Le batterie agli ioni di litio non sono così complicate come le loro controparti al nichel-metallo idruro, ma richiedono comunque una certa attenzione. Attenersi a cinque regole semplici , non puoi solo estendere ciclo vitale agli ioni di litio batterie, ma aumenta anche il tempo di funzionamento dispositivi mobili senza ricaricare.

Non consentire lo scarico completo. Le batterie agli ioni di litio non hanno il cosiddetto effetto memoria, quindi possono e, inoltre, devono essere caricate senza attendere che si scarichino a zero. Molti produttori calcolano la durata di una batteria agli ioni di litio in base al numero di cicli di scarica completa (fino allo 0%). Per batterie di qualità questo è 400-600 cicli. Per prolungare la durata della batteria agli ioni di litio, ricarica il telefono più spesso. In modo ottimale, non appena la carica della batteria scende al di sotto del 10-20%, è possibile mettere in carica il telefono. Ciò aumenterà il numero di cicli di scarica 1000-1100 .
Gli esperti descrivono questo processo con un indicatore come la profondità di scarica. Se il telefono è scarico al 20%, la profondità di scarica sarà all'80%. La tabella seguente mostra la dipendenza del numero di cicli di scarica di una batteria agli ioni di litio dalla profondità di scarica:

Scaricare una volta ogni 3 mesi. Caricare completamente per un lungo periodo è altrettanto dannoso per le batterie agli ioni di litio quanto scaricarle costantemente fino a zero.
A causa del processo di ricarica estremamente instabile (spesso carichiamo il telefono secondo necessità e, ove possibile, tramite USB, presa, batteria esterna, ecc.), gli esperti consigliano di scaricare completamente la batteria una volta ogni 3 mesi e poi ricaricarla al 100% e mantenendolo in carica 8-12 ore. Ciò aiuta a ripristinare i cosiddetti flag di batteria alta e scarica. Puoi leggere di più a riguardo.

Negozio parzialmente carico. La condizione ottimale per la conservazione a lungo termine di una batteria agli ioni di litio è una carica compresa tra il 30 e il 50% a 15°C. Se lasci la batteria completamente carica, la sua capacità diminuirà notevolmente nel tempo. Ed ecco la batteria per molto tempo stava raccogliendo polvere sullo scaffale, scaricato a zero, molto probabilmente non più vivo: è ora di avviarlo al riciclaggio.
La tabella seguente mostra la capacità rimanente di una batteria agli ioni di litio in base alla temperatura di conservazione e al livello di carica se conservata per 1 anno.

Utilizzare il caricabatterie originale. Pochi sanno che nella maggior parte dei casi il caricabatterie è integrato direttamente nei dispositivi mobili e l'adattatore di rete esterno abbassa solo la tensione e raddrizza la corrente della rete elettrica domestica, ovvero non influisce direttamente sulla batteria. Alcuni gadget, come le fotocamere digitali, non dispongono di un caricabatterie integrato e quindi le loro batterie agli ioni di litio vengono inserite in un "caricabatterie" esterno. È qui che l'utilizzo di un caricabatterie esterno di dubbia qualità invece di quello originale può influire negativamente sulle prestazioni della batteria.

Evitare il surriscaldamento. Bene, il peggior nemico delle batterie agli ioni di litio è l'alta temperatura: non tollerano affatto il surriscaldamento. Pertanto, non esporre i dispositivi mobili alla luce solare diretta né posizionarli vicino a fonti di calore come stufe elettriche. Massimo temperature consentite, in cui è possibile utilizzare batterie agli ioni di litio: da –40°C a +50°C

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• Traduzione

La morte della batteria: lo abbiamo visto tutti accadere. Nei telefoni, nei computer portatili, nelle fotocamere e ora nelle auto elettriche, il processo è doloroso e, se sei fortunato, lento. Nel corso degli anni, la batteria agli ioni di litio che un tempo alimentava i tuoi dispositivi per ore (e persino giorni!) perde gradualmente la capacità di mantenere la carica. Alla fine, verrai a patti con esso, forse maledirai Steve Jobs e poi comprerai una nuova batteria o addirittura un nuovo gadget.

Ma perché sta accadendo questo? Cosa succede in una batteria che la fa morire? La risposta breve è che a causa dei danni derivanti dall’esposizione prolungata alle alte temperature e da un gran numero di cicli di carica e scarica, il movimento degli ioni di litio tra gli elettrodi alla fine inizia a interrompersi.

Una risposta più dettagliata che ci guida attraverso reazioni chimiche indesiderate, corrosione, minaccia di alte temperature e altri fattori che influiscono sulle prestazioni inizia con una spiegazione di cosa succede nelle batterie agli ioni di litio quando tutto funziona bene.

Introduzione alle batterie agli ioni di litio

In una normale batteria agli ioni di litio, troveremo un catodo (o elettrodo negativo) costituito da ossidi di litio, come l'ossido di litio cobalto. Troveremo anche un anodo o elettrodo positivo, che oggi è tipicamente realizzato in grafite. Un sottile separatore poroso tiene separati i due elettrodi per evitare cortocircuito. E un elettrolita a base di solventi organici e a base di sali di litio, che permette agli ioni di litio di muoversi all’interno della cella.

Durante la ricarica corrente elettrica sposta gli ioni di litio dal catodo all'anodo. Durante la scarica (ovvero quando si utilizza la batteria), gli ioni ritornano verso il catodo.

Daniel Abraham, uno scienziato dell'Argonne National Laboratory che conduce ricerche sulla degradazione delle celle agli ioni di litio, ha paragonato il processo all'acqua in un sistema idroelettrico. L'acqua che sale richiede energia, ma scende molto facilmente. In effetti, fornisce energia cinetica, dice Abraham, in modo simile all'ossido di litio-cobalto nel catodo "non vuole cedere il suo litio". Come l'acqua che si muove verso l'alto, è necessaria energia per spostare gli atomi di litio fuori dall'ossido e dentro l'anodo.

Durante la carica gli ioni vengono posti tra i fogli di grafite che compongono l'anodo. Ma, come dice Abraham, "non vogliono essere lì; alla prima occasione che avranno, torneranno indietro", come l'acqua che scorre giù da una collina. Questa è distensione. Una batteria a lunga durata resiste a diverse migliaia di cicli di carica-scarica.

Quando una batteria scarica è davvero scarica?

Quando parliamo di batteria scarica, è importante comprendere due parametri di prestazione: energia e potenza. In alcuni casi, la velocità con cui è possibile assorbire energia dalla batteria è molto importante. Questo è potere. Nei veicoli elettrici, l’elevata potenza rende possibili accelerazioni rapide, nonché frenate, che richiedono la ricarica della batteria in pochi secondi.

