¿Cómo hacemos que las baterías de ión litio sean seguras?
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¿Cómo hacemos que las baterías de ión litio sean seguras?

Número Navegar:0     Autor:Linda romano     publicar Tiempo: 2017-08-09      Origen:Laboratorios EAG

En una publicación reciente del blog, explicamos qué puede salir mal con las baterías de iones de litio. Entonces, ¿cómo podemos identificar qué problemas potenciales afectan a una batería específica y utilizar ese conocimiento para hacer que las baterías sean más seguras y más confiables? El secreto es la caracterización. Existen muchas herramientas para evaluar las baterías durante el diseño y la selección o para analizar las baterías defectuosas para comprender por qué fallaron.


La selección de una técnica de caracterización adecuada depende de qué información se necesita, a qué nivel de precisión y el presupuesto para la calificación y las pruebas. Las técnicas más precisas tienden a usar los instrumentos más caros y llevan más tiempo, pero a veces se necesitan para comprender los mecanismos de falla y mejorar el diseño de la batería.


Las técnicas de caracterización se clasifican en una de dos categorías principales: imágenes o análisis de composición química. Las imágenes se pueden realizar in situ (inspeccionar sin dañar la batería) o destructivamente, a menudo durante el análisis de fallas. La descarga de la batería antes del desmontaje es necesaria para analizar la composición química.


Batería de imágenesng


Las técnicas ópticas, de rayos X o de microscopía electrónica son útiles para obtener imágenes de las distintas capas de la batería. La microscopía óptica puede ser suficiente para observar grietas y puntos calientes en las capas de la batería, así como el daño externo que puede ocurrir en la carcasa de la batería. La microscopía electrónica de barrido (SEM) y la microscopía electrónica de transmisión (TEM) se utilizan para medir los distintos espesores de capa y observar cambios en la microestructura, como agujeros microscópicos (huecos) o defectos.


SEM y TEM son técnicas inherentemente destructivas, pero la molienda iónica puede preservar la integridad de la muestra para que represente con precisión el estado original de los materiales de la batería antes de la prueba.


Las imágenes de rayos X pueden ser útiles cuando se desmonta una batería antes de un análisis posterior, lo que permite que un técnico vea exactamente dónde cortar. Esto minimiza el riesgo de cortar en el lugar equivocado y crear un cortocircuito eléctrico que no estaba presente en la batería fallada.


Análisis químico


A medida que las baterías envejecen, los productos químicos dentro de las celdas se agotan con cada ciclo de carga, lo que resulta en una capacidad reducida con el tiempo. Las capas de interfase de electrolito sólido (SEI) se acumulan en los electrodos, lo que limita aún más el transporte de iones. Varias técnicas de análisis químico ayudan a los ingenieros a comprender los cambios químicos que ocurren durante la vida útil de una batería para diferenciar entre el envejecimiento normal y algo que indica defectos de fabricación o diseño incorrectos.


La espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS) es una herramienta valiosa para analizar la estructura y composición de las distintas capas de la batería para mostrar la migración de litio y otros elementos dentro del cátodo, ánodo y separador. XPS proporciona información cuantitativa detallada que puede ayudar en el análisis de fallas o puede ayudar a comprender cómo los cambios en los materiales o el diseño afectan la velocidad y el alcance de la formación de SEI.


La espectrometría de masas de descarga luminiscente (GDMS) es útil para detectar cantidades traza de elementos. En aplicaciones de batería, esta técnica se puede utilizar para identificar impurezas y contaminantes que pueden afectar negativamente el rendimiento de la batería.


La espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES) detecta la presencia de metales traza calentando e ionizando la especie en una muestra. Esta técnica puede medir los niveles de litio y otros metales en el cátodo, midiendo pequeños cambios que se correlacionan con la disminución del rendimiento de la batería.


La cromatografía de gases: espectrometría de masas (GCMS) para aplicaciones de baterías requiere el sifonaje de gases de un agujero perforado en una celda de batería para analizar los gases liberados durante la descomposición del electrolito. Esta técnica es especialmente útil en los casos en que la batería se ha hinchado o ha experimentado un escape térmico.


Las técnicas anteriores son solo algunos ejemplos de posibles métodos para evaluar las baterías de iones de litio. Para obtener más información sobre las baterías de iones de litio y cómo la caracterización adecuada puede mejorar la seguridad y el rendimiento, descargue nuestro documento técnico gratuito.


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