Costumamos falar sobre baterias de lítio ternárias ou baterias de ferro-lítio, que recebem o nome do material ativo positivo. Os seis tipos comuns de baterias de lítio incluem: óxido de lítio-cobalto, manganato de lítio, manganato de lítio-níquel-cobalto (NCM), aluminato de lítio-níquel-cobalto (NCA), fosfato de ferro-lítio e titanato de lítio.

1. Óxido de cobalto de lítio (LiCoO2)

Sua alta energia específica torna o óxido de cobalto de lítio uma escolha popular para telefones celulares, laptops e câmeras digitais. As desvantagens do óxido de cobalto de lítio são a vida útil relativamente curta, baixa estabilidade térmica e capacidade de carga limitada (potência específica). Como outras baterias de íons de lítio híbridas de cobalto, o óxido de cobalto de lítio usa um ânodo de grafite e sua vida útil é limitada principalmente pela interface de eletrólito sólido (SEI), que se manifesta principalmente no espessamento gradual do filme SEI e no revestimento do eletrodo negativo durante o carregamento rápido ou carregamento de baixa temperatura. Problema de lítio. Os sistemas de materiais mais novos adicionam níquel, manganês e/ou alumínio para melhorar a vida útil, capacidade de carga e reduzir custos.

O óxido de cobalto de lítio se destaca em alta energia específica, mas fornece apenas desempenho medíocre em termos de características de potência, segurança e vida útil.

2. Manganato de lítio (LiMn2O4) As

baterias de manganato de lítio espinélio foram publicadas pela primeira vez na Materials Research em 1983. Em 1996, a Moli Energy comercializou baterias de íons de lítio com manganato de lítio como material catódico. A arquitetura forma uma estrutura de espinélio tridimensional que melhora o fluxo de íons através dos eletrodos, reduzindo assim a resistência interna e melhorando a capacidade de transporte de corrente. Outra vantagem do espinélio é a alta estabilidade térmica e segurança aprimorada, mas ciclo e vida útil limitados.

A baixa resistência interna da bateria permite carregamento rápido e alta descarga de corrente. Células do tipo 18650, as baterias de manganato de lítio podem ser descarregadas em uma corrente de 20-30A com acúmulo moderado de calor e a temperatura da bateria não pode exceder 80°C. O manganato de lítio é usado em ferramentas elétricas, dispositivos médicos e veículos elétricos híbridos e puros. A capacidade do manganato de lítio é cerca de um terço menor do que a do cobalto de lítio. A flexibilidade do projeto permite que os engenheiros escolham maximizar a vida útil da bateria ou aumentar a corrente ou capacidade máxima de carga.

As baterias de manganato de lítio puro não são mais comuns hoje; eles são usados ​​apenas em casos especiais.

A maior parte do manganato de lítio é misturado com óxido de cobalto manganês e níquel de lítio (NMC) para aumentar a energia específica e prolongar a vida útil. Essa combinação traz o melhor desempenho de cada sistema, e a maioria dos EVs como o Nissan Leaf, Chevrolet Volt e BMW i3 optam por LMO (NMC). A parte LMO da bateria pode atingir cerca de 30% e pode fornecer maior corrente durante a aceleração; a parte NMC fornece um longo alcance.

A pesquisa de baterias de íons de lítio tende a combinar manganato de lítio com cobalto, níquel, manganês e/ou alumínio como materiais catódicos ativos. Em algumas arquiteturas, uma pequena quantidade de silício é adicionada ao eletrodo negativo. Isso fornece um aumento de capacidade de 25%; no entanto, o silício se expande e se contrai com carga e descarga, causando estresse mecânico, e o aumento de capacidade geralmente está intimamente ligado ao curto ciclo de vida.

3. Manganato de níquel-cobalto de lítio (NMC)

Um dos sistemas de íons de lítio mais bem-sucedidos é a combinação de cátodos de níquel manganês cobalto (NMC). Semelhante ao manganato de lítio, este sistema pode ser adaptado para uso como bateria de energia ou energia. Por exemplo, um NMC em uma bateria 18650 sob condições de carga moderada tem capacidade de cerca de 2.800mAh e pode fornecer corrente de descarga de 4A a 5A; o mesmo tipo de NMC, quando otimizado para uma potência específica, tem capacidade de apenas 2.000mAh, mas pode fornecer 20A de corrente de descarga contínua. O eletrodo negativo à base de silício atingirá mais de 4000mAh, mas a capacidade de carga é reduzida e a vida útil do ciclo é encurtada. O silício adicionado ao grafite tem o defeito de que o eletrodo negativo se expande e se contrai com carga e descarga, tornando a bateria mecanicamente estressada e estruturalmente instável.

O segredo do NMC é a combinação de níquel e manganês. Semelhante a isso é o sal de mesa, onde os principais componentes de sódio e cloreto são tóxicos por conta própria, mas são misturados como sal de tempero e conservantes de alimentos. O níquel é conhecido por sua alta energia específica, mas baixa estabilidade; a estrutura de espinélio de manganês pode atingir baixa resistência interna, mas baixa energia específica. As vantagens dos dois metais ativos são complementares.

NMC é a bateria de escolha para ferramentas elétricas, e-bikes e outras motorizações elétricas. A combinação de eletrodo positivo é geralmente um terço de níquel, um terço de manganês e um terço de cobalto, também conhecido como 1-1-1. Isso fornece uma mistura única que também reduz os custos de matéria-prima devido ao teor reduzido de cobalto. Outra combinação de sucesso é o NCM, que contém 5 partes de níquel e 3 partes de cobalto.