IN telefoni cellulari D’altro canto, l’elevata potenza è meno importante della capacità, ovvero della quantità di energia che una batteria può contenere. Le batterie ad alta capacità durano più a lungo con una singola carica.

Nel corso del tempo, una batteria si degrada in diversi modi che possono influire sia sulla capacità che sulla potenza, finché alla fine non è più in grado di eseguire le funzioni di base.

Pensatelo con un’altra analogia con l’acqua: caricare una batteria è come riempire un secchio con l’acqua del rubinetto. Il volume del secchio rappresenta la capacità, o capacità, della batteria. La velocità con cui puoi riempirlo, aprendo completamente il rubinetto o a filo, è la potenza. Ma il tempo, le alte temperature, i cicli multipli e altri fattori alla fine creano un buco nel mare.

Nell'analogia del secchio, l'acqua fuoriesce. In una batteria, gli ioni di litio vengono rimossi o "legati", afferma Abraham. Di conseguenza, sono privati ​​della capacità di muoversi tra gli elettrodi. Quindi, dopo alcuni mesi, un telefono cellulare che originariamente richiedeva la ricarica una volta ogni due giorni, ora deve essere ricaricato ogni 24 ore. Poi due volte al giorno. Alla fine, troppi ioni di litio verranno “legati” e la batteria non manterrà alcuna carica utile. Il secchio smetterà di trattenere l'acqua.

Cosa si rompe e perché

La parte attiva del catodo (la fonte di ioni di litio nella batteria) è progettata con una struttura atomica specifica per garantire stabilità e prestazioni. Mentre gli ioni si spostano verso l'anodo e poi tornano al catodo, idealmente vorresti che tornassero nella loro posizione originale per mantenere una struttura cristallina stabile.

Il problema è che la struttura cristallina può cambiare ad ogni carica e scarica. Gli ioni dell'appartamento A non torneranno necessariamente a casa, ma potrebbero trasferirsi nell'appartamento B accanto. Poi Ione dell'appartamento B trova il suo posto occupato da questo vagabondo e, senza entrare in conflitto, decide di trasferirsi più in là nel corridoio. E così via.

A poco a poco, queste “transizioni di fase” nella sostanza trasformano il catodo in una nuova struttura cristallina con diverse proprietà elettrochimiche. L'esatta disposizione degli atomi che inizialmente produce le prestazioni richieste cambia.

Nelle batterie per auto ibride, che sono necessarie solo per fornire energia quando il veicolo accelera o frena, osserva Abraham, questi cambiamenti strutturali avvengono molto più lentamente rispetto ai veicoli elettrici. Ciò è dovuto al fatto che in ogni ciclo solo una piccola parte degli ioni di litio si muove attraverso il sistema. Di conseguenza, è più facile per loro tornare alle loro posizioni originali.

Problema di corrosione

Il degrado può verificarsi anche in altre parti della batteria. Ogni elettrodo è collegato a un collettore di corrente, che è essenzialmente un pezzo di metallo (solitamente rame per l'anodo, alluminio per il catodo) che raccoglie gli elettroni e li sposta in un circuito esterno. Quindi abbiamo un'argilla composta da un materiale "attivo" chiamato ossido di litio cobalto (che è ceramica e non è un ottimo conduttore) e un materiale legante simile a una colla applicato a un pezzo di metallo.

Se il materiale legante si rompe, la superficie del collettore di corrente si "staccherà". Se un metallo si corrode, non può spostare gli elettroni in modo efficiente.

La corrosione in una batteria può derivare dall'interazione tra l'elettrolita e gli elettrodi. L'anodo di grafite è "facilmente rilasciabile", cioè “dona” facilmente elettroni all'elettrolita. Ciò può provocare un rivestimento indesiderato sulla superficie della grafite. Il catodo, nel frattempo, è altamente "ossidabile", nel senso che accetta facilmente gli elettroni dall'elettrolita, che in alcuni casi possono corrodere l'alluminio del collettore di corrente o formare un rivestimento su parti del catodo, dice Abraham.

Una cosa troppo buona

La grafite, materiale ampiamente utilizzato per la fabbricazione di anodi, è termodinamicamente instabile negli elettroliti organici. Ciò significa che fin dalla prima carica della nostra batteria, la grafite reagisce con l'elettrolita. Questo crea uno strato poroso (chiamato interfaccia elettrolitica solida, o SEI), che alla fine protegge l'anodo da ulteriori attacchi. Anche questa reazione consuma gran numero litio. IN mondo ideale questa reazione avverrebbe una volta per creare uno strato protettivo, e quella sarebbe la fine.

In realtà, però, il TEI è un difensore molto instabile. Protegge bene la grafite a temperatura ambiente, dice Abraham, ma a temperature elevate o quando la carica della batteria scende a zero (“ scarica profonda"), TEI può essere parzialmente disciolto nell'elettrolita. Ad alte temperature, anche gli elettroliti tendono a decomporsi e le reazioni collaterali vengono accelerate.

Quando condizioni favorevoli tornerà, si formerà un altro strato protettivo, ma questo consumerà parte del litio, causando gli stessi problemi di un secchio che perde. Dovremo ricaricare il nostro cellulare più spesso.

Quindi, abbiamo bisogno del TEI per proteggere l'anodo di grafite e, in questo caso, può davvero esserci troppo di buono. Se lo strato protettivo diventa troppo spesso, diventa una barriera per gli ioni di litio, che devono muoversi liberamente avanti e indietro. Ciò influisce sulla potenza, che Abraham sottolinea è “estremamente importante” per i veicoli elettrici.

Creare batterie migliori

Cosa possiamo fare quindi per prolungare la vita delle nostre batterie? I ricercatori nei laboratori sono alla ricerca di integratori elettrolitici che funzionino come le vitamine nella nostra dieta, cioè consentirà alle batterie di funzionare meglio e durare più a lungo riducendo le reazioni dannose tra gli elettrodi e l'elettrolita, afferma Abraham. Stanno anche cercando nuove strutture cristalline più stabili per gli elettrodi, nonché leganti ed elettroliti più stabili.

Nel frattempo, gli ingegneri delle aziende produttrici di batterie e veicoli elettrici stanno lavorando su alloggiamenti e sistemi di gestione termica nel tentativo di mantenere le batterie agli ioni di litio entro un intervallo di temperatura costante e salutare. Noi consumatori dobbiamo evitare temperature estreme e scariche profonde e continuare a lamentarci delle batterie che sembrano sempre esaurirsi troppo rapidamente.

