¿Por qué una descarga completa destruye una batería de iones de litio?

Question

He leído que descargar completamente una batería de iones de litio es muy mala idea porque perderá mucha capacidad. Pero, ¿por qué?

Sé que la reacción (fot la batería LiFePO4) es: $$ \ce{LiFePO4 + C6 <=>[1 e-] FePO4 + LiC6 } $$

Así que en una descarga completa, sólo tenemos nuestros electrodos hechos de $\ce{LiFePO4}$ y $\ce{C6}$ . ¿Por qué no debería reaccionar con los productos de las reacciones anteriores?

Al sobrecargar la batería podría encontrar una solución, por qué destruye este último. Tal vez todo el grafito se ioniza y por lo tanto, el electrodo está en solución. Esto sería un problema muy grande, pero el grafito sólo se ioniza si puede reaccionar con un catión (como el litio), por lo que un pequeño exceso de grafito debería evitarlo.

¿Qué ocurre con otras baterías de iones de litio?

Esto es lo que he leído en Internet:

La tensión de descarga es de unos 2,5 V, dependiendo del tipo de célula. no debe caer por debajo, de lo contrario, la célula se destruirá por reacciones químicas irreversibles. Sin embargo, muchos aparatos electrónicos ya se apagan a tensiones mucho más altas, por ejemplo 3,0 V.

¿Qué quieren decir con las reacciones químicas irreversibles? ¿Cuáles?

Answer 1

En una célula de iones de litio, el material del ánodo puede disolverse en el electrolito y, al recargarse, precipitarse en medio del electrolito y la membrana aislante, cortocircuitando la célula. Además, el material del cátodo puede liberar oxígeno, que migra y no se reincorpora durante la carga.

Otro problema de la mayoría de las pilas secundarias (de almacenamiento), tanto de Pb-ácido como de Li, es la destrucción física de la estructura por sobrecarga y subcarga. Durante el ciclo de carga y descarga, se produce un cambio en el volumen de los electrodos, lo que hace que se desprendan trozos del material activo. Esto provoca una pérdida de capacidad y, a veces, un cortocircuito.

Incluso una célula completamente cargada se deteriora gradualmente... pero el aumento de la descarga incrementa el crecimiento de precipitados. Células de iones de litio Autodescarga de un 2% al mes (vida media de ~2 años), por lo que una célula cargada es bastante estable, sin crecimiento perceptible de bigotes o precipitados durante años.

Answer 2

Sé por amarga experiencia que la sobrecarga de una batería de NiCd la arruina, ya que reduce considerablemente la capacidad de almacenamiento. Lo mismo ocurre con las baterías de iones de litio.

Lo que ocurre durante la sobredescarga es que es posible que se produzca una carga inversa en al menos una celda de la batería. Esto causará muchos daños a la célula que se ha cargado de forma inversa. La carga inversa puede considerarse en cierto modo como una versión extrema de la descarga de la célula.

Lo que ocurrirá es que en la célula pueden producirse reacciones nuevas y no deseadas.

Answer 3

Depende de los materiales de la batería. Una consideración sería la tensión o la reorganización de la estructura cristalina del material del cátodo. En realidad no hay espacio para insertar más de 1 Li+ por unidad de fórmula en la LFP, pero si el potencial está por debajo de 2,5V (o cualquiera que sea el potencial prístino de la célula) entonces todavía habrá una fuerza impulsora hasta 0V para reducir aún más el hierro. Cualquiera que sea la reacción que se produzca en respuesta a esa fuerza motriz, lo más probable es que dé lugar a una estructura cristalina diferente. Aumentar el potencial no invierte este proceso, y el nuevo material probablemente no será un buen electrodo. Otra posibilidad es que la estructura cristalina se expanda tanto para dar cabida a más Li+ que la tensión provoque la fractura de las partículas, desconectándolas de la matriz conductora en la que están incrustadas.