Materiais do ânodo

As baterias de íons de lítio utilizam vários materiais de ânodo, cada um com propriedades distintas que afetam o desempenho, a capacidade e a longevidade. Abaixo estão os tipos primários de materiais de ânodo usados em baterias de íons de lítio:

Ânodos baseados em intercalação

Ânodos baseados em intercalação são materiais em camadas e podem armazenar íons de lítio entre as camadas.

• Grafite e carbono são os materiais de ânodo mais amplamente utilizados devido à alta condutividade elétrica, ao baixo custo e à estrutura estável com intercalação reversível de íons de lítio. No entanto, tem uma capacidade relativamente menor em comparação com alguns materiais mais recentes. Os carbonos duros são usados como ânodos em baterias de íons de sódio.
• O titanato de lítio (LTO) é conhecido por excelente estabilidade e segurança do ciclo; o LTO não sofre alterações significativas de volume durante a inserção e extração de lítio. No entanto, tem menor condutividade e opera em uma tensão mais alta em comparação com outros materiais de ânodo, o que limita sua capacidade.

Ânodos à base de liga

Ânodos à base de liga são metais ou seus óxidos (óxidos de Si, Ge, Sn, Sb e Si/Sn) que podem formar uma liga com lítio.

O silício oferece uma capacidade teórica significativamente maior do que o grafite, potencialmente até dez vezes mais. No entanto, o silício experimenta uma expansão de volume substancial durante o ciclo, o que pode levar a falhas mecânicas e vida útil reduzida do ciclo. Pesquisas estão em andamento para desenvolver compósitos de silício que mitiguem essas questões, alguns dos quais já são comercializados.

Ânodos de conversão

Os ânodos de conversão são MX (M: Fe, CO, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo e X: O, P, S, N) que convertem em (Li_yX + M) após o carregamento. Esses materiais estão sendo pesquisados por suas propriedades eletroquímicas únicas e benefícios potenciais, como capacidade de taxa melhorada. Suas desvantagens são histerese de tensão e grande expansão de volume.

Ânodos nanoestruturados

Os avanços recentes se concentram em materiais nanoestruturados do ânodo que aumentam a área de superfície e reduzem os caminhos da difusão do íon de lítio. Eles podem incluir várias combinações de materiais à base de carbono, silício e metais de transição projetados como partículas ou compósitos de núcleo-casca para melhorar as métricas de desempenho, como capacidade e estabilidade de ciclo.

A qualidade dos materiais de ânodo podem ser otimizadas com a medição e o controle dos seguintes parâmetros:

• Forma e tamanho das partículas
• Estrutura de cristal e defeitos
• Impurezas

Saiba mais sobre como controlá-los abaixo.

Quer você produza seus próprios materiais ativos ou os compre de seus fornecedores, o tamanho e a forma das partículas são os parâmetros que definem não apenas o desempenho da bateria, mas também o processo de produção ininterrupto de alto rendimento. 

O tamanho e a forma das partículas regem a reologia da pasta do eletrodo, a densidade/porosidade da embalagem do revestimento do eletrodo e o desempenho da bateria. A melhor maneira de medir isso é com uma combinação de difração a laser e imagem óptica automatizada.

Mastersizer 3000+

Fornecendo os dados necessários para resultados confiáveis.

A linha Mastersizer de analisadores de tamanho das partículas de difração a laser define o padrão para fornecer distribuições rápidas e precisas de tamanho das partículas. Com sua ampla faixa de tamanhos e a melhor precisão da categoria, o Mastersizer 3000+ é a ferramenta necessária para dimensionamento de partículas de ânodo na faixa de 0,01 a 3.500 micrômetros. E no caso de resultados inesperados na amostra, você tem o Size Sure e as ferramentas de orientação de dados para fazer uma investigação mais aprofundada. Adicione flexibilidade, facilidade de uso e o acessório Hydro Insight para imagens dinâmicas. O Mastersizer é realmente a melhor escolha para dimensionamento de partículas e muito mais.

A qualidade da fase de cristal é outro parâmetro crítico que rege o desempenho de materiais de bateria, como energia específica e taxa de descarga ou capacidade. Para materiais de ânodo de bateria, são importantes parâmetros de preocupação o grau de grafitização, o índice de orientação e o tamanho do cristalito para materiais de grafite. O tamanho do cristalito pode igualmente dar uma ideia sobre o tamanho da partícula de materiais ativos nanocristalinos como o ânodo baseado do silicone. 

Aeris XRD

O futuro é compacto.

O Aeris XRD pode analisar materiais de ânodo e cátodo em apenas alguns minutos para fornecer parâmetros de qualidade como tamanho de cristalito, grau de grafitização e índice de orientação. Este é um sistema XRD compacto plug-and-play, construído com robustez industrial e segurança. Além disso, ele pode ser facilmente integrado ao processo com automação de correia ou robô.

Para materiais ânodo, a medição de concentrações de dopante e impurezas é fundamental para avaliar o desempenho. Caso haja um ânodo de C-Si, a concentração relativa de Si determinará a capacidade e a estabilidade. 

O ICP é uma maneira comum de medir a composição elementar, no entanto, é dispendioso, demorado e envolve produtos químicos perigosos. A XRF pode analisar a maioria desses materiais com relativa facilidade.

Revontium

Brilho compacto, análise avançada, possibilidades infinitas.

O Revontium™ é um analisador de fluorescência de raios X (XRF) compacto que oferece análise elementar de alta qualidade em um formato compacto de mesa. Ele une o desempenho do XRF de chão e a versatilidade dos instrumentos de mesa.

O XRF compacto oferece uma pegada física e ambiental menor. Seu custo de propriedade pode ser mais de 25% menor devido à necessidade reduzida de materiais de consumo, preparação extensiva de amostras e manutenção.