Le batterie agli ioni di litio e ai polimeri di litio vengono oggi utilizzate nella maggior parte dei dispositivi mobili, dai lettori, ai telefoni, ai tablet portatili

Le batterie agli ioni di litio (così come le batterie ai polimeri di litio, che differiscono da esse solo per il tipo di elettrolita) sono apparse sul mercato molto tempo fa, nel 1992. La tecnologia è stata elaborata nei minimi dettagli ed è stata ripetutamente migliorata; tutti i fattori che influenzano la capacità, la stabilità e la durata sono noti, presi in considerazione dagli sviluppatori di batterie e gadget, riflessi nei manuali operativi dei dispositivi portatili e in numerose pubblicazioni su su Internet e sulla stampa cartacea. Ma tra i consigli sulla gestione delle batterie che si possono sentire dai venditori di apparecchiature mobili o dai familiari "guru", si può ancora sentire sia semplicemente inutile che addirittura dannoso. Facciamo infine un elenco dei giusti consigli per prolungare la durata della batteria.

1. Caricare la batteria con il caricabatterie originale. Utilizzare batterie originali.

Le caratteristiche degli analoghi economici di batterie e caricabatterie di marca possono differire in modo significativo dagli originali nei loro parametri. Sembrerebbe che allora, ma lo sapevi che supera il valore nominale tensione di carica Una batteria con soli 0,15 V può dimezzare la durata della batteria?

E quando la tensione di carica si riduce di 0,1 V, la capacità della batteria carica diminuisce di circa il 10%. Questo non è dannoso per lei, anzi, ma non sarai soddisfatto della riduzione della durata della batteria, vero?

Il problema è che nei telefoni cellulari e negli smartphone i controller di carica della batteria si trovano sul circuito stampato del telefono stesso. Sono "addestrati" a caricare solo la batteria "nativa" e se l'analogo compatibile differisce dall'originale (e molto spesso è così), potrebbe verificarsi una delle situazioni sopra descritte. Risparmiare significa risparmiare, quindi, e in questo caso il consiglio di utilizzare batterie e caricabatterie “originali” ha una giustificazione molto pratica.

2. Caricare completamente la batteria prima del primo utilizzo.

Ciò è necessario principalmente affinché il dispositivo alimentato determini correttamente la sua piena capacità e successivamente visualizzi accuratamente la carica rimanente. Ma non dovresti lasciare il tuo dispositivo in carica “tutta la notte” o “per 12 ore”, come consigliano alcuni venditori. Questo è inutile perché... regolatore di carica integrato nel telefono e integrato nella batteria circuito elettronico le protezioni interrompono semplicemente la ricarica quando viene raggiunta la piena capacità.

Anche per le batterie agli ioni di litio non è necessario “addestramento” o “sviluppo” sotto forma di 3-5 cicli completi. Dopo la prima carica la batteria agli ioni di litio è completamente pronta per l'uso. Una scarica profonda diventerà per lui stressante e potrà solo ridurne la durata. Per alcuni dispositivi potrebbe essere necessario un ciclo completo solo per la cosiddetta "calibrazione" della batteria e per visualizzare correttamente la sua carica. Tuttavia, la batteria stessa non ne ha bisogno.

3. Rispettare le condizioni di temperatura.

Non conservare o utilizzare le batterie agli ioni di litio in ambienti in cui non ti sentiresti a tuo agio. Le batterie agli ioni di litio non sono praticamente in grado di funzionare normalmente a temperature inferiori a -20 °C. E a partire da +30 °C i processi di invecchiamento vengono accelerati, portando alla perdita irreversibile di parte della capacità e al guasto prematuro. Pertanto, non esponete i vostri smartphone al gelo o al surriscaldamento.

La temperatura ottimale per caricare e scaricare la batteria è di circa +20 °C. Allo stesso tempo, la scarica a temperature negative fino a -18 ° C non danneggia la batteria (tranne che avverrà notevolmente più velocemente del solito). Ma non puoi assolutamente caricarlo al freddo: è dannoso e pericoloso. Quindi carica la batteria in condizioni più confortevoli.

4. Non scaricare completamente la batteria e non inseguire la carica al 100%.

A differenza delle vecchie batterie al nichel-metallo idruro, per le batterie agli ioni di litio sia la carica completa che la scarica profonda rappresentano una sorta di stress. Cicli completi frequenti possono ridurre significativamente la durata della batteria:

Se possibile, metti in carica il tuo gadget immediatamente dopo un avviso di livello di carica basso (10-15%), senza aspettare che si spenga. Se si verifica uno spegnimento protettivo, non lasciare in nessun caso la batteria scarica per un lungo periodo: è necessario caricarla rapidamente almeno al 30-40% della capacità.

Sarebbe buona norma anche non caricare completamente la batteria, al 100%. Ma in pratica questa raccomandazione è difficile da implementare, anche se alcuni produttori di laptop (Samsung) forniscono già tale modalità per i loro dispositivi.

5. Regole per la conservazione delle batterie non utilizzate.

Anche appoggiate su uno scaffale o sul bancone di un negozio, le batterie perdono una parte significativa della loro capacità e la velocità di questo processo dipende direttamente dal loro stato di carica e dalla temperatura di conservazione:

Temperatura di stoccaggio Capacità rimanente (risorsa) della batteria dopo un anno di stoccaggio:

ad un livello di carica iniziale del 40% e ad un livello di carica iniziale del 100%

0°C 98% 94%

25°C 96% 80%

40°C 85% 65%

60°C 75% 60% (dopo 3 mesi)

Degrado delle caratteristiche delle più comuni batterie al litio-cobalto in funzione della temperatura di stoccaggio e dello stato di carica

Pertanto, non ha senso acquistare batterie “di riserva”. E quando acquisti una nuova batteria, dovresti scoprire la data di produzione.

Si consigliano batterie per dispositivi che usi molto raramente, ma che desideri mantenere funzionanti:

• Carica fino al 40-50%;

• Rimuovere dal dispositivo alimentato;

• Imballare in un sacchetto di plastica ermeticamente chiuso (ogni batteria separatamente, se ce ne sono più);

• Conservare in frigorifero (ma in nessun caso congelatore!);

• Una volta ogni 2-3 mesi ricaricare allo stesso 40-50%, dopo averlo lasciato riscaldare a temperatura ambiente;

• Caricare completamente prima dell'uso dopo una conservazione a lungo termine.

Le batterie agli ioni di litio e ai polimeri di litio sono disponibili in dimensioni e forme diverse, ma le buone pratiche di gestione sono le stesse per tutte le varietà.

Non lasciare la batteria scarica per lungo tempo. Dopo alcune settimane, a causa dell'autoscarica, la tensione della batteria scarica scenderà al di sotto del livello critico, a 2,2-2,9 V. In questo caso, il circuito di protezione metterà la batteria in modalità “sleep” e si spegnerà. Dopodiché molto probabilmente il caricabatterie standard non sarà in grado di portarlo fuori da questo stato.

