Sviluppo di moduli batterie litio-ioni per avviamento - Enea

Ossido di Nichel
L’ossido di nichel (LiNiO2) ha una capacità specifica ed un potenziale molto più alti rispetto al
cobalto, ma ha molti problemi di sicurezza ed è molto meno stabile.
Per ottenere un compromesso di prestazioni, costo e sicurezza, può essere stabilizzato con
aggiunta di cobalto ed alluminio, formando il composto LiNiCoAlO2, chiamato NCA, oppure
cobalto e manganese, formando il composto LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, sufficientemente stabili per
essere usati negli accumulatori.
Complessivamente la capacità e la densità di energia sono superiori a quelle del LiFePO4 e del
LiCoO2. In termini di densità di potenza le prestazioni elettrochimiche sono migliori di quelle
del LiCoO2, ma non sono così alte come quelle del LiFePO4.
Grafite
3.2.3 Materiali anodici.
Per l’anodo (elettrodo negativo) è molto utilizzata la grafite. La grafite presenta una struttura a
strati, con piani di atomi disposti in strutture esagonali fortemente legati tra loro, mentre i vari
piani sono tenuti assieme da legami deboli. Dal momento che gli ioni di Litio si legano più
debolmente alla grafite che agli ossidi metallici, il loro spostamento verso il catodo durante la
scarica è energeticamente favorito. Durante la carica questa tendenza è invertita.
Titanato di litio
Anodi al titanato di litio sono recentemente divenuti commercialmente disponibili. In questo
tipo di anodo, si sostituisce la grafite con il titanato di litio. Questo anodo è compatibile con
tutte le tipologie di catodo suddette, ma è generalmente usato in congiunzione con materiali a
base di manganese. Il titanato di litio (Li4Ti5O12), denominato LTO, offre potenza elevata
combinata con un ampio range delle temperature di esercizio dovuto ad una grande stabilità
termica, ed è considerato un’alternativa più sicura all’anodo in grafite. Si aggiunge una
notevolissima ciclabilità ed accelerati tempi di ricarica. Questo è in gran parte dovuto alla
struttura del materiale ed alla sua quasi nulla deformazione durante il ciclaggio, che si traduce
in una lunghissima vita dell’accumulatore rispetto alle batterie di altre tecnologie. Nessuna
interazione indesiderata avviene con l’elettrolita: questo consente alla batteria di essere
caricata molto rapidamente, senza il rischio di corto circuiti o fuga termica.
D’altro verso, l’energia delle batterie con anodo litio titanato risulta essere leggermente
inferiore rispetto a quella delle batterie con anodo basato sulla grafite.
3.2.4 Elettrolita.
Elettrolita in soluzione liquida
L’elettrolita è usualmente una soluzione di sale di litio (solitamente LiFP6) dissolto in un
solvente organico non acquoso, capace di sciogliere il sale di litio e trasportare corrente
mediante ioni di litio. I separatori sono usualmente membrane microporose fatte di polietilene
o polipropilene. A causa della bassa conducibilità degli elettroliti organici, un’adeguata potenza
della cella o della batteria può essere ottenuta solamente con elettrodi e separatori che sono
molto più sottili di quelli usati nelle batterie con elettroliti acquosi. La necessità di elettrodi
sottili ha determinato che l’avvolgimento a spirale dell’elettrodo positivo, il separatore e
l’elettrodo negativo è divenuto il metodo preferito per la fabbricazione delle celle ioni litio, ma
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