Sviluppo di moduli batterie litio-ioni per avviamento - Enea

3.2.2 Materiali catodici.
Attualmente i materiali più promettenti per la costruzione del catodo (elettrodo positivo) sono
ossidi di Mn, Ni, Co, i quali presentano una struttura cristallina piuttosto aperta con canali e
spazi all’ interno dei quali si inseriscono facilmente gli ioni di litio, ma presentano minore
affidabilità e sicurezza rispetto al Ferro Fosfato.
La tecnologia delle batterie al litio è ancora in fase di sviluppo: le ricerche si sono focalizzate
principalmente sullo sviluppo di materiali catodici. I materiali catodici tipicamente hanno
capacità di accumulare carica (in forma di litio), per unità di massa e di volume, che è
significativamente inferiore a quella dei materiali disponibili per formare l’elettrodo positivo.
Quindi i maggiori miglioramenti di prestazioni, in termini di più grandi densità di energia e di
potenza, devono essere ottenuti dallo sviluppo dei materiali catodici.
Diossido di Cobalto
Il diossido di cobalto - LiCoO2 - è stato il materiale catodico più ampiamente usato per molti
anni. Esso ha buona capacità di accumulare gli ioni litio, buona reversibilità elettrochimica,
fornisce una densità di energia ed un numero di cicli moderati. Ha adeguata stabilità chimica
ed una buona stabilità termica, anche se è meno termicamente stabile rispetto ad altri ossidi
metallici o al fosfato e ciò lo rende altamente combustibile in caso di estreme condizioni
d’abuso: la penetrazione di una cella o valori di corrente troppo alti, possono generare un
aumento incontrollato di temperatura o anche l’incendio. Inoltre è relativamente più costoso
per kWh di energia accumulata rispetto ad altri ossidi. Queste caratteristiche lo rendono non
attraente per l’uso nei veicoli elettrici ed ibridi.
Ferro Fosfato
La tecnologia basata sul ferro fosfato - LiFePO4 – denominato LFP, possiede una elevata
stabilità termica e chimica che fornisce caratteristiche di maggior sicurezza rispetto alle altre
tecnologie litio-ione. Le celle ferro fosfato sono incombustibili nell’eventualità di errori di
gestione durante la carica o scarica, sono più stabili in condizioni di sovraccarica o di corto
circuito e possono resistere ad alte temperature. Quando avviene un abuso, il materiale
catodico a base di fosfato non rilascia ossigeno, non brucia ed è molto meno suscettibile ad un
aumento incontrollato della temperatura.
Le celle ferro fosfato hanno una densità di energia inferiore a quelle al cobalto. In compenso
possono sopportare più alte correnti e quindi più alte potenze, offrono una vita più lunga e
costituiscono un significativo miglioramento in termini di costo, sicurezza e tossicità.
Ossido di Manganese Spinello
L’ossido di manganese (LiMn2O4 o, più propriamente, LixMn2-xO4), denominato LMO, ha
struttura a spinello. Rispetto alle chimiche basate sul cobalto è termicamente e chimicamente
più stabile, in virtù della stabilità intrinseca della sua struttura cristallina, ed anche la potenza
è superiore, grazie alla migliorata capacità d’inserzione dello ione litio nella struttura. Invece la
densità di energia e la ciclabilità sono inferiori. Il Manganese, a differenza del cobalto, è un
materiale catodico sicuro e rispettoso dell’ambiente. Altri benefici includono costi più bassi, che
renderanno l’LMO attraente se avranno successo gli sforzi per stabilizzare il materiale contro la
dissoluzione elettrochimica del manganese nell’elettrolita.
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