Non smontare né tentare di riparare da soli una batteria difettosa. Innanzitutto, in combinazione con un controller e un dispositivo di protezione, rappresenta un dispositivo (circuitale) molto complesso, che non può essere compreso senza attrezzature speciali. In secondo luogo, potrebbe non essere sicuro. In questo caso è severamente vietato smontare (aprire) le celle della batteria agli ioni di litio! Vale anche la pena proteggere la batteria da danni meccanici.

Non congelare o surriscaldare le batterie agli ioni di litio, soprattutto a temperatura superiore a 60°C. Oltre al guasto rapido, in caso di surriscaldamento o danneggiamento significativo, esiste il pericolo di esplosione o combustione spontanea della cella al litio. Pertanto, è severamente vietato saldare le celle agli ioni di litio e vengono assemblate in batterie in fabbrica mediante saldatura a punti a resistenza.

Le fonti di energia basate sul litio hanno una storia di quasi un secolo, ma fino agli anni '90 del secolo scorso non potevano diffondersi a causa della tecnologia imperfetta. Il litio metallico utilizzato nei primi sviluppi è troppo chimicamente attivo, il che ha portato a frequenti incendi ed esplosioni delle batterie basate su di esso. Gli ingegneri della SONY Corporation hanno compiuto una svolta tecnologica sostituendo il litio con il meno attivo litio cobaltato. Hanno inoltre implementato un sistema di controllo e protezione BMS (Battery Management System), che monitora i parametri elettrici e fisici degli elementi della batteria e interrompe la carica o la scarica se viene violato il normale funzionamento. Da allora, la tecnologia e i materiali sono stati notevolmente migliorati e, al momento, le batterie agli ioni di litio sono dispositivi molto avanzati, affidabili e sicuri. Naturalmente, fatte salve le raccomandazioni di cui sopra.

Come prolungare la vita delle batterie agli ioni di litio.

I moderni telefoni cellulari, laptop e tablet utilizzano batterie agli ioni di litio. Hanno gradualmente sostituito le batterie alcaline dal mercato dell'elettronica portatile. In precedenza, tutti questi dispositivi utilizzavano batterie al nichel-cadmio e al nichel-metallo idruro. Ma i loro giorni sono finiti, da quando lo hanno fatto le batterie agli ioni di litio migliori caratteristiche. È vero, non possono sostituire quelli alcalini sotto tutti gli aspetti. Ad esempio, le correnti che possono produrre le batterie al nichel-cadmio sono irraggiungibili per loro. Questo non è fondamentale per alimentare smartphone e tablet. Tuttavia, nel campo degli utensili elettrici portatili che assorbono molta corrente, le batterie alcaline sono ancora la strada da percorrere. Tuttavia, continua il lavoro sullo sviluppo di batterie con correnti di scarica elevate senza cadmio. Oggi parleremo delle batterie agli ioni di litio, della loro progettazione, funzionamento e prospettive di sviluppo.

Le primissime celle della batteria con anodo al litio furono rilasciate negli anni settanta del secolo scorso. Avevano un'elevata intensità energetica specifica, che li rese immediatamente richiesti. Gli esperti hanno cercato a lungo di sviluppare una fonte basata su metallo alcalino, che ha un'attività elevata. Grazie a ciò, è stata raggiunta l'alta tensione di questo tipo di batteria e la densità di energia. Allo stesso tempo, lo sviluppo del design di tali elementi è stato effettuato abbastanza rapidamente, ma loro utilizzo pratico causato difficoltà.

Sono stati affrontati solo negli anni '90 del secolo scorso. Nel corso di questi 20 anni, i ricercatori sono giunti alla conclusione che il problema principale è l’elettrodo al litio. Questo metallo è molto attivo e durante il funzionamento si sono verificati numerosi processi che alla fine hanno portato all'accensione. Questa venne chiamata ventilazione generatrice di fiamma. Per questo motivo, all'inizio degli anni '90, i produttori furono costretti a ritirare le batterie prodotte per.

telefoni cellulari

Ciò è avvenuto dopo una serie di incidenti. Al momento della conversazione, la corrente consumata dalla batteria ha raggiunto il suo massimo e la ventilazione è iniziata con l'emissione di fiamme. Di conseguenza, ci sono stati molti casi di utenti che hanno subito ustioni al viso. Pertanto, gli scienziati hanno dovuto perfezionare la progettazione delle batterie agli ioni di litio. Il litio metallico è estremamente instabile, soprattutto durante la carica e la scarica. Pertanto, i ricercatori hanno iniziato a creare una batteria ricaricabile tipo al litio

senza l'uso del litio. Gli ioni di questo metallo alcalino iniziarono ad essere utilizzati. Da qui deriva il loro nome.

Le batterie agli ioni di litio hanno una densità di energia inferiore rispetto a . Ma sono sicuri se vengono rispettati gli standard di carica e scarica.

Una svolta nella direzione dell'introduzione delle batterie agli ioni di litio nell'elettronica di consumo è stata lo sviluppo di batterie in cui l'elettrodo negativo era realizzato in materiale di carbonio.

Il reticolo cristallino del carbonio era molto adatto come matrice per l'intercalazione degli ioni di litio. Per aumentare la tensione della batteria, l'elettrodo positivo è stato realizzato in ossido di cobalto. Il potenziale dell'ossido di cobalto lite è di circa 4 volt.

La tensione operativa della maggior parte delle batterie agli ioni di litio è di 3 volt o più. Durante il processo di scarica sull'elettrodo negativo, il litio viene deiintercalato dal carbonio e intercalato nell'ossido di cobalto dell'elettrodo positivo. Durante il processo di ricarica, i processi avvengono al contrario. Si scopre che non c'è litio metallico nel sistema, ma i suoi ioni funzionano, spostandosi da un elettrodo all'altro, creando una corrente elettrica.

Reazioni sull'elettrodo negativo

Tutti i moderni modelli commerciali di batterie agli ioni di litio hanno un elettrodo negativo realizzato in materiale contenente carbonio. Il complesso processo di intercalazione del litio in carbonio dipende in gran parte dalla natura di questo materiale, nonché dalla sostanza dell'elettrolita. La matrice di carbonio sull'anodo ha una struttura a strati. La struttura può essere ordinata (grafite naturale o sintetica) o parzialmente ordinata (coke, fuliggine, ecc.).

Durante l'intercalazione, gli ioni di litio allontanano gli strati di carbonio, inserendosi tra di essi. Si ottengono vari intercalati. Durante l'intercalazione e la deintercalazione, il volume specifico della matrice di carbonio cambia in modo insignificante. Oltre al materiale in carbonio, nell'elettrodo negativo è possibile utilizzare argento, stagno e relative leghe. Stanno anche cercando di utilizzare materiali compositi con silicio, solfuri di stagno, composti di cobalto, ecc.

