Il cuore della batteria agli ioni di litio: I materiali del catodo

Negli ultimi anni, la batteria di potenza si è sviluppata rapidamente come componente fondamentale dei veicoli a nuova energia. La batteria agli ioni di litio è la batteria di potenza più comunemente utilizzata nelle automobili a nuova energia, composta principalmente da materiale anodico, materiale catodico, diaframma ed elettrolita. I materiali catodici rappresentano oltre il 40% del costo totale delle batterie al litio e le loro prestazioni influiscono direttamente sugli indicatori di performance delle batterie al litio, per cui svolgono un ruolo centrale nelle batterie al litio. Le prestazioni e il prezzo dei materiali anodici sono i colli di bottiglia che limitano l'ulteriore sviluppo delle batterie al litio ad alta energia, lunga durata e basso costo. Pertanto, una delle tecnologie chiave per lo sviluppo di batterie agli ioni di litio ad alta energia è lo sviluppo di materiali anodici.

Ossido di litio e cobalto

L'ossido di litio e cobalto è un composto inorganico ed è uno dei materiali catodici per batterie agli ioni di litio più utilizzati sul mercato. Ha una struttura stratificata bidimensionale, adatta alla declinazione degli ioni di litio, e la sua capacità teorica è di 274 mAh/g. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche solo la metà del Li+ presente nel reticolo può essere rimosso al massimo a causa della limitazione della stabilità strutturale, per cui la capacità specifica effettiva è di circa 140mAh/g. L'ossido di litio e cobalto è facile da preparare e presenta molti vantaggi, come elevate prestazioni elettrochimiche, buone prestazioni di circolazione e buone prestazioni di carica e scarica, per cui è stato il primo materiale anodico ad essere scalato per le batterie agli ioni di litio.

Ossido di litio e nichel

La struttura dell'ossido di nichel-litio è un salgemma cubico, uguale all'ossido di cobalto-litio, ma il suo prezzo è inferiore a quello dell'ossido di cobalto-litio. L'ossido di litio-nichel ha molti vantaggi, come la stabilità alle alte temperature, il basso tasso di autoscarica, l'assenza di limiti di sovraccarico e sovrascarica, l'assenza di inquinamento, ecc. Tuttavia, è molto difficile da preparare a causa degli elevati requisiti di controllo delle condizioni di processo e della facilità di produrre composti non misuranti, per cui non è molto utilizzato come materiale catodico per le batterie agli ioni di litio.

Ossido di ferro e litio

L'ossido di ferro di litio, presente in natura sotto forma di fosfoferrite, ha una struttura olivina e appartiene al sistema cristallino ortogonale. La capacità specifica teorica dell'ossido di litio-ferro è di 170 mAh/g e la tensione teorica è di 3,5 V. Presenta pochi cambiamenti strutturali prima e dopo la carica e la scarica, oltre ad avere i vantaggi di buone prestazioni di circolazione e stabilità alle alte temperature. Inoltre, può avvicinarsi alla capacità teorica a temperatura ambiente. Gli svantaggi dell'ossido di litio-ferro sono che è altamente polarizzabile ad alto tasso di potenza e la sua capacità reversibile diminuisce rapidamente, e non può essere caricato e scaricato ad alta corrente.

L'ossido composto di litio-manganese-nichel-cobalto

Grazie all'aggiunta di Ni, Co e Mn, gli ossidi composti di litio-manganese-nichel-cobalto hanno un evidente effetto sinergico ternario e integrano i vantaggi di LiCoO2, LiNiO2 e LiMnO2. La capacità del materiale aumenta efficacemente con l'aggiunta di Ni; la struttura a strati è notevolmente stabile con l'aggiunta di Co; l'aggiunta di Mn riduce il costo dei materiali e ne migliora la sicurezza.