El principio de funcionamiento de las baterías de iones de litio se basa en el proceso de incrustación y desincrustación de iones de litio entre los materiales de los electrodos positivo y negativo. Durante la carga, los iones de litio se desincrustan del material del electrodo positivo y migran al electrodo negativo a través de la solución electrolítica, donde el material del electrodo negativo se encuentra en un estado rico en iones de litio. Por el contrario, durante la descarga, los iones de litio se desincrustan del material del electrodo negativo y migran de vuelta al electrodo positivo. La capacidad de la batería está determinada principalmente por la cantidad de iones de litio que se incrustan y desincrustan reversiblemente, y los parámetros de rendimiento de la batería cambian bajo diferentes condiciones de carga y descarga o durante el ciclo. Entonces, ¿a dónde va el litio?
Los iones de litio dentro de la batería se almacenan principalmente en los siguientes lugares:
(1) Litio activo que se mueve y se desintercala entre los electrodos positivo y negativo;
(2) Litio inutilizable que está incrustado en la capa del electrodo negativo y no se puede eliminar;
(3) Película SEI formada en la superficie de las partículas del electrodo negativo;
(4) Litio precipitado en la superficie del recubrimiento del electrodo negativo;
(5) Litio solvatado en el electrolito;
(6) Fluoruro de litio formado por descomposición del electrolito;
(7) Película CEI formada en la superficie de las partículas del electrodo positivo;
(8) Litio inutilizable que no se puede eliminar del interior de los materiales del electrodo positivo.
Durante el ciclo de vida de las baterías de iones de litio, o bajo diferentes tasas de carga y descarga y condiciones de temperatura, la distribución del litio dentro de la batería cambia. Investigadores de la Universidad de Münster en Alemania estudiaron este fenómeno.
Durante el estudio, primero se construyó una estructura de batería en forma de T. Después de que la batería haya sido sometida a ciclos de carga y descarga o haya envejecido, se desmonta y se realizan los siguientes pasos:
.Los electrodos positivo y negativo se limpian primero con DMC y luego se disuelven en agua mediante reacción por microondas. Tras diluir la solución de limpieza y la solución de disolución con agua destilada, se determina el contenido de litio mediante tecnología ICP.
.El diafragma se sumerge en ácido clorhídrico, y la solución resultante se diluye y luego se analiza mediante ICP para determinar su contenido de litio.
.La membrana de nailon utilizada en el ensamblaje de la batería se lava y diluye con agua destilada, y luego se analiza su contenido de litio mediante ICP.
.Los demás componentes principales de la batería también se someten a pruebas para determinar su contenido de litio mediante ICP después de lavarlos con agua destilada.
Además, como control, los investigadores analizaron el contenido de litio de la batería que se sometió a un ciclo a una tasa de 0,1C, asumiendo que se formaron una interfaz de electrolito sólido (SEI) y una película de interfaz de electrolito del electrodo positivo (CEI) en la superficie del electrodo. La lámina del electrodo negativo original no contiene litio, por lo que el contenido de litio de la lámina del electrodo negativo de la batería de control se considera el contenido de litio que forma la película SEI. El contenido de litio de la lámina del electrodo positivo de la batería de control menos el contenido de litio de la lámina del electrodo original se considera el contenido de litio adicional que forma la película CEI. La precisión de todos los resultados de las pruebas es de ±7%.