Reazioni sull'elettrodo positivo Nelle celle primarie al litio (batterie), la maggior parte materiali diversi

. Questo non può essere fatto con le batterie e la scelta del materiale è limitata. Pertanto, l'elettrodo positivo di una batteria agli ioni di litio è costituito da nichel litiato o ossido di cobalto. Possono essere utilizzati anche spinelli di litio e manganese. Sono attualmente in corso ricerche su materiali misti di fosfati o ossidi misti per il catodo. Come hanno dimostrato gli esperti, tali materiali migliorano caratteristiche elettriche

Le reazioni che si verificano in una batteria agli ioni di litio durante la ricarica possono essere descritte dalle seguenti equazioni:

elettrodo positivo

LiCoO2 → Li1-x CoO2 + xLi + + xe -

elettrodo negativo

С + xLi + + xe — → CLi x

Durante il processo di scarica, le reazioni vanno nella direzione opposta.

La figura seguente mostra schematicamente i processi che si verificano in una batteria agli ioni di litio durante la carica e la scarica.

Design della batteria agli ioni di litio

A seconda del loro design, le batterie agli ioni di litio sono realizzate in versione cilindrica e prismatica. Il design cilindrico rappresenta un rotolo di elettrodi con materiale separatore per separare gli elettrodi. Questo rotolo è inserito in un alloggiamento in alluminio o acciaio. Ad esso è collegato l'elettrodo negativo.

Il contatto positivo viene emesso sotto forma di pad di contatto all'estremità della batteria.

Le batterie agli ioni di litio con design prismatico sono realizzate impilando le piastre forma rettangolare l'uno contro l'altro. Tali batterie consentono di rendere l'imballaggio più denso. La difficoltà sta nel mantenere la forza di compressione sugli elettrodi. Esistono batterie prismatiche con un gruppo di elettrodi attorcigliati a spirale.

La progettazione di qualsiasi batteria agli ioni di litio prevede misure per garantirne la qualità lavoro sicuro. Ciò riguarda principalmente la prevenzione del riscaldamento e dell'accensione. Sotto il coperchio della batteria è installato un meccanismo che aumenta la resistenza della batteria coefficiente di temperatura. Man mano che la pressione all'interno della batteria aumenta, aumenta limite consentito, il meccanismo rompe il terminale positivo e il catodo.

Inoltre, per aumentare la sicurezza operativa, le batterie agli ioni di litio devono utilizzare una scheda elettronica. Il suo scopo è controllare i processi di carica e scarica, per prevenire surriscaldamenti e cortocircuiti.

Attualmente vengono prodotte molte batterie prismatiche agli ioni di litio. Trovano applicazione negli smartphone e nei tablet. Il design delle batterie prismatiche può spesso differire tra i diversi produttori, poiché non hanno un'unica unificazione. Gli elettrodi di polarità opposta sono separati da un separatore. Per la sua produzione viene utilizzato polipropilene poroso.

Il design delle batterie agli ioni di litio e di altri tipi di batterie al litio è sempre sigillato. Questo requisito obbligatorio, poiché non è consentita la perdita di elettrolito. Se perde, l'elettronica verrà danneggiata. Inoltre, il design sigillato impedisce all'acqua e all'ossigeno di entrare nella batteria. Se entrano all'interno, distruggeranno la batteria a causa della reazione con l'elettrolita e gli elettrodi. Produzione di componenti per batterie al litio

ed il loro assemblaggio avviene in appositi box asciutti in atmosfera di argon. In questo caso vengono utilizzate tecniche complesse di saldatura, sigillatura, ecc.

Per quanto riguarda la quantità di massa attiva di una batteria agli ioni di litio, i produttori sono sempre alla ricerca di un compromesso. Devono raggiungere la massima capacità e garantire un funzionamento sicuro. Si prende come base la seguente relazione:

A o / A p = 1.1, dove

A o – massa attiva dell'elettrodo negativo;

E n è la massa attiva dell'elettrodo positivo.

Questo equilibrio impedisce la formazione di litio (metallo puro) e previene l'incendio.

Parametri delle batterie agli ioni di litio Le batterie agli ioni di litio prodotte oggi hanno un'elevata intensità energetica specifica e tensione operativa

. Quest'ultimo è nella maggior parte dei casi compreso tra 3,5 e 3,7 volt. L'intensità energetica varia da 100 a 180 wattora per chilogrammo o da 250 a 400 per litro. Qualche tempo fa i produttori non potevano produrre batterie con una capacità superiore a diversi ampere-ora. Ora i problemi che ostacolano lo sviluppo in questa direzione sono stati eliminati. Quindi, iniziarono a essere trovate in vendita batterie al litio con una capacità di diverse centinaia di ampere-ora. La corrente di scarica delle moderne batterie agli ioni di litio varia da 2°C a 20°C. Operano nell'intervallo di temperature

ambiente

da -20 a +60 gradi Celsius. Esistono modelli operativi a -40 gradi Celsius. Ma vale la pena dire subito che le serie speciali di batterie funzionano a temperature inferiori allo zero. Le tradizionali batterie agli ioni di litio per telefoni cellulari diventano inutilizzabili a temperature inferiori allo zero.

L'autoscarica di questo tipo di batteria è del 4-6% durante il primo mese. Poi diminuisce e ammonta a una percentuale all'anno. Questo è significativamente inferiore a quello delle batterie al nichel-cadmio e al nichel-metallo idruro. La durata è di circa 400-500 cicli di carica-scarica.

Parliamo ora delle caratteristiche operative delle batterie agli ioni di litio.

Funzionamento delle batterie agli ioni di litio Ricarica delle batterie agli ioni di litio. La prima tappa dura circa un'ora, la seconda circa due. Per caricare la batteria più velocemente, viene utilizzata la modalità a impulsi. Inizialmente furono prodotte batterie agli ioni di litio con grafite e per esse fu fissato un limite di tensione di 4,1 volt per cella. Il punto è quello con di più alta tensione Nella cella sono iniziate reazioni collaterali, che hanno ridotto la durata di queste batterie.

A poco a poco, questi svantaggi furono eliminati drogando la grafite con vari additivi. Le moderne celle agli ioni di litio si caricano senza problemi fino a 4,2 Volt. L'errore è di 0,05 volt per elemento. Esistono gruppi di batterie agli ioni di litio per i settori militare e industriale, dove sono richieste maggiore affidabilità e lunga durata. Per tali batterie possono resistere tensione massima per elemento 3,90 volt. Hanno una densità energetica leggermente inferiore, ma una maggiore durata.

