Le batterie agli ioni di litio per EV e cosa migliorare?
| Jerry Huang
Esistono due tipi principali di batterie al litio: batteria agli ioni di litio e batteria al litio metallico. Finora le batterie agli ioni di litio utilizzate per i veicoli elettrici sono LFP (LiFePO4), NCM (LiNiMnCoO2), NCA, LCO (LiCoO2), LNO (LiNiO2), LMO (LiMn2O4, Li2MnO3) e LTO.
La batteria al litio metallico è stata inventata per la prima volta da MS Whittingham nel 1970, mentre questo tipo obsoleto di batteria al litio metallico di solito non è ricaricabile. Mentre una nuova batteria ricaricabile al litio-metallo, inventata da SolidEnergy Systems che presenta vantaggi complessivi di leggerezza, doppia densità di energia dell'attuale batteria agli ioni di litio, lunga durata, costi ragionevoli e più sicura che mai, è arrivata a un'applicazione su larga scala. Si spera che questa sia l'ultima e la prossima generazione prevalente di batterie al litio.
Citazione di Wikipedia: la batteria agli ioni di litio o batteria agli ioni di litio (LIB) è un tipo di batteria ricaricabile. Le batterie agli ioni di litio sono comunemente utilizzate per l'elettronica portatile e i veicoli elettrici e stanno diventando sempre più popolari per le applicazioni militari e aerospaziali. Un prototipo di batteria agli ioni di litio è stato sviluppato da Akira Yoshino nel 1985, sulla base di precedenti ricerche di John Goodenough, Stanley Whittingham, Rachid Yazami e Koichi Mizushima negli anni '70 e '80, quindi una batteria agli ioni di litio commerciale è stata sviluppata da una Sony e La squadra di Asahi Kasei guidata da Yoshio Nishi nel 1991.
Chimica, prestazioni, costi e caratteristiche di sicurezza variano tra i tipi di LIB. L'elettronica portatile utilizza principalmente batterie ai polimeri di litio (con un gel polimerico come elettrolita) con ossido di cobalto di litio (LiCoO2) come materiale catodico, che offre un'elevata densità di energia, ma presenta rischi per la sicurezza, soprattutto se danneggiato. La batteria al litio ferro fosfato (LiFePO4), la batteria agli ioni di litio all'ossido di manganese (LiMn2O4, Li2MnO3 o LMO) e l'ossido di cobalto al litio e nichel manganese (LiNiMnCoO2 o NMC) offrono una densità di energia inferiore ma una vita più lunga e una minore probabilità di incendi o esplosioni. Tali batterie sono ampiamente utilizzate per utensili elettrici, apparecchiature mediche e altri ruoli. NMC e suoi derivati sono ampiamente utilizzati nei veicoli elettrici.
Le aree di ricerca per le batterie agli ioni di litio includono l'estensione della durata, l'aumento della densità di energia, il miglioramento della sicurezza, la riduzione dei costi e l'aumento della velocità di ricarica, tra gli altri. Sono in corso ricerche nell'area degli elettroliti non infiammabili come via per una maggiore sicurezza basata sull'infiammabilità e sulla volatilità dei solventi organici utilizzati nell'elettrolita tipico. Le strategie includono batterie acquose agli ioni di litio, elettroliti solidi ceramici, elettroliti polimerici, liquidi ionici e sistemi fortemente fluorurati. (Non virgolette Wikipedia)
Le principali batterie al litio per veicoli elettrici sono NCA e NCM, con LFP come opzione minore nel mercato mondiale nel 2020. La densità di energia di una cella singola LFP è solitamente di circa 110 Wh/kg, pochissimi possono arrivare a 190 Wh/kg; mentre praticamente la densità di energia di una batteria a cella singola NCM può essere di 200 Wh/kg e si spera che presto potrebbe essere di 300 Wh/kg; ma per la batteria NCA può essere di circa 300 Wh/kg oggi. Tesla applica oggi principalmente batterie NCA di Panasonic e LG Chem, anche batterie NCM e LFP di CATL nella sua catena di fornitura globale.
La batteria LFP ha il vantaggio di un basso costo e di proprietà di sicurezza molto migliori rispetto alla batteria NCA/NCM, mentre la sua densità di energia relativamente bassa è chiaramente uno svantaggio.
Per confrontare la batteria NCA e NCM, la ricerca e l'applicazione di mercato hanno dimostrato che la batteria al litio NCA ha un costo inferiore con un contenuto di cobalto inferiore, una durata del calendario molto migliore, un degrado molto inferiore rispetto alla batteria al litio NCM, sebbene la durata del ciclo di NCA sia inferiore a quella di NCM batteria. Parte della batteria NCA viene utilizzata nell'accumulo di energia solare nello spazio esterno con una durata di venti anni! Lo svantaggio della batteria NCA risiede nel suo fattore di sicurezza, finora non è sicuro come NCM e LFP in circostanze ad alta temperatura. Tuttavia, i ricercatori ritengono che NCA diventerà la prima scelta per i veicoli elettrici nel prossimo futuro man mano che la sua sicurezza e produzione miglioreranno.
Nota: come sali di litio di base, l'idrossido di litio monoidrato, il carbonato di litio (spesso utilizzato nei materiali catodici LIB) e il cloruro di litio possono essere convertiti in vari composti di litio, come LiPF6, LiFSI, LiTFSI e LiBF4 per elettroliti o litio metallico per anodi in fabbricazione di batterie al litio. Trova i sali di litio Poworks qui .