corrente,
ciclo de vida mais longo,
alta condutividade,
alta taxa de descarga,
melhor desempenho em uma ampla faixa de temperaturas,
excelente estabilidade térmica e hidrolítica,
excelente estabilidade anti-sobrecarga,
LiPF6 de alta pureza: >99,5%, ácido livre <50 ppm, água <20 ppm.

Materiais de cátodo e ânodo de células de íons de lítio

Existem vários materiais de eletrodos de cátodo para escolher dentro do espaço da tecnologia de íons de lítio. Originalmente, o principal componente ativo do cátodo era o óxido de lítio-cobalto. Hoje, o cobalto está sendo frequentemente substituído por ferro (LFP), níquel, manganês e alumínio (NMC, NCA). Os materiais de cátodo exigem níveis de pureza extremamente altos e devem ser quase totalmente livres de impurezas metálicas indesejadas, como vanádio e enxofre.

A maioria das baterias industriais Dynamo Energy são construídas com células LFP, onde a durabilidade do cátodo é aprimorada pela adição de uma combinação patenteada de nanopartículas.

Essas células de bateria são projetadas com eletrodos de ânodo feitos de pó de grafite natural e artificial que é altamente processado antes de ser cozido em folha de cobre. O grafite é um sólido cristalino com uma cor cinza-preta e um brilho metálico. Devido à sua estrutura eletrônica, é altamente condutor — um único cristal pode atingir 25.000 siemens por centímetro quadrado (S/cm2). A capacidade eletroquímica reversível é mantida ao longo de vários milhares de ciclos em baterias Dynamo Energy com eletrodos de ânodo otimizados que são extremamente leves, porosos e duráveis. A superfície de grafite nas células que usamos é totalmente compatível com o restante da química da nossa bateria de íons de lítio — sais, solventes e ligantes.

Nossas células são feitas com folha recozida laminada em cobre (tipo RA), feita de Cu forjado, que geralmente é usado para aplicações de alta energia e alta potência, como sistemas de transmissão em veículos elétricos (VEs) e baterias industriais.

As aplicações mais exigentes das baterias Dynamo Energy exigem que os eletrodos de ânodo e cátodo das células:

fornecer alta densidade energética,
garantir estabilidade em alta taxa de descarga de pulso,
permitem velocidades de carregamento rápidas,
demonstrar resiliência contra a degradação natural.

Membrana cerâmica usada em células de íons de lítio

Uma célula eletroquímica consiste em um ânodo e um cátodo que são separados por uma membrana permeável a íons ou condutora de íons — o separador — como um dos principais componentes. As membranas condutoras de íons de lítio são indispensáveis para o desempenho estável de longo prazo do conjunto de baterias. O crescimento de dendritos metálicos entre os eletrodos leva a potenciais curtos-circuitos. Para minimizar esses riscos, partículas cerâmicas estáveis em temperatura e não inflamáveis são adicionadas ao material dos separadores compostos.

O separador deve manter o ânodo e o cátodo longe do contato físico, ao mesmo tempo em que permite o transporte iônico livre. Com base na morfologia do separador, geralmente há dois tipos de separadores, incluindo membranas microporosas e filmes não tecidos. Embora os separadores sejam eficazes na prevenção de curtos-circuitos elétricos entre o ânodo e o cátodo, sua presença entre os dois eletrodos diminui a condutividade efetiva do eletrólito, aumentando a impedância da célula. Isso seria esperado, pois a presença do separador diminui a área transversal total da via de condução de íons de lítio, e a tortuosidade dos poros abertos no separador prolonga a via de transporte iônico. Quanto mais fino o separador, maior a condutividade iônica, mas há uma compensação entre a espessura do separador e suas propriedades mecânicas.

A atual tecnologia de ponta de células de lítio usa um separador revestido de cerâmica, o que melhora o desempenho da célula em altas temperaturas e aumenta a segurança da bateria.

Esta é a tecnologia de célula que vai para as baterias Dynamo Energy. As propriedades físicas de suas membranas demonstram:

alta estabilidade térmica, porosidade e tortuosidade dos poros,
condutividade iônica efetiva,
compatibilidade total com a combinação de materiais de ânodo e cátodo.

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