Se si carica una batteria agli ioni di litio con una corrente di 1C, il tempo per ottenere la piena capacità sarà di 2-3 ore. La batteria è considerata completamente carica quando la tensione aumenta al massimo e la corrente diminuisce al 3% del valore iniziale del processo di ricarica. Questo può essere visto nel grafico qui sotto.

Il grafico seguente mostra le fasi di ricarica di una batteria agli ioni di litio.

Il processo di ricarica consiste nei seguenti passaggi:

• Fase 1. In questa fase la batteria perde corrente massima carica. Prosegue fino al raggiungimento della tensione di soglia;
• Fase 2. A tensione costante sulla batteria, la corrente di carica diminuisce gradualmente. Questa fase termina quando la corrente scende al 3% del valore iniziale;
• Fase 3. Se la batteria viene immagazzinata, in questa fase viene eseguita una carica periodica per compensare l'autoscarica. Questa operazione viene eseguita ogni 500 ore circa.
  Dalla pratica è noto che l'aumento della corrente di carica non riduce il tempo di ricarica della batteria. All'aumentare della corrente, la tensione sale più velocemente fino al valore di soglia. Ma poi la seconda fase di ricarica dura più a lungo. Alcuni caricabatterie (caricabatterie) possono caricare una batteria agli ioni di litio in un'ora. In tali caricabatterie non è presente un secondo stadio, ma in realtà la batteria a questo punto è carica di circa il 70%.

Per quanto riguarda la ricarica a getto, non è applicabile alle batterie agli ioni di litio. Ciò è spiegato dal fatto che questo tipo di batteria non può assorbire l'energia in eccesso durante la ricarica. La ricarica a getto può portare alla transizione di alcuni ioni di litio allo stato metallico (valenza 0).

E una breve carica compensa bene l'autoscarica e la perdita di energia elettrica. La ricarica nella terza fase può essere effettuata ogni 500 ore. Di norma, viene eseguito quando la tensione della batteria su un elemento viene ridotta a 4,05 volt. La carica viene eseguita finché la tensione non sale a 4,2 volt.

Vale la pena notare la scarsa resistenza delle batterie agli ioni di litio al sovraccarico. Come risultato dell'apporto di carica in eccesso sulla matrice di carbonio (elettrodo negativo), può iniziare la deposizione di litio metallico. Ha un'attività chimica molto elevata e interagisce con l'elettrolita. Di conseguenza, dal catodo inizia il rilascio di ossigeno, che minaccia un aumento della pressione nell'alloggiamento e la depressurizzazione.

Pertanto, se si carica un elemento agli ioni di litio bypassando il controller, non consentire alla tensione di carica di aumentare oltre quanto consigliato dal produttore della batteria. Se si ricarica costantemente la batteria, la sua durata sarà ridotta. I produttori prestano molta attenzione alla sicurezza delle batterie agli ioni di litio. La ricarica si interrompe quando la tensione aumenta al di sopra del livello consentito. È inoltre installato un meccanismo per disattivare la carica quando la temperatura della batteria supera i 90 gradi Celsius. Alcuni modelli moderni

le batterie hanno un interruttore di tipo meccanico nel loro design. Si attiva quando la pressione aumenta all'interno dell'alloggiamento della batteria. Il meccanismo di controllo della tensione della scheda elettronica disconnette la bomboletta dal mondo esterno in base alla tensione minima e massima.

Esistono batterie agli ioni di litio senza protezione. Questi sono modelli contenenti manganese. Quando ricaricato, questo elemento aiuta a inibire la metallizzazione del litio e il rilascio di ossigeno. Pertanto, in tali batterie la protezione non è più necessaria.

Caratteristiche di conservazione e scarica delle batterie agli ioni di litio

Le batterie al litio vengono conservate abbastanza bene e l'autoscarica all'anno è solo del 10-20%, a seconda delle condizioni di conservazione. Allo stesso tempo, però, il degrado delle celle della batteria continua anche se non viene utilizzata. In generale, tutti i parametri elettrici di una batteria agli ioni di litio possono differire per ogni caso specifico. Ad esempio, la tensione durante la scarica cambia a seconda del grado di carica, della corrente, della temperatura ambiente, ecc. La durata della batteria è influenzata dalle correnti, dalle modalità del ciclo di scarica-carica e dalla temperatura. Uno dei principali svantaggi delle batterie agli ioni di litio è la loro sensibilità alla modalità carica-scarica, motivo per cui contengono molte batterie diversi tipi

I grafici seguenti mostrano le caratteristiche di scarica delle batterie agli ioni di litio. Esaminano la dipendenza della tensione dalla corrente di scarica e dalla temperatura ambiente.

Come puoi vedere, all'aumentare della corrente di scarica, la diminuzione della capacità è insignificante. Ma allo stesso tempo la tensione operativa diminuisce notevolmente. Un'immagine simile si osserva a temperature inferiori a 10 gradi Celsius. Vale anche la pena notare il calo iniziale della tensione della batteria.

