El corazón de la batería de iones de litio: Materiales del cátodo

En los últimos años, la batería se ha desarrollado rápidamente como componente central de los vehículos de nueva energía. La batería de iones de litio es la más utilizada en los automóviles de nueva energía y se compone principalmente de material anódico, material catódico, diafragma y electrolito. Los materiales catódicos representan más del 40% del coste total de las baterías de litio, y su rendimiento afecta directamente a los indicadores de rendimiento de las baterías de litio, por lo que desempeñan un papel fundamental en las baterías de litio. El rendimiento y el precio de los materiales anódicos son los cuellos de botella que limitan el desarrollo futuro de las baterías de iones de litio para conseguir alta energía, larga vida útil y bajo coste. Por ello, una de las tecnologías clave para desarrollar baterías de iones de litio de alta energía es el desarrollo de materiales para ánodos.

Óxido de litio y cobalto

El óxido de litio y cobalto es un compuesto inorgánico y uno de los materiales catódicos para baterías de iones de litio más utilizados en el mercado. Tiene una estructura en capas bidimensional, adecuada para la declinación de los iones de litio, y su capacidad teórica es de 274mAh/g. Sin embargo, sólo la mitad del Li+ de la red puede eliminarse como máximo en las aplicaciones prácticas debido a la limitación de la estabilidad estructural, por lo que la capacidad específica real es de unos 140mAh/g. El óxido de litio y cobalto es fácil de preparar y tiene muchas ventajas, como un alto rendimiento electroquímico, un buen rendimiento de circulación y un buen rendimiento de carga y descarga, por lo que fue el primer material anódico que se escaló para las baterías de iones de litio.

Óxido de litio y níquel

La estructura del óxido de litio y níquel es la de una sal de roca cúbica, que es la misma que la del óxido de litio y cobalto, pero su precio es inferior al del óxido de litio y cobalto. El óxido de litio y níquel tiene muchas ventajas, como estabilidad a altas temperaturas, baja tasa de autodescarga, sin limitación de sobrecarga y sobredescarga, sin contaminación, etc. Sin embargo, es muy difícil de preparar debido a sus elevados requisitos de control de las condiciones del proceso y a la facilidad para producir compuestos no metálicos, por lo que no se utiliza mucho como material catódico para las baterías de iones de litio.

Óxido de hierro y litio

El óxido de hierro y litio, que existe en forma de mineral de litio fosfoferrita en la naturaleza, tiene estructura de olivino y pertenece al sistema cristalino ortogonal. La capacidad específica teórica del óxido de hierro y litio es de 170mAh/g, y el voltaje teórico es de 3,5 V. Presenta pocos cambios estructurales antes y después de la carga y descarga, y también tiene las ventajas de un buen rendimiento de circulación y estabilidad a altas temperaturas. Además, puede acercarse a la capacidad teórica a temperatura ambiente. Las desventajas del óxido de litio y hierro son que es muy polarizable a alta potencia y su capacidad reversible disminuye rápidamente, además de que no puede cargarse y descargarse a alta corriente.

El óxido compuesto de litio-manganeso-níquel-cobalto

Debido a la adición de Ni, Co y Mn, los óxidos compuestos de litio-manganeso-níquel-cobalto tienen un evidente efecto sinérgico ternario, y también se integran las ventajas de LiCoO2, LiNiO2 y LiMnO2. La capacidad del material aumenta eficazmente con la adición de Ni; la estructura en capas es notablemente estable cuando se añade Co; la adición de Mn reduce el coste de los materiales y también mejora su seguridad.