Tecnologías de separadores para baterías de iones de litio

Tecnologías de separadores para baterías de iones de litio

Resumen

Aunque los separadores no participan en las reacciones electroquímicas en una batería de iones de litio (Li-ion), realizan las funciones críticas de separar físicamente el electrodos positivos y negativos mientras permite el flujo libre de iones de litio a través del electrolito líquido que llenan su estructura porosa abierta. Separadores de electrolito líquido Li-ion. Las baterías se pueden clasificar en membranas poliméricas porosas, esteras no tejidas y separadores compuestos. Las membranas porosas son las más utilizadas debido a su relativamente bajo costo de procesamiento y buenas propiedades mecánicas. A pesar de no ampliamente utilizado en baterías de iones de litio, las esteras no tejidas tienen la potencial para separadores de bajo costo y térmicamente estables. Reciente separadores compuestos han llamado mucho la atención, sin embargo, ya que ofrecen una excelente estabilidad térmica y humectabilidad por el electrolito no acuoso. El presente trabajo (1) presenta una descripción general de las técnicas de caracterización del separador, (2) revisiones tecnologías existentes para producir diferentes tipos de separadores, y (3) discute direcciones para futuras investigaciones. Investigación en técnicas de fabricación de separadores y productos químicos. modificaciones, junto con el modelado numérico, deben conducir a nuevas mejoras en el rendimiento y el abuso tolerancia, así como la reducción de costos de las baterías de iones de litio. Palabras clave Batería de iones de litio. Separador. Porosa membrana. Tolerancia al abuso de batería. Escapes térmicos.

Introducción

Las baterías secundarias de iones de litio (Li-ion) brindan un atractivo panorama para los sistemas de almacenamiento de energía debido a su alta energía específica (alrededor de 150 Wh/kg), alta densidad de energía (alrededor de 400 Wh/L), ciclo de vida prolongado (>1000 ciclos), baja tasa de autodescarga (2–8 %/mes) y alto voltaje operativo (2,5–4,2 V) [1]. Han sido ampliamente utilizados en el consumo electrónicos, como computadoras portátiles, videocámaras y celulares teléfonos [2]. Recientemente, sus aplicaciones se han ido expandiendo en tecnología aeroespacial, vehículos eléctricos (EV) y vehículos híbridos eléctricos (HEV) [2].

Diseño de batería de iones de litio Normalmente se produce en enrollado en espiral o diseño prismático, los cuatro fundamentales componentes de una batería de iones de litio son el electrodo negativo (ánodo), el electrodo positivo (cátodo), el electrolito y el separador, como se muestra esquemáticamente en la Fig. 1. Los primeros tres Los componentes participan en las reacciones electroquímicas en una celda de batería, mientras que el separador es un componente inactivo. La mayoría de las baterías de iones de litio utilizan carbono como ánodo activo. aunque el silicio, el titanato de litio, el dióxido de estaño y algunos intermetálicos también han sido intensamente investigados [3– 6]. Este material activo está adherido a una corriente de cobre. colector con un aglutinante, normalmente poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF) y un carbono de alta superficie (p. ej., acetileno negro) se utiliza en la formulación del electrodo para proporcionar una ruta de flujo de electrones al colector de corriente.

Los óxidos de metales de transición litiados se han utilizado ampliamente como los materiales activos para cátodos. Al igual que el negativo electrodo, las partículas de material activo se adhieren a un Colector de corriente de aluminio con aglutinante. Un área de superficie alta también se incorpora carbono para proporcionar un camino conductor para los electrones para llegar a las partículas del material activo.

El último componente activo de una batería de iones de litio es el electrólito. Una composición electrolítica requiere una buena estabilidad química, térmica y electroquímica, así como un alto contenido iónico. conductividad. A pesar de sus desventajas conocidas (problemático estabilidad térmica y susceptibilidad a la hidrólisis con la formación de ácido fluorhídrico), hexafluorofosfato de litio (LiPF6) disuelto en una mezcla de solventes orgánicos representa el electrolito líquido más utilizado debido a su relativa bajo costo, alta conductividad iónica y la capacidad de pasivar el colector de corriente de aluminio para el electrodo positivo. Generalmente, los solventes orgánicos usados para disolver LiPF6 son carbonatos, como carbonato de etileno (EC), propileno carbonato (PC), carbonato de dimetilo (DMC), etil metilo carbonato (EMC) y carbonato de dietilo (DEC). Durante el funcionamiento con batería, iones de litio (Li+ ) se transportan entre los ánodo y cátodo a través del electrolito, desde el ánodo hasta el cátodo durante la descarga y en sentido inverso durante la carga de la batería.

El único componente fundamental inactivo de una batería de iones de litio La celda es el separador, necesariamente intercalado entre el ánodo y cátodo. Desempeña dos papeles principales durante el éxito operación de una celda: (1) descansando

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