NiCd - batterie al nichel-cadmio
La tecnologia delle batterie alcaline al nichel fu introdotta nel 1899 quando Waldmar Jungner inventò la prima batteria al nichel-cadmio (NiCD). I materiali utilizzati a quel tempo erano costosi e il loro utilizzo era limitato ad attrezzature speciali. Questo tipo di batteria ha un anodo di nichel e un catodo di cadmio. Nel 1932, i materiali attivi furono introdotti in un elettrodo di nichel a piastra porosa e nel 1947 iniziò la ricerca sulle batterie NiCD sigillate, in cui i gas interni rilasciati durante la carica venivano ricombinati all'interno, anziché rilasciati all'esterno come nelle versioni precedenti. Questi miglioramenti hanno portato alla moderna batteria NiCD sigillata utilizzata oggi.
Attualmente, le batterie NiCD continuano ad essere le batterie più popolari per alimentare radio portatili, apparecchiature mediche, videocamere professionali, dispositivi di registrazione e strumenti ad alta potenza. Quindi oltre il 50% di tutte le batterie per apparecchiature portatili sono NiCD. L'emergere di nuove batterie elettrochimiche, sebbene abbia portato a una diminuzione dell'uso delle batterie NiCD, tuttavia, l'identificazione delle carenze di nuovi tipi di batterie ha portato a un rinnovato interesse per le batterie NiCD.
La batteria NiCD è come un lavoratore forte e silenzioso che lavora intensamente senza causare troppi problemi. Preferisce una carica rapida rispetto a una carica lenta e una carica a impulsi rispetto a una carica DC. Una migliore efficienza si ottiene distribuendo gli impulsi di scarica tra gli impulsi di carica. Questo metodo di ricarica, comunemente denominato carica reversibile, mantiene un’elevata superficie attiva degli elettrodi, aumentando così l’efficienza e la durata della batteria. La ricarica inversa migliora anche la ricarica rapida perché... aiuta a ricombinare i gas rilasciati durante la ricarica. Il risultato è che la batteria funziona a temperature più basse e si ricarica in modo più efficiente rispetto ai metodi di ricarica CC standard.
Altro questione importante, che si risolve quando si utilizza una carica inversa, è la riduzione delle formazioni cristalline nelle celle della batteria, che aumenta l'efficienza e ne prolunga la durata. Una ricerca condotta in Germania ha dimostrato che la ricarica inversa aumenta di circa il 15% la durata di una batteria NiCD.
È dannoso che le batterie NiCD rimangano all'interno caricabatterie entro pochi giorni. Infatti, le batterie NiCD sono l'unico tipo di batteria che offre le migliori prestazioni se sottoposte periodicamente a una scarica completa. Tutti gli altri tipi di batterie secondo il sistema elettrochimico preferiscono una scarica superficiale. Pertanto, per le batterie NiCD è importante una scarica completa periodica e, se ciò non viene fatto, le batterie NiCD perdono gradualmente efficienza a causa della formazione di grandi cristalli sulle piastre cellulari, un fenomeno chiamato effetto memoria.
Tra gli svantaggi delle batterie NiCD c'è la necessità di periodici scarico completo per preservare le proprietà operative (eliminare l'effetto memoria), elevata autoscarica (fino al 10% durante le prime 24 ore) e grandi dimensioni rispetto ad altri tipi di batterie. Inoltre, la batteria contiene cadmio e richiede uno smaltimento speciale. In alcuni paesi scandinavi, per questo motivo, ne è già vietato l'uso. A causa delle loro grandi dimensioni e dei problemi di smaltimento, le batterie NiCD stanno gradualmente abbandonando il mercato dei telefoni cellulari.

NiMh: batterie al nichel-metallo idruro
Alla fine degli anni '60 del XX secolo, gli scienziati scoprirono una serie di leghe in grado di legare l'idrogeno atomico in un volume 1000 volte maggiore del proprio. Si chiamano idruri e chimicamente sono solitamente composti di metalli come zinco, litio e nichel. Se utilizzati correttamente, gli idruri possono immagazzinare abbastanza idrogeno da poter essere utilizzato in reazioni reversibili all’interno delle batterie. Hanno un catodo di idruro e un anodo di nichel La ricerca sulla tecnologia delle batterie NiMH è iniziata negli anni settanta ed è stata intrapresa come tentativo di superare le carenze delle batterie al nichel-cadmio. Tuttavia, i composti di idruro metallico utilizzati a quel tempo erano instabili e le caratteristiche richieste non venivano raggiunte. Di conseguenza, lo sviluppo delle batterie NiMH è rallentato. Negli anni '80 sono stati sviluppati nuovi composti di idruro metallico sufficientemente stabili per l'uso nelle batterie. Dalla fine degli anni '80, le batterie NiMH sono state continuamente migliorate, soprattutto nella densità energetica. I loro sviluppatori hanno notato che la tecnologia NiMH ha il potenziale per raggiungere densità di energia ancora più elevate.
Il numero di cicli di carica/scarica per le batterie NiMH è di circa 500. È preferibile una scarica superficiale piuttosto che profonda. La durata delle batterie è direttamente correlata alla profondità di scarica.
La batteria NiMH emette significativamente rispetto a NiCd Di più calore durante la carica e richiede un algoritmo più complesso per rilevare il momento della carica completa se non viene utilizzato il controllo della temperatura. La maggior parte delle batterie NiMH sono dotate di un sensore di temperatura interno per fornire criteri aggiuntivi per il rilevamento della carica completa. Inoltre, le batterie NiMH non possono caricarsi così rapidamente: i tempi di ricarica sono in genere due volte più lunghi rispetto alle NiCD. La carica di mantenimento deve essere più controllata rispetto alle batterie NiCd.
La corrente di scarica consigliata per le batterie NiMH è notevolmente inferiore a quella delle NiCD. Pertanto i produttori consigliano una corrente di carico compresa tra 0,2°C e 0,5°C (da un quinto alla metà della capacità nominale). Questo svantaggio non è critico se la corrente di carico richiesta è bassa. Per applicazioni che richiedono corrente di carico elevata o che hanno carico impulsivo, come radio portatili e strumenti ad alta potenza, si consigliano batterie NiCD.
Sia le batterie NiMH che NiCD hanno un'autoscarica accettabilmente elevata. Una batteria NiCD perde circa il 10% della sua capacità durante le prime 24 ore, dopodiché l'autoscarica è di circa il 10% al mese. L'autoscarica delle batterie NiMH è 1,5–2 volte superiore a quella delle NiCD. L'uso di materiali idrurati che migliorano il legame dell'idrogeno per ridurre l'autoscarica solitamente porta a una diminuzione della capacità della batteria.
Le batterie NiMH hanno circa il 30% in più di capacità rispetto a una batteria NiCD standard delle stesse dimensioni. Le celle NiCD a capacità molto elevata forniscono livelli di capacità vicini a quelli NiMH.
Il prezzo delle batterie NiMH è circa il 30% più alto rispetto alle NiCD. Tuttavia, il prezzo non è il problema principale se l’utente lo richiede grande capacità e piccole dimensioni. In confronto, le celle NiCD ad altissima capacità sono solo leggermente più costose delle celle NiCD standard. In termini di rapporto capacità/costo, le batterie NiCD con capacità molto elevata sono più economiche delle NiMH.

Li-Ion: batterie agli ioni di litio
Il litio è il metallo più reattivo. I moderni alimentatori per laptop funzionano sulla base. Quasi tutti gli alimentatori ad alta densità utilizzano il litio a causa del suo proprietà chimiche. Un chilogrammo di litio può immagazzinare 3860 amperora. Per fare un confronto, l'indicatore per lo zinco è 820 e per il piombo è addirittura 260. A seconda del tipo di anodo, le celle al litio possono creare una tensione da uno e mezzo a 3,6 volt, che è superiore a quella di qualsiasi altro elemento.
Il problema era che il litio era troppo attivo. Il litio è il massimo metallo leggero, allo stesso tempo, ha anche un potenziale elettrochimico fortemente negativo. Per questo motivo, il litio è caratterizzato dalla più alta specifica teorica energia elettrica. Le fonti di corrente secondaria a base di litio hanno un'elevata tensione di scarica e una capacità significativa.
Il primo lavoro sulle batterie al litio fu svolto da G.N. Lewis (GN Lewis) nel 1912. Tuttavia, fu solo nel 1970 che apparvero le prime copie commerciali delle fonti primarie di energia al litio. I tentativi di sviluppare fonti di energia ricaricabili al litio sono stati fatti già negli anni '80, ma non hanno avuto successo a causa dell'impossibilità di garantire un livello accettabile di sicurezza durante la loro manipolazione.
Come risultato di studi condotti negli anni '80, si è scoperto che durante il ciclo di una sorgente di corrente con un elettrodo di litio metallico, si formano dendriti sulla superficie del litio. La crescita di un dendrite sull'elettrodo positivo e il verificarsi di un cortocircuito all'interno della sorgente di corrente al litio provocano il guasto dell'elemento. In questo caso la temperatura all'interno della batteria può raggiungere il punto di fusione del litio (180°C). Come risultato della violenta interazione chimica del litio con l'elettrolita, si verifica un'esplosione. Pertanto, un gran numero di batterie al litio fornite al Giappone nel 1991 sono state restituite ai produttori dopo che diverse persone hanno subito ustioni a causa dell'esplosione delle batterie dei telefoni cellulari.

