La función de los aglutinantes en los electrodos de las baterías de litio

Publicado por  Equipo de recubrimientos de alto rendimiento el 04/06/2020

Los recubrimientos de los electrodos en las baterías facilitan las reacciones electroquímicas que son necesarias para suministrar energía eléctrica. Los aglutinantes que se usan en estos recubrimientos suelen ser solo un pequeño porcentaje del peso total de una batería, pero son esenciales para la fabricación de las celdas de las baterías y ofrecen una variedad de beneficios, desde mejoras de la seguridad y densidad energética hasta capacidad, etc.

 
Las baterías de iones de litio tienen algunos componentes esenciales: un cátodo (electrodo positivo), un ánodo (electrodo negativo), un separador y una combinación de electrolitos como conductor. Las reacciones electroquímicas que generan tensión y corriente se producen en los electrodos recubiertos, donde tienen lugar las reacciones de reducción y oxidación.
 
La mayoría de las baterías de iones de litio comparten un diseño similar, que consta de lo siguiente:

 

  • un electrodo positivo metálico con base de óxido (cátodo) que está recubierto en un colector de corriente de aluminio
  • un electrodo negativo (ánodo) compuesto de carbono/grafito recubierto en un colector de corriente de cobre
  • un separador de membrana de poliolefina que, a veces, puede estar recubierta
  • electrolitos compuestos de sal de litio en solventes orgánicos
 
Durante la descarga, los iones fluyen del ánodo (oxidación) al cátodo (reducción) por medio del electrolito y el separador. Cargar la batería invierte la dirección y los iones fluyen del cátodo al ánodo.
 

Aglutinante multiuso

En una batería de litio, los aglutinantes cumplen varias funciones. Es el que mantiene las partículas del recubrimiento unidas y ayuda a adherir el recubrimiento al metal o la membrana del separador. El aglutinante también realiza lo siguiente:    
 
  • Ayuda en la formación de una película
  • Ayuda a formar una buena dispersión de las partículas en solvente o agua. El aglutinante debe ayudar en la dispersión del recubrimiento para ofrecer un lodo uniforme y partículas individuales en el cátodo y el ánodo.
  • Mantenerse estable en un entorno riguroso de la batería en el cual se pueden producir varias reacciones.  El aglutinante no se puede separar ni destruir en este entorno complejo.
 
Los aglutinantes pueden usar tecnologías con base solvente o de agua. Los aglutinantes con base solvente requieren mayores costos para la recuperación, la recolección y el cumplimiento medioambiental. Los aglutinantes con base de agua suelen preferirse por cuestiones de costo y medio ambiente.
 
Al momento de elegir un aglutinante, son varios los factores para tener en cuenta. Como se mencionó, un aglutinante debe cumplir varias funciones y bien, como dispersar, adherir, aglutinar partículas, sobrevivir en un entorno riguroso, además, debe facilitar el rendimiento de la batería durante la carga y la descarga. Es posible que la batería lentamente pierda la capacidad con los ciclos y la carga y descarga durante cientos o miles de veces. Un aglutinante cumple una función importante en mantener la capacidad. En un teléfono celular, la reducción de la capacidad de la batería con el tiempo podría ser un inconveniente, pero en un auto eléctrico, es más que un inconveniente. El aglutinante puede afectar la capacidad y la estabilidad de una batería y, por ende, su vida útil.
 
Además, los aglutinantes deben tener cierto nivel de flexibilidad para no agrietarse ni desarrollar desperfectos. Si existe fragilidad, puede presentar problemas durante la fabricación o el ensamblaje de la batería durante el cual un electrodo recubierto se enrolla o envuelve.
 

Más pequeñas, más livianas, más potentes

A medida que los fabricantes de baterías siguen desarrollando baterías más potentes, más estables, más pequeñas y livianas, Lubrizol se compromete con la asistencia. Por medio de nuestra pericia y capacidades, nos dedicamos a facilitar mejoras en la vida útil de las baterías y su costo final, gracias a los avances en los aglutinantes y dispersantes de ánodos, cátodos y separadores. Esto resulta evidente en teléfonos móviles y computadoras portátiles, a medida que se tornan más delgados y livianos gracias a la tecnología de la batería. También se evidencia en los vehículos eléctricos en los cuales el peso y el tamaño de la batería se reduce mientras que la autonomía de una sola carga sigue aumentando.
 
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Equipo de recubrimientos de alto rendimiento

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