Ánodo de lámina de aluminio recubierto por una cara de LTO

Electrodo de ánodo de lámina de aluminio recubierto por una cara de LTO para investigación de baterías de iones de litio

Descripción general del producto y aplicaciones ideales

El titanato de litio (Li₄Ti₅O₁₂, LTO) es un material de ánodo bien establecido para baterías de iones de litio, valorado por su estructura de deformación cero, larga vida útil, excelente capacidad de tasa y características de funcionamiento intrínsecamente seguras. El TOB-LTO-A es un electrodo de ánodo de LTO recubierto por una cara listo para usar: el material activo de titanato de litio se ha recubierto sobre una cara de un colector de corriente de lámina de aluminio de 16 μm, secado y calandrado a una densidad controlada. El electrodo se suministra en hojas precortadas de 241 mm de largo × 200 mm de ancho, empaquetadas en 5 hojas por paquete, lo que elimina la necesidad de que los usuarios recubran, sequen y calandren sus propios electrodos de LTO durante la investigación de ensamblaje de celdas.

Debido a que los ánodos de LTO se combinan con materiales de cátodo de alto voltaje (como NMC, LFP o LCO) en celdas que requieren una larga vida útil y alta potencia, el TOB-LTO-A es un bloque de construcción conveniente y de calidad controlada para la investigación de celdas tipo moneda, celdas tipo bolsa de una sola capa y celdas tipo bolsa multicapa. El electrodo está diseñado para su ensamblaje en una caja de guantes o entorno seco, y se suministra con una fracción de masa de material activo definida (93.5 %) y una fórmula de cálculo de material activo documentada para que los investigadores puedan calcular la carga activa exacta para cada celda de prueba.

Ideal para:

• Investigadores que ensamblan celdas tipo moneda o celdas tipo bolsa de una sola capa para evaluar ánodos de LTO frente a diversas químicas de cátodo.
• Estudios comparativos entre ánodos de LTO y ánodos de grafito o silicio para aplicaciones de alta tasa y larga vida útil.
• Laboratorios académicos e industriales que necesitan un electrodo de ánodo de LTO consistente y de calidad controlada sin invertir en equipos de recubrimiento y calandrado.
• Programas de prueba de baterías que requieren una ventana de voltaje definida (1.0–2.5 V) y una capacidad específica conocida (160 mAh/g a 0.1C) para un ensamblaje de celdas reproducible.

¿Necesita confirmar que las dimensiones del electrodo coinciden con su dispositivo de celda o requiere un tamaño personalizado? Póngase en contacto con nuestros ingenieros de materiales de baterías con su diseño de celda tipo moneda o celda tipo bolsa.

Dónde encaja el electrodo de ánodo de LTO en la investigación y el ensamblaje de baterías

En un flujo de trabajo típico de investigación de baterías, el electrodo TOB-LTO-A se utiliza como componente de ánodo en el ensamblaje de celdas tipo moneda o celdas tipo bolsa. El electrodo se suministra listo para cortar, pesar, secar y ensamblar. La secuencia de uso recomendada es la siguiente:

1. Corte del electrodo

La hoja TOB-LTO-A se corta al tamaño de disco de electrodo requerido para el ensamblaje de celdas tipo moneda. Para celdas tipo moneda, los diámetros de disco de electrodo recomendados son 12 mm o 14 mm. Se recomienda una máquina cortadora de discos de electrodos para celdas tipo moneda manual (TOB-CP60) para este paso. La máquina cortadora produce discos de bordes limpios sin rebabas que podrían causar cortocircuitos internos.

Cortadora recomendada: Máquina cortadora de discos de electrodos para celdas tipo moneda manual (TOB-CP60)

2. Pesaje del electrodo

Después del corte, el disco de electrodo se pesa en una balanza analítica electrónica para determinar su masa. Esta masa se utiliza para calcular la carga de material activo de la celda. TOB recomienda la balanza analítica electrónica TOB-JA11033 para este paso.

Balanza recomendada: Balanza analítica electrónica (TOB-JA11033)

Fórmula de cálculo de material activo: Masa de material activo = (masa del disco de electrodo (mg) − área del disco (cm²) × densidad superficial del colector de corriente (mg/cm²)) × fracción de masa de material activo

Utilizando las especificaciones del TOB-LTO-A: la densidad superficial del colector de corriente es 4.22 mg/cm² y la fracción de masa de material activo es 93.5 % (verifique la fracción de material activo con la etiqueta del lote real del electrodo).

3. Horneado del electrodo

Los discos de electrodo cortados deben hornearse en un horno de vacío a 60–80 °C durante 2–4 horas antes del ensamblaje para eliminar la humedad adsorbida. Este paso es esencial para un rendimiento constante de la celda, ya que la humedad residual puede reaccionar con el electrolito y degradar la eficiencia del primer ciclo.

