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El incesante aumento del mercado de los dispositivos electrónicos portátiles, así como el creciente ritmo de la revolución de los vehículos eléctricos (VE), ha dado lugar a una demanda igualmente grande de baterías recargables. Las baterías de iones de litio (BIL) son la vanguardia en esta tecnología. Este tipo de batería muestra una alta densidad de energía (al ser ligera, pero potente), una buena durabilidad de los ciclos (ya que se puede cargar y recargar sin perder mucha energía en cada ciclo) y una baja tasa de autodescarga.

 

Las soluciones electrolíticas que se suelen emplear en baterías de iones de litio comerciales constan de disolventes orgánicos (sobre todo carbonatos cíclicos y lineales), sales de litio y varios aditivos. Los electrolitos y otros materiales de baterías de iones de litio no deben contener agua, ya que incluso las trazas reaccionan con el electrolito para generar productos secundarios agresivos, como el ácido fluorhídrico, que ponen en peligro el rendimiento y la seguridad de las baterías. Dada su mala influencia, se debe comprobar de forma periódica que el electrolito no contenga agua.

 

La titulación coulométrica de Karl Fischer es el método preferido para determinar el contenido de agua del electrolito de forma precisa y exacta. No solo se puede determinar el agua en el electrolito, sino también el producto de degradación perjudicial, el ácido fluorhídrico (HF). La titulación ácido-base ha demostrado ser un método exacto y fiable para comprobar el contenido de HF del electrolito de la batería.

 

La densidad de un líquido depende de su composición molecular. Una rápida comprobación de la densidad con un medidor de densidad de METTLER TOLEDO puede ayudar a detectar la contaminación de los electrolitos con agua u otras impurezas.

 

La calorimetría diferencial de barrido (DSC) se emplea en QC para estudiar la composición y el contenido de los carbonatos en soluciones electrolíticas, que tienen importantes implicaciones para la estabilidad de los ciclos, la densidad de energía y la seguridad de las baterías de iones de litio. La DSC también proporciona información sobre la fusión y la cristalización de los electrolitos para determinar las temperaturas mínimas para los procesos de carga y descarga.

 

El rendimiento y la seguridad de los electrodos están enormemente influidos por el envejecimiento inducido por la carga y la descarga, así como por la degradación del material activo de los cátodos.

 

Ofrecer mediciones precisas para la capacidad calorífica, las temperaturas de descomposición y determinación de entalpía, las técnicas de análisis térmico constituyen una ayuda fundamental en los estudios de la estabilidad térmica para la caracterización de baterías de iones de litio. Para obtener más información sobre los componentes de degradación de un solo experimento, un TGA o un TGA/DSC de METTLER TOLEDO puede acoplarse a un sistema de análisis de gases adecuado para realizar, por ejemplo, una espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier, una espectroscopia de masas, una cromatografía de gases-espectroscopia de masas o una microcromatografía de gases-espectroscopia de masas.

 

De forma parecida a como se hace para el electrolito, las pruebas de cátodos y ánodos incluyen el análisis de contenido de agua antes de usar los componentes de la batería. El cambiador automático de muestras de horno InMotion KF de METTLER TOLEDO calienta el material sólido a temperaturas elevadas, extrae el agua y lo guía a un titulador coulométrico Karl Fischer, donde se detecta. 

 

Además, la titulación o la valoración sirve para determinar el contenido metálico (cobalto, manganeso, hierro, níquel) del material del cátodo, así como comprobar el material para impurezas como cloruros, hidróxidos y carbonatos.

 

Separadores para baterías de iones de litio tienen un impacto crucial en el rendimiento y la vida útil de las baterías, así como en su fiabilidad y seguridad. Por ejemplo, la degradación del material de los separadores es, con frecuencia, la causa principal de un cortocircuito interno que provoca errores en las células. Por ello, los métodos fiables para las pruebas y análisis de separadores son muy importantes.

 

El análisis térmico sirve para caracterizar las propiedades térmicas de separadores, que suelen estar fabricados con poliolefinas como PP o PE. Entre las limitaciones tecnológicas de dichas membranas, se incluyen la resistencia de penetración, la contracción y la fusión. Estas propiedades se pueden investigar mediante análisis termogravimétrico (TGA), calorimetría diferencial de barrido (DSC) y análisis termomecánico (TMA).

 

Desde las materias primas hasta el producto de alta calidad, una batería de iones de litio tiene que pasar por hasta 25 etapas de producción, lo que sienta las bases para la calidad y el rendimiento exigidos. El pesaje, incluida la determinación del contenido de humedad, resulta clave para proporcionar consistencia y trazabilidad a lo largo de toda la cadena de fabricación.

 

Las materias primas caras representan hasta el 60 % de los costes totales de la producción de células. El pesaje es el método más exacto para cumplir las elevadas tolerancias de proceso en lo referente a la coherencia de la formulación y a evitar costosos desperdicios.

 

Una vez apilados los electrodos, el pesaje es la solución para el llenado de electrolitos. Incluso si es posible controlar el flujo de electrolitos, la exactitud de los dispositivos de pesaje de alta precisión puede asegurar un control de calidad total.

 

La ausencia de piezas o la posibilidad de que caigan piezas ocultas en el módulo por accidente podrían ocasionar un incendio y destruir el módulo. Esto puede evitarse mediante el uso de una báscula de alta resolución para llevar a cabo comprobaciones de integridad, lo que incluso elimina los problemas de detección relacionados con las superficies brillantes.

 

Dado que el contenido sólido de la pasta de los electrodos afecta a la calidad del revestimiento y, por ello, a su rendimiento, resulta fundamental el control estricto del contenido de humedad de los sólidos, respectivamente, durante la producción de los electrodos. Esto se puede realizar de forma rápida y sencilla con un analizador de humedad halógeno.