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