Horno recomendado: Horno de laboratorio de vacío (TOB-DZF-6050)

4. Ensamblaje de la celda

El ensamblaje de la celda se realiza dentro de una caja de guantes bajo una atmósfera inerte para proteger tanto el electrodo de LTO como el contraelectrodo de litio (para semiceldas) de la humedad y el oxígeno. La secuencia de ensamblaje recomendada para una semicelda tipo moneda con un contraelectrodo de metal de litio es:

Carcasa negativa → Disco de litio → Electrolito → Separador → Electrolito → Disco de electrodo de LTO → Espaciador → Resorte → Carcasa positiva

Se recomienda el siguiente equipo:

• Caja de guantes: Caja de guantes de estación de trabajo única (TOB-GB-1220)
• Crimpadora de celdas tipo moneda: Crimpadora manual hidráulica para celdas tipo moneda (TOB-MR-120)

5. Prueba de batería

La celda ensamblada se prueba en un sistema de prueba de baterías. La corriente se calcula a partir de la masa del material activo y la capacidad específica nominal. El cálculo es:

Corriente de 0.1C = 1C × 0.1

donde la corriente de 1C (mA) = masa de material activo (mg) × 0.001 × capacidad específica nominal (mAh/g)

Utilizando una capacidad específica nominal de 160 mAh/g, una corriente de 0.1C para una carga de material activo de 5 mg sería 5 × 0.001 × 160 × 0.1 = 0.08 mA. El rango de voltaje debe establecerse en 1.0–2.5 V según la especificación del electrodo.

Probador recomendado: Probador de celdas de botón de 8 canales y tres rangos (TOB-CT-4008-5V10mA-164)

Especificaciones técnicas

Embalaje: 5 hojas por paquete

Notas:

1. La fracción de masa del material activo del electrodo estará sujeta a la etiqueta del producto real. La fórmula de cálculo del material activo se proporciona en la sección de uso anterior.
2. Después de abrir el paquete de electrodos, selle y almacene las hojas restantes adecuadamente. Las hojas de electrodos se pueden almacenar en una caja de guantes o en un horno a 60 °C.

Nombre del material: Electrodo negativo recubierto por una sola cara — lámina de aluminio recubierta con titanato de litio (LTO), electrodo de una sola cara

Aplicación: Material de ánodo para baterías de iones de litio

Características de ingeniería clave de TOB-LTO-A

• Electrodo recubierto por una sola cara listo para usar- El TOB-LTO-A elimina la necesidad de preparación de lechada, recubrimiento, secado y calandrado en el laboratorio de investigación. El electrodo se suministra como hojas precortadas con una densidad superficial de recubrimiento definida (12 ± 0.2 mg/cm²) y una densidad compactada (1.6 ± 0.1 g/cm³), proporcionando un ánodo consistente y de calidad controlada para el ensamblaje de celdas.
• Material activo LTO de deformación cero- El titanato de litio experimenta un cambio de volumen insignificante durante la intercalación y desintercalación de litio, lo cual es la base de su excepcional vida útil y estabilidad estructural. Cuando se combina con un cátodo adecuado, las celdas basadas en LTO pueden ofrecer cientos de miles de ciclos con una pérdida de capacidad mínima.
• Capacidad específica definida (160 mAh/g a 0.1C)- La capacidad específica especificada proporciona una base confiable para calcular la corriente de prueba durante el ciclado de la celda. Utilizando la fórmula proporcionada, los investigadores pueden calcular la corriente exacta de 0.1C, 0.5C o 1C para su carga de electrodo específica, permitiendo condiciones de prueba reproducibles entre celdas y lotes.
• Ventana de voltaje controlada (1.0–2.5 V) - El electrodo está clasificado para una ventana de voltaje de 1.0–2.5 V, que es el rango operativo típico para ánodos de LTO combinados con cátodos de alto voltaje. La meseta de voltaje plana del LTO (~1.55 V vs. Li⁺/Li) proporciona un potencial operativo estable que es intrínsecamente seguro contra la formación de litio metálico.
• Colector de corriente de lámina de aluminio (16 μm) - A diferencia de los ánodos de grafito que requieren lámina de cobre, el LTO opera a un potencial más alto y puede utilizar una lámina de aluminio ligera como colector de corriente. La lámina de aluminio de 16 μm proporciona una buena conductividad y reduce el peso inactivo del electrodo, contribuyendo a una mayor densidad energética gravimétrica.
• Alta fracción de masa de material activo (93.5 %) - El alto contenido de material activo en relación con el aglutinante y los aditivos conductores asegura que el rendimiento del electrodo medido refleje fielmente las propiedades intrínsecas del material LTO, lo cual es importante para la evaluación de materiales y estudios comparativos.

