Optimice sus materiales del ánodo con herramientas analíticas inteligentes
Los materiales del ánodo son componentes esenciales de las baterías de iones de litio, ya que desempeñan un papel clave en la determinación de la densidad energética, la vida útil y la seguridad. Para tener un buen rendimiento en las baterías de iones de litio, los materiales del ánodo deben cumplir con varios requisitos fundamentales:
La calidad cristalina, el tamaño y la forma de las partículas son los parámetros clave que rigen la calidad de los materiales para ánodos de baterías.
Las baterías de iones de litio utilizan diversos materiales del ánodo, cada uno con distintas propiedades que afectan el rendimiento, la capacidad y la longevidad. A continuación, se presentan los tipos principales de materiales del ánodo utilizados en baterías de iones de litio:
Los ánodos basados en intercalación son materiales en capas y pueden almacenar iones de litio entre las capas.
Los ánodos basados en aleación son metales o sus óxidos (óxidos de silicio, germanio, estaño, antimonio y silicio/estaño) que pueden formar una aleación con litio.
El silicio ofrece una capacidad teórica significativamente más alta que el grafito, que se puede extender hasta diez veces más. Sin embargo, el silicio experimenta una importante expansión del volumen durante el ciclo, lo que puede provocar una falla mecánica y una vida útil reducida del ciclo. La investigación está en curso para desarrollar compuestos de silicio que mitigan estos problemas, algunos de los cuales ya se comercializan.
Los ánodos de conversión son MX (M = Fe, CO, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo y X = O, P, S, N) que se convierten a (LiyX + M) tras cargar. Estos materiales se están investigando por sus propiedades electroquímicas únicas y sus beneficios potenciales, como la mejora de la capacidad de velocidad. Sus desventajas son la histéresis de voltaje y la expansión de gran volumen.
Los avances recientes se centran en los materiales del ánodo nanoestructurado que mejoran el área de superficie y reducen las rutas de difusión de iones de litio. Estos pueden incluir varias combinaciones de materiales a base de carbono, silicio y metales de transición diseñados como partículas o compuestos core-shell para mejorar las métricas de rendimiento, como la capacidad y la estabilidad de los ciclos.
La calidad de los materiales del ánodo puede optimizarse midiendo y controlando los siguientes parámetros:
Obtenga más información sobre cómo controlarlas a continuación.
Tanto si produce sus propios materiales activos como si los compra a sus proveedores, el tamaño y la forma de las partículas son los parámetros que definen no solo el rendimiento de la batería, sino también el proceso ininterrumpido de producción de alto rendimiento.
El tamaño y la forma de las partículas determinan la reología de la pulpa del electrodo, la densidad/porosidad del revestimiento del electrodo y, en última instancia, el rendimiento de la batería. La mejor manera de medirlos es con una combinación de difracción láser e imágenes ópticas automatizadas.
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La calidad de la fase cristalina es otro parámetro fundamental que afecta el rendimiento de los materiales de la batería, como la energía específica y la velocidad o capacidad de descarga. En el caso de los materiales para el ánodo de las baterías, los parámetros más importantes son el grado de grafitización, el índice de orientación y el tamaño del cristalito de los materiales de grafito. El tamaño de la cristalita también puede dar una idea sobre el tamaño de la partícula de los materiales activos nanocristalinos, como el ánodo a base de silicio.
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Para los materiales del ánodo, la medición de las concentraciones de dopante e impurezas es fundamental para evaluar su rendimiento. Si es un ánodo de silicio-carbono, entonces la concentración relativa de silicio determina la capacidad y la estabilidad.
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