Degradação de Baterias de Íon de Lítio devido ao Ciclismo
As baterias de íon de lítio, conhecidas como baterias Li-ion, são um tipo de bateria secundária (recarregável) composta por células onde os íons de lítio se movem do ânodo para o cátodo através de um eletrólito durante a descarga, e vice-versa durante o carregamento. O cátodo é feito de um material composto (um composto intercalado de lítio) e define o nome da célula da bateria Li-ion. O ânodo geralmente é feito de grafite litificado poroso. O eletrólito pode ser líquido, polímero ou sólido, e o separador é poroso para permitir o transporte de íons de lítio, evitando curto-circuito e fuga térmica da célula. As características de química, desempenho, custo e segurança variam entre os tipos de baterias de íon de lítio.
Uso e Características das Baterias Li-ion
Eletrônicos portáteis geralmente usam baterias de polímero de lítio, com um gel polímero como eletrólito, cátodo de óxido de cobalto de lítio (LiCoO2) e ânodo de grafite, oferecendo alta densidade de energia. Em geral, as baterias Li-ion têm alta densidade de energia, sem efeito memória e baixa autodescarga. Um dos tipos mais comuns de células é a bateria 18650, utilizada em muitas baterias de computadores portáteis, ferramentas elétricas sem fio, alguns carros elétricos, scooters elétricos, a maioria das bicicletas elétricas, bancos de energia portáteis e lanternas LED. A voltagem nominal é de 3,7 V. É importante distinguir as baterias primárias de lítio não recarregáveis (como as células de botão de lítio CR2032 3V) das baterias recarregáveis de íon de lítio ou polímero de lítio.
Degradação das Baterias Li-ion
A degradação das baterias recarregáveis ocorre a cada ciclo de carga e descarga. Geralmente, a degradação ocorre devido à migração do eletrólito para longe dos eletrodos ou devido ao desprendimento do material ativo dos eletrodos. As folhas de dados dos fabricantes tipicamente usam o termo “vida útil do ciclo” para especificar a vida útil em termos do número de ciclos para atingir 80% da capacidade nominal da bateria. Seguir as recomendações do fabricante é necessário para evitar perigos ou degradação precoce da capacidade.
Na bateria Li-ion, a degradação e a perda de capacidade geralmente são atribuídas ao crescimento da interface de eletrólito sólido (SEI). Esta interface é criada devido a reações entre os eletrodos e o eletrólito, formando um filme que impede a reação dos íons de lítio com os eletrodos. Com o crescimento deste filme, a célula se degrada.
Fatores de Estresse Acelerando a Degradação
Na vida real, as células Li-ion experimentam degradação acelerada devido a certos fatores de estresse. Estes incluem DODs profundos, taxas C elevadas, temperaturas altas ou baixas, e operação em SOCs altos, impactando negativamente a capacidade da célula e causando degradação acelerada.
Temperatura
A degradação é fortemente dependente da temperatura: a degradação é mínima à temperatura ambiente, mas aumenta em baterias armazenadas ou usadas em ambientes quentes ou frios. As baterias geram calor ao serem carregadas ou descarregadas, especialmente em correntes altas. Temperaturas elevadas durante o carregamento podem levar à degradação da bateria, e o carregamento em temperaturas acima de 45 °C prejudicará o desempenho da bateria. Grandes pacotes de baterias, como os usados em veículos elétricos, geralmente são equipados com sistemas de gerenciamento térmico que mantêm uma temperatura entre 15 °C e 35 °C.
Taxa C Elevada
Taxas C altas geram mais calor e causam o aumento da temperatura da célula, invocando mecanismos de degradação em alta temperatura. A taxa C reduz a vida útil utilizável e a capacidade de uma bateria.
DOD
Para baterias de íon de lítio, a vida útil do ciclo de uma célula depende fortemente do DOD. A perda de íons de lítio e material de eletrodo ativo é maior para ciclos de DOD maiores. Em DODs altos, mecanismos adicionais de degradação podem ocorrer, resultando na decomposição e dissolução do material do cátodo e desbotamento da capacidade.