Almacenamiento y manipulación recomendados

• Almacenamiento: Mantenga las láminas de electrodos en el embalaje original sellado en un entorno seco. Después de abrir, almacene las láminas restantes en una caja de guantes (glovebox) o en un horno a 60 °C según lo especificado por el fabricante, para evitar la adsorción de humedad.
• Manipulación: Manipule las láminas de electrodos con pinzas limpias o guantes sin polvo. Evite tocar la superficie recubierta, ya que los aceites de la piel y la humedad pueden introducir contaminación que afecte la eficiencia del primer ciclo de la celda.
• Horneado previo al ensamblaje: Hornee los discos de electrodo cortados a 60–80 °C durante 2–4 horas al vacío inmediatamente antes del ensamblaje de la celda, como se describe en la secuencia de uso.
• Corte: Para el ensamblaje de celdas tipo moneda (coin-cell), corte el electrodo en discos de 12 mm o 14 mm de diámetro utilizando un cortador de discos manual. Para celdas tipo bolsa (pouch cells), el electrodo puede cortarse a las dimensiones rectangulares requeridas con un cortador de precisión.

Preguntas frecuentes de ingeniería

P1: ¿Por qué se utiliza lámina de aluminio como colector de corriente para el ánodo de LTO en lugar de lámina de cobre?

El LTO opera a un potencial más alto (~1.55 V vs. Li⁺/Li) que el grafito, lo que significa que el aluminio no se corroe ni se alea con el litio al potencial operativo del ánodo. Esto permite que la lámina de aluminio, más ligera y de menor costo, reemplace a la lámina de cobre, reduciendo el peso inactivo y el costo del electrodo. Esta es una de las ventajas clave del LTO sobre los ánodos de grafito.

P2: ¿Cuál es la fórmula de cálculo del material activo y cómo la utilizo?

La fórmula es: Masa de material activo = (masa del disco de electrodo (mg) − área del disco (cm²) × densidad superficial del colector de corriente (mg/cm²)) × fracción de masa de material activo

Por ejemplo, para un disco de 14 mm de diámetro (área = 1.54 cm²) que pesa 25 mg, utilizando los valores de TOB-LTO-A (densidad superficial del colector de corriente 4.22 mg/cm², fracción de material activo 93.5 %):

• Masa de la lámina = 1.54 × 4.22 = 6.5 mg
• Masa del recubrimiento = 25 − 6.5 = 18.5 mg
• Masa de material activo = 18.5 × 0.935 = 17.3 mg

Esta masa de material activo se utiliza luego para calcular la corriente de prueba.

P3: ¿Cuál es la secuencia de ensamblaje recomendada para una media celda de LTO tipo moneda?

La secuencia recomendada es: Caja negativa → Disco de litio → Electrolito → Separador → Electrolito → Disco de electrodo de LTO → Espaciador → Resorte → Caja positiva. El electrodo de LTO es el electrodo del lado positivo en esta configuración (probado contra litio metálico), y la celda se sella utilizando una crimpadora hidráulica manual para celdas tipo moneda.

P4: ¿Cómo debo calcular la corriente de prueba para el ciclado de la celda ensamblada?

La corriente de prueba se calcula a partir de la masa del material activo y la capacidad específica nominal (160 mAh/g): Corriente de 1C (mA) = masa de material activo (mg) × 0.001 × 160 (mAh/g) Corriente de 0.1C = corriente de 1C × 0.1

Por ejemplo, para una masa de material activo de 17.3 mg: Corriente de 1C = 17.3 × 0.001 × 160 = 2.77 mA; Corriente de 0.1C = 0.277 mA. Establezca el rango de voltaje en 1.0–2.5 V.

P5: ¿Cómo deben almacenarse las láminas de electrodos restantes después de abrir el paquete?

Según las instrucciones del fabricante, las láminas de electrodos deben sellarse y almacenarse en una caja de guantes o en un horno a 60 °C después de abrir el paquete. Esto evita la adsorción de humedad en el recubrimiento de LTO, lo que aumentaría la humedad residual de la celda y afectaría la eficiencia de formación.

¿Listo para ensamblar medias celdas o celdas completas de LTO reproducibles con un ánodo pre-recubierto y de calidad controlada? Solicite una cotización para TOB-LTO-A, o contacte a nuestros ingenieros de materiales de baterías para obtener orientación sobre la combinación de electrolitos, la compatibilidad de los accesorios de la celda y el cálculo de la corriente de prueba.

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