La batteria agli ioni di litio (LIB) è stata utilizzata come dispositivo di accumulo di energia per i dispositivi elettronici portatili dagli anni 1990.
La batteria agli ioni di litio (LIB) è stata utilizzata come dispositivo di accumulo di energia per i dispositivi elettronici portatili dagli anni 1990. Recentemente, queste sono ben note come fonti di energia per veicoli come veicoli elettrici e veicoli elettrici ibridi. Sia il LiCoO2 di tipo stratificato, il LiNiO2 che il LiMn2O4 di tipo spinello sono i materiali catodici più importanti a causa della loro elevata tensione operativa a 4 V (Mizushima, et.al, 1980, Guyomard, et.al, 1994). Finora, LiCoO2 è stato utilizzato principalmente come materiale catodico di LIB commerciale. Tuttavia, LiCoO2 e LiNiO2 presentano un problema legato allo sbiadimento della capacità dovuto all'instabilità del processo ricaricabile. Anche il cobalto è costoso e la sua risorsa non è sufficiente. Pertanto, il materiale catodico LiCoO2 non è adatto come LIB per EV e HEV. D'altra parte, LiMn2O4 è considerato un materiale catodico promettente per LIB di grandi dimensioni grazie ai suoi vantaggi come basso costo, non tossicità e stabilità termica (Pegeng, et.al, 2006). Era anche noto che il tipo sostituto del Ni LiMn2O4 (LiNi0.5Mn1.5O4) mostrava un comportamento ricaricabile a circa 5 V (Markovsky, et.al, 2004, Idemoto, et.al, 2004, Park, et.al, 2004) . LiNi0.5Mn1.5O4 è stato notevolmente notato come materiale catodico con elevata densità di potenza che aveva un potenziale attivo a 5 V. È stato riscontrato che il tipo stratificato LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2 presenta proprietà catodiche ad alto potenziale superiori. Questo aveva una capacità ricaricabile con più di 150 mAh/g ad una velocità più elevata e una stabilità termica più blanda, ma mostra un significativo calo della capacità durante il lungo processo di ricarica. Recentemente, il composto fosfato di tipo olivina è stato notato come materiale catodico alternativo. Si prevedeva che LiFePO4 e LiMnPO4 fossero materiali di prossima generazione per grandi LIB grazie al basso costo, al rispetto dell'ambiente, all'elevata stabilità termica e alle prestazioni elettrochimiche. D'altra parte, si prevede che l'anodo di tipo a ossido come il tipo spinello Li4Ti5O12 sia il candidato per la sostituzione degli anodi di carbonio a causa di una maggiore sicurezza. LIB, costituito dal catodo LiFePO4 e dall'anodo Li4Ti5O12, offre elevata sicurezza e lungo ciclo di vita. Pertanto, è prevista l'applicazione dell'HEV o dell'alimentazione elettrica per il livellamento del carico nella produzione di energia eolica e solare. Finora, abbiamo sviluppato la tecnica di pirolisi a spruzzo come processo aerosol per preparare polveri LiFePO4 e Li4Ti5O12 per LIB. In questo capitolo sono state descritte la lavorazione delle polveri e le proprietà elettrochimiche dei materiali del catodo LiFePO4 e dell'anodo Li4Ti5O12 mediante pirolisi a spruzzo.
La pirolisi a spruzzo è un processo versatile per quanto riguarda la sintesi di polveri di materiali inorganici e metallici (Messing, et.al, 1993, Dubois, et.al, 1989, Pluym, et.al, 1993). Per generare la nebbia viene spesso utilizzato un atomizzatore come quello ad ultrasuoni (Ishizawa, et.al, 1985) o un ugello a due fluidi (Roy, et.al, 1977). La nebbia è una gocciolina in cui i sali inorganici o il composto metallo-organico sono disciolti in acqua o solvente organico. Le goccioline venivano essiccate e pirolizzate per formare ossido o polveri metalliche a temperatura elevata. I vantaggi della pirolisi a spruzzo consistono nella possibilità di controllare la dimensione delle particelle, la distribuzione delle dimensioni delle particelle e la morfologia. Inoltre le polveri fini con composizione omogenea possono essere facilmente ottenute perché il componente della soluzione di partenza è mantenuto nella nebbia derivata da un atomizzatore ad ultrasuoni o da un ugello a due fluidi. Ogni ione metallico si fondeva in modo omogeneo in ciascuna nebbia. Ogni nebbia svolge il ruolo di reattore chimico su microscala. Il tempo di produzione è stato molto breve (meno di 1 minuto). Negli altri processi di soluzione come idrotermale, precipitazione, idrolisi, le polveri di ossido venivano spesso preparate per poche ore. Inoltre, processi come la separazione, l'essiccazione e la cottura devono essere eseguiti dopo la reazione chimica nella soluzione. Le polveri di ossido vengono ottenute in continuo senza queste fasi nella pirolisi a spruzzo. Finora, è stato riportato che questo processo è efficace nelle polveri di ossidi multicomponente come BaTiO3 (Ogihara, et.al, 1999) e nelle polveri di leghe come Ag-Pd (Iida, et.al, 2001).
Recentemente, tipi stratificati di ossidi di metalli di transizione del litio come LiCoO2 (Ogihara, et.al, 1993), LiNiO2 (Ogihara, et.al, 1998), LiNi0.5Mn1.5O4 (Park, et.al, 2004),LiNi1/ Sono stati sintetizzati anche 3Mn1/3Co1/3O2 (Park, et.al, 2004) e ossidi di metalli di transizione del litio di tipo spinello come LiMn2O4 (Aikiyo, et.al, 2001), utilizzati come materiali catodici per le batterie agli ioni di litio mediante pirolisi a spruzzo. È stato chiaro che questi materiali catodici derivati dalla pirolisi a spruzzo hanno mostrato eccellenti prestazioni ricaricabili. Ciò ha rivelato che le caratteristiche delle particelle, come la morfologia uniforme delle particelle, la distribuzione delle dimensioni ristretta e la composizione chimica omogenea, hanno portato a una maggiore capacità ricaricabile, maggiore efficienza, lungo ciclo di vita e maggiore stabilità termica.
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