Evaluación de las materias primas de la batería
Las baterías de iones de litio están compuestas de materiales de electrodos positivos, materiales de electrodos negativos, separadores y solución de electrolitos. Las baterías completadas individualmente se denominan celdas y los conjuntos de varias celdas empacadas juntas se denominan módulos. La evaluación de las baterías requiere una variedad extremadamente amplia de métodos, porque las baterías se ensamblan a partir de una variedad de materiales, como cerámica, polímeros y una solución de electrolitos, porque implican cambios electroquímicos debido a los ciclos de carga-descarga y también porque son difíciles de manipular debido a su sensibilidad al aire y la humedad. Por lo tanto, las baterías requieren evaluaciones multifacéticas que utilizan una amplia variedad de instrumentos de análisis. Por razones de seguridad, las pruebas de confiabilidad y las evaluaciones de seguridad que implican destrucción física son esenciales.
Generalmente, los electrodos positivos se crean aplicando una mezcla espesa de materiales activos de electrodo positivo, un aglutinante, aditivos conductores y otros materiales sobre una lámina de aluminio, y luego secando y formando por presión la lámina recubierta. Los materiales de electrodo positivo normalmente consisten en un material de cátodo de fosfato de hierro ternario (NMC) o de litio (LFP), fluoruro de polivinilideno (PVDF) como aglutinante, negro de carbono u otra sustancia como aditivos conductores y n-metilpirrolidona (NMP) como solvente.
Debido a que las materias primas pueden afectar la densidad de la energía, la seguridad, la vida útil y otras características de rendimiento de las baterías, es importante evaluar sus propiedades de partículas, propiedades térmicas, composición y otras características.
Generalmente, los electrodos negativos se crean aplicando una mezcla espesa de materiales activos de electrodo negativo, un aglutinante, aditivos conductores y otros materiales sobre una lámina de cobre, y luego secando y formando por presión la lámina recubierta. Los materiales del electrodo negativo generalmente consisten en grafito,
caucho de estireno-butadieno (SBR) o carboximetilcelulosa (CMC) como aglutinante, negro de carbono u otra sustancia como aditivos conductores y agua como solvente.
Debido a que las materias primas pueden afectar la densidad de la energía, la seguridad, la vida útil y otras características de rendimiento de las baterías, es importante evaluar sus propiedades de partículas, propiedades térmicas, composición y otras características.
Los separadores consisten en una membrana porosa que se utiliza para separar los electrodos positivos de los electrodos negativos. Mientras que los iones normalmente pueden pasar de un lado a otro a través de los poros, los poros se cierran si la batería se calienta. Por lo tanto, los separadores sirven para evitar el calentamiento no controlado. Los separadores están hechos principalmente de polietileno u otro polímero de poliolefina. Es importante evaluar las propiedades físicas y térmicas de los separadores y su composición, ya que los separadores no deben obstruir el movimiento de iones de litio durante la carga-descarga y deben ser eléctricamente aislantes y mecánicamente fuertes para evitar cortocircuitos entre los electrodos positivos y negativos.
El electrolito es la sustancia ubicada entre los electrodos positivo y negativo que incluye los iones que sirven como vehículo. En el caso de las baterías de iones de litio líquidas, el electrolito se denomina solución de electrolitos, que consiste en una mezcla de carbonato de etileno (EC) u otro solvente orgánico, hexafluorofosfato de litio (LiPF6) u otra sal de litio y carbonato de vinileno (VC) u otro aditivo. Debido a que el estado de la solución de electrolitos puede afectar el rendimiento de la batería, es importante evaluar su composición.
En el caso de las baterías de estado sólido, normalmente se utilizan tres tipos de electrolitos sólidos, denominados electrolitos a base de óxido, sulfuro y polímero. Debido a que el estado de los electrolitos sólidos puede afectar el rendimiento de la batería, es importante evaluar las propiedades de sus partículas, superficies y térmicas, así como su composición química y otras características.
Los electrodos incluidos en las baterías están hechos de una variedad de materiales, como materiales activos, aditivos conductores y aglutinantes. En consecuencia, las redes para la conducción de los electrones y los iones formados por tales materiales en los electrodos tienen una influencia importante en el rendimiento de la batería. Además, debido a que el estado de esas redes puede variar debido a los ciclos de carga y descarga, es necesario realizar un análisis detallado de los factores que afectan el rendimiento y la seguridad de la batería a largo plazo. Por lo tanto, es importante evaluar las propiedades físicas y la composición de los electrodos, un proceso que incluye evaluar la conductividad de los electrodos antes y después de la carga-descarga, evaluar la capa de SEI formada por la carga-descarga y controlar las cantidades de solventes orgánicos residuales contenidos en las suspensiones de electrodos.
