Sviluppo di moduli batterie litio-ioni per avviamento - Enea

3. Analisi bibliografica sullo stato dell’arte delle batterie litio-ioni.
Le batterie al litio vengono solitamente distinte in due categorie principali [3]:
batterie al litio metallico,
batterie litio-ione.
Nella prima tipologia, l’anodo è litio metallico, mentre l’elettrolita può essere sia liquido che
solido, sotto forma di materiali ceramici, vetrosi o polimerici.
Nella seconda tipologia, detta appunto litio-ione, vengono usati materiali elettrodici “ad
intercalazione”, che possono accumulare e rilasciare elevate quantità di ioni di litio in maniera
reversibile. Nelle batterie litio-ione tradizionali, l’elettrolita è un liquido che impregna una
matrice solida polimerica inerte, avente la funzione di separatore. L’elettrolita può anche
essere un gelificato in una matrice polimerica oppure solido, costituito da una matrice
polimerica che in questo caso, a differenza dei precedenti, oltre alla funzione di separatore
svolge quella di elettrolita. Le batterie con elettrolita gelificato o solido prendono il nome di
batterie litio-ione polimeriche e pertanto si caratterizzano come sottoinsieme delle batterie
litio-ione: quelle con elettrolita gelificato sono molto simili alle batterie litio-ione tradizionali ed
hanno le stesse prestazioni e gli stessi problemi di quelle tradizionali, quelle con elettrolita
solido hanno un livello di sicurezza molto maggiore.
La soluzione anodica delle batterie al litio metallico garantisce a queste ultime notevoli
vantaggi in termini di bassa resistenza interna, elevata capacità e, conseguentemente, elevata
potenza ed energia specifica ma, a causa dell’estrema reattività del litio metallico, ha posto
alcuni problemi di sicurezza che ne hanno impedito la diffusione commerciale. L’anodo delle
batterie litio-ione ha prestazioni inferiori a quello delle batterie al litio metallico ma, essendo
meno reattivo, offre maggiore stabilità e sicurezza d’uso. Nel proseguimento di questo
elaborato, si farà riferimento esclusivamente alle batterie litio-ione.
Il presente capitolo tratta le tecnologie delle batterie litio-ione più diffusamente impiegate o in
via di sviluppo nel campo dei veicoli elettrici ed ibridi: viene presentata una descrizione
generale, seguita da una rassegna delle tipologie esistenti.
3.1 Caratteristiche e prestazioni delle batterie litio-ioni.
L’accumulatore al litio è l’ultima e più promettente generazione di accumulatori per le
applicazioni più diverse, in particolare quelle dei veicoli elettrici. Infatti, il litio è un metallo
alcalino, terzo elemento della scala periodica, con modesto peso atomico, una notevole
reattività ed il potenziale elettrochimico più negativo rispetto all’elettrodo standard ad
idrogeno: le batterie con tecnologia al litio hanno conseguentemente alta tensione e densità di
potenza ed energia, che le rendono notevolmente vantaggiose rispetto a quelle di altre
tecnologie, come evidenzia la Figura 9, e particolarmente adatte all’uso nei veicoli elettrici ed
ibridi. Con i materiali elettrodici attualmente usati, l’intervallo della tensione di esercizio delle
batterie è approssimativamente da 2,7 a 4,2 V; la tensione di scarica (media) nominale è circa
3,6 V e la maggior parte della capacità utile viene resa tra 4,0 e 3,5 V.
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