Sviluppo di moduli batterie litio-ioni per avviamento - Enea

4.3 Funzione di protezione
Effetti della tensione
Il solvente dell’elettrolita delle batterie litio-ioni è infiammabile e soggetto alla decomposizione
elettrochimica. Durante la carica, sorgono problemi tra i carbonati organici del solvente ed il
catodo: valori della tensione di cella superiori a 4,2V possono provocare la generazione e
l’accumulo di CO e CO2: maggiore è la tensione a cui il solvente è sottoposto, maggiore è
l’entità della decomposizione e della formazione di CO e CO2. In aggiunta alla formazione di
gas ad alti potenziali di cella, la decomposizione dell’elettrolita genera sottoprodotti polimerici
che si depositano sul materiale attivo del catodo. Questi sottoprodotti inquinano la superficie
del catodo ed inibiscono il materiale attivo, riducendo le prestazioni e la vita della cella.
Se le valvole di sicurezza della cella o il foglio di alluminio di rivestimento si aprono a causa
dell’eccessiva pressione interna provocata dalla decomposizione dell’elettrolita o dall’alta
temperatura, i vapori dell’elettrolita organico riempiono il contenitore della batteria. Questi
vapori, nel contenitore, possono rappresentare un pericolo, in dipendenza della temperatura di
innesco della miscela vapore-aria.
Tecniche di controllo e gestione devono essere usate per evitare gli alti potenziali. Evitando
tensioni troppo elevate, infatti, si elimina o per lo meno si riduce la decomposizione
dell’elettrolita. Mantenere le batterie al litio al massimo stato di carica (es. 100% SOC = piena
carica) provoca una netta diminuzione della vita utile delle stesse e può provocare l’aumento
dei rischi correlati alla sicurezza: caricare una batteria al litio ad una certa percentuale di carica
(anche elevata), ma non al massimo della carica, rappresenta un modo per aumentare sia la
vita utile che la sicurezza della batteria; allo stesso tempo permette di avere a disposizione
gran parte della capacità totale (si può tranquillamente arrivare al 95%).
Tecniche di controllo e gestione devono anche prevenire la scarica delle batterie al litio a
tensioni troppo basse (2.5 - 2.7 V a cella). A queste basse tensioni di cella, la corrente del
collettore può dissolvere il rame nell’elettrolita: ciò formerà delle placche sulle particelle
dell’anodo di grafite, le quali inibiranno l’utilizzazione dei materiali attivi e ridurranno le
prestazioni e la vita delle celle. Il riproporsi per più volte di questi bassi valori di tensione, può
condurre alla formazione di dendriti di rame e provocare corto circuiti all’interno della cella.
Effetti delle correnti
Nelle batterie al litio, adoperare limiti di corrente eccessivi può provocare il danneggiamento
permanente delle stesse. Infatti, sottoposto ad alte correnti di carica, il litio può non diffondersi
in modo adatto nelle particelle dell’anodo di grafite ed iniziare a placcare con litio metallico la
superficie dell’elettrodo. La placcatura produce dei dendriti, i quali possono forare i separatori e
formare dei corto circuiti verso il catodo. Questi corto circuiti inizialmente sono deboli, causano
solamente momentanee scariche della cella, le quali provocano un vistoso abbattimento della
tensione o un picco di corrente durante la carica. Con il passare del tempo, il numero di questi
deboli corto circuiti aumenta, con il conseguente risultato di rendere impossibile la piena carica
della cella. La placcatura del litio metallico è molto reattiva nei confronti dell’elettrolita, si avrà
perciò una decomposizione dell’elettrolita vicino all’anodo che porterà all’aumento della
resistenza interna e un decremento delle prestazioni della cella.
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