Principio di funzionamento della batteria agli ioni di litio

I produttori di batterie hanno provato a utilizzare il litio sotto forma di ioni. Nel tentativo di creare una fonte di corrente sicura basata sul litio, la ricerca ha portato alla sostituzione del litio metallico instabile nelle batterie con composti interstiziali di litio in ossidi di carbonio e metalli di transizione. In questo modo riuscirono a ottenere tutte le proprietà elettrochimiche utili senza dover fare i conti con la capricciosa forma metallica.
Nelle celle agli ioni di litio, gli ioni di litio sono legati da molecole di altri materiali. I materiali più popolari per la creazione di batterie agli ioni di litio attualmente sono la grafite e l'ossido di litio cobalto (LiCoO2). In tale sorgente di corrente, durante la carica-scarica, gli ioni di litio si spostano da un elettrodo interstiziale all'altro e viceversa. Sebbene questi materiali per elettrodi abbiano un'energia elettrica specifica molte volte inferiore rispetto al litio, le batterie basate su di essi sono abbastanza sicure, a condizione che vengano prese alcune precauzioni durante la carica e la scarica. Nel 1991 l'azienda Sony ha iniziato produzione commerciale di batterie agli ioni di litio ed è attualmente il loro maggiore fornitore.
Le caratteristiche specifiche delle batterie agli ioni di litio sono almeno il doppio di quelle delle batterie al nichel-cadmio e funzionano bene quando funzionano su correnti elevate, che è necessario, ad esempio, quando si utilizzano queste batterie nei telefoni cellulari e nei computer portatili. Le batterie agli ioni di litio hanno un'autoscarica piuttosto bassa (2–5% al ​​mese).
Per garantire sicurezza e durata, ogni pacco batteria deve essere dotato di schema elettrico controlli per limitare la tensione di picco di ciascuna cella durante la carica e impedire che la tensione della cella scenda al di sotto di un livello accettabile quando è scarica. Inoltre, la corrente massima di carica e scarica deve essere limitata e la temperatura della cella deve essere monitorata. Se si osservano queste precauzioni, la possibilità della formazione di litio metallico sulla superficie degli elettrodi durante il funzionamento (che molto spesso porta a conseguenze indesiderabili) viene praticamente eliminata.
In base al materiale dell’elettrodo negativo, le batterie agli ioni di litio possono essere suddivise in due tipologie principali:
- con elettrodo negativo a base di coca cola (Sony)
- e a base di grafite (la maggior parte degli altri produttori).
Le sorgenti di corrente con un elettrodo negativo a base di grafite hanno una curva di scarica più uniforme con una forte caduta di tensione alla fine della scarica, rispetto alla curva di scarica più piatta di una batteria con un elettrodo di coke. Pertanto, per ottenere la massima capacità possibile, la tensione di scarica finale delle batterie con elettrodo negativo di coke è solitamente impostata su un valore inferiore (fino a 2,5 V) rispetto alle batterie con elettrodo di grafite (fino a 3 V). Inoltre, le batterie con elettrodo negativo in grafite sono in grado di fornire una corrente di carico maggiore e meno calore durante la carica e la scarica rispetto alle batterie con elettrodo negativo in coke.
I produttori migliorano continuamente la tecnologia delle batterie agli ioni di litio. C'è una costante ricerca e miglioramento dei materiali degli elettrodi e della composizione dell'elettrolita. Parallelamente, si stanno compiendo sforzi per migliorare la sicurezza delle batterie agli ioni di litio, sia a livello delle singole fonti di corrente che a livello dei circuiti elettrici di controllo.
Le batterie agli ioni di litio sono le batterie più costose disponibili oggi sul mercato. Il miglioramento della tecnologia di produzione e la sostituzione dell’ossido di cobalto con un materiale meno costoso potrebbero portare a una riduzione dei costi del 50% nei prossimi anni.
Lo sviluppo di altre tecnologie agli ioni di litio continua, come evidenziato dai risultati della ricerca pubblicati. Pertanto, secondo FujiFilm, il materiale composito di ossido amorfo a base di stagno sviluppato da questa azienda per l'elettrodo negativo è in grado di fornire 1,5 volte più capacità elettrica rispetto alle batterie con un elettrodo di carbonio standard. I possibili vantaggi delle batterie con questo materiale includono maggiore sicurezza, ricarica più rapida, buone caratteristiche di scarica e alta efficienza a bassa temperatura. Gli svantaggi solitamente non vengono menzionati nelle prime fasi della ricerca.
Le batterie agli ioni di litio hanno una densità di energia molto elevata. Prestare attenzione durante la manipolazione e il test. Non cortocircuitare la batteria, sovraccaricarla, distruggerla, smontarla, forarla con oggetti metallici o collegarla polarità inversa, non esporli a temperature elevate. Ciò potrebbe causare danni fisici.

Li-Pol - batterie ai polimeri di litio
Questa è l'ultima innovazione nella tecnologia al litio. L'anodo è separato dal catodo da una barriera polimerica, un materiale composito come il poliacrilonitrito che contiene un sale di litio. Di conseguenza, diventa possibile semplificare la progettazione della cella, poiché è impossibile qualsiasi perdita dell'elettrolita gelificato. Pertanto, a parità di peso specifico, le batterie ai polimeri di litio dalla forma ottimale possono immagazzinare il 22% di energia in più rispetto alle batterie agli ioni di litio comparabili. Ciò si ottiene riempiendo i volumi “morti” negli angoli del vano, che rimarrebbero inutilizzati se si utilizzasse una batteria cilindrica.
Oltre a questi ovvi vantaggi, le celle ai polimeri di litio sono ecologiche e più leggere grazie all'assenza di un involucro metallico esterno.