¿Cuáles son los factores que afectan a la carga rápida de la batería?

Las pilas delitio se denominan pilas mecedoras, ya que funcionan moviendo iones cargados entre los polos positivo y negativo para transferir carga, con el fin de alimentar un circuito externo o cargar desde una fuente de alimentación externa. La estructura de la batería, ya sea electroquímica o física, que afecta a la transferencia de carga durante toda la operación de iones y electrones, tendrá un impacto en el rendimiento de la carga rápida. En el caso de las baterías, si se quiere mejorar el rendimiento energético, es necesario realizar esfuerzos en todos los aspectos de la batería en su conjunto, incluyendo principalmente el polo positivo, el polo negativo, el electrolito y el diafragma.

Polo positivo y polo negativo

De hecho, casi todos los tipos de materiales de electrodos positivos pueden utilizarse para fabricar pilas recargables rápidas. Las principales prestaciones que deben garantizarse son la conductancia, la difusión, la vida útil, la seguridad y el rendimiento adecuado del procesamiento. Puede haber diferencias en los problemas a resolver para cada material específico, pero los materiales de ánodo comunes pueden cumplir estos requisitos mediante una serie de optimizaciones. Entre los materiales de ánodo comunes se encuentran el fosfato de hierro y litio, los materiales ternarios y la manganita de litio, etc.

Cuando se carga una batería de iones de litio, el litio se desplaza hacia el polo negativo. El alto potencial aportado por la corriente de carga rápida conducirá a un potencial catódico más negativo. En este punto, aumentará la presión del polo negativo para aceptar litio rápidamente, y también aumentará la tendencia de las dendritas de litio. Por lo tanto, el cátodo durante la carga rápida no sólo debe cumplir los requisitos cinéticos de la difusión del litio, sino también resolver el problema de seguridad causado por la intensificación de la tendencia a la formación de dendritas de litio. En realidad, la principal dificultad técnica del núcleo de carga rápida es la inserción de iones de litio en el cátodo.

En la actualidad, el material de electrodo negativo dominante en el mercado sigue siendo el grafito (con cerca del 90% de la cuota de mercado). En los últimos años se han producido muchas mejoras de los materiales de carbono duro y carbono blando, mientras que el material de electrodo negativo de silicio es una importante dirección de desarrollo.

Diafragma

En el caso de las baterías de tipo eléctrico, el trabajo con corrientes elevadas exige mayores requisitos en cuanto a su seguridad y vida útil. El diafragma de revestimiento cerámico se está alejando rápidamente debido a su alta seguridad y a las impurezas que pueden consumir electrolito, especialmente para mejorar la seguridad de las baterías ternarias.

En la actualidad, el diafragma cerámico se utiliza principalmente para recubrir partículas de alúmina en la superficie del diafragma tradicional. El enfoque novedoso consiste en aplicar fibras de electrolito sólido al diafragma, que tiene menor resistencia interna, mejor soporte mecánico del diafragma y menor tendencia a taponar el orificio del diafragma durante el servicio. El diafragma recubierto tiene buena estabilidad, y no es fácil que se contraiga y deforme en el cortocircuito aunque la temperatura sea alta.

Electrolito

El electrolito tiene una gran influencia en el rendimiento de la batería de iones de litio de carga rápida. Para garantizar la estabilidad y seguridad de la batería en el flujo de carga rápida, el electrolito debe cumplir las siguientes características. No se descompone; es altamente conductor; es inerte para el material positivo y negativo y no puede reaccionar ni disolverse.

La clave para cumplir estos requisitos es utilizar aditivos y electrolitos funcionales. Por ejemplo, la seguridad de las pilas recargables ternarias rápidas se ve muy afectada por ello. Es necesario añadir varios aditivos para protegerlas contra las altas temperaturas, los retardantes de llama y las sobrecargas, a fin de mejorar en cierta medida su seguridad. La expansión a alta temperatura de las pilas de titanato de litio también depende de la mejora del electrolito funcional a alta temperatura.