Ânodo de folha de alumínio revestido de um lado com LTO

Eletrodo de ânodo de folha de alumínio revestido de face única LTO para pesquisa de baterias de íon-lítio

Visão geral do produto e aplicações ideais

O titanato de lítio (Li₄Ti₅O₁₂, LTO) é um material de ânodo bem estabelecido para baterias de íon-lítio, valorizado por sua estrutura de deformação zero, longa vida útil de ciclo, excelente capacidade de taxa e características operacionais intrinsecamente seguras. O TOB-LTO-A é um eletrodo de ânodo LTO revestido de face única pronto para uso: o material ativo de titanato de lítio foi revestido em uma face de um coletor de corrente de folha de alumínio de 16 μm, seco e calandrado para uma densidade controlada. O eletrodo é fornecido como folhas pré-cortadas de C 241 mm × L 200 mm, embaladas em 5 folhas por pacote, eliminando a necessidade de os usuários revestirem, secarem e calandrarem seus próprios eletrodos LTO durante a pesquisa de montagem de células.

Como os ânodos LTO são combinados com materiais de cátodo de alta voltagem (como NMC, LFP ou LCO) em células que exigem longa vida útil de ciclo e alta potência, o TOB-LTO-A é um bloco de construção conveniente e com qualidade controlada para pesquisa de células tipo moeda, células tipo bolsa de camada única e células tipo bolsa multicamadas. O eletrodo foi projetado para montagem em uma glovebox ou ambiente seco, e é fornecido com uma fração de massa de material ativo definida (93,5%) e uma fórmula de cálculo de material ativo documentada para que os pesquisadores possam calcular a carga ativa exata para cada célula de teste.

Ideal para:

• Pesquisadores que montam células tipo moeda ou células tipo bolsa de camada única para avaliar ânodos LTO em relação a várias químicas de cátodo.
• Estudos comparativos entre ânodos LTO e ânodos de grafite ou silício para aplicações de alta taxa e longa vida útil de ciclo.
• Laboratórios acadêmicos e industriais que precisam de um eletrodo de ânodo LTO consistente e com qualidade controlada sem investir em equipamentos de revestimento e calandragem.
• Programas de teste de bateria que exigem uma janela de voltagem definida (1,0–2,5 V) e uma capacidade específica conhecida (160 mAh/g a 0,1C) para montagem de células reprodutível.

Precisa confirmar se as dimensões do eletrodo correspondem ao seu dispositivo de célula ou precisa de um tamanho personalizado? Entre em contato com nossos engenheiros de materiais de bateria com o seu projeto de célula tipo moeda ou célula tipo bolsa.

Onde o eletrodo de ânodo LTO se encaixa na pesquisa e montagem de baterias

Em um fluxo de trabalho típico de pesquisa de bateria, o eletrodo TOB-LTO-A é usado como o componente de ânodo na montagem de células tipo moeda ou células tipo bolsa. O eletrodo é fornecido pronto para corte, pesagem, secagem e montagem. A sequência de uso recomendada é a seguinte:

1. Corte do eletrodo

A folha TOB-LTO-A é cortada no tamanho de disco de eletrodo necessário para a montagem da célula tipo moeda. Para células tipo moeda, os diâmetros de disco de eletrodo recomendados são 12 mm ou 14 mm. Uma máquina manual de corte de disco de eletrodo para células tipo moeda (TOB-CP60) é recomendada para esta etapa. A máquina de corte produz discos com bordas limpas, sem rebarbas que poderiam causar curtos-circuitos internos.

Cortador recomendado: Máquina manual de corte de disco de eletrodo para células tipo moeda (TOB-CP60)

2. Pesagem do eletrodo

Após o corte, o disco de eletrodo é pesado em uma balança analítica eletrônica para determinar sua massa. Essa massa é usada para calcular a carga de material ativo da célula. A TOB recomenda a balança analítica eletrônica TOB-JA11033 para esta etapa.

Balança recomendada: Balança analítica eletrônica (TOB-JA11033)

Fórmula de cálculo de material ativo: Massa do material ativo = (massa do disco de eletrodo (mg) − área do disco (cm²) × densidade superficial do coletor de corrente (mg/cm²)) × fração de massa do material ativo

Usando as especificações do TOB-LTO-A: a densidade superficial do coletor de corrente é 4,22 mg/cm² e a fração de massa do material ativo é 93,5% (verifique a fração de material ativo no rótulo do lote real do eletrodo).

3. Cozimento do eletrodo

Os discos de eletrodo cortados devem ser cozidos em um forno a vácuo a 60–80 °C por 2–4 horas antes da montagem para remover a umidade adsorvida. Esta etapa é essencial para um desempenho consistente da célula, pois a umidade residual pode reagir com o eletrólito e degradar a eficiência do primeiro ciclo.

Forno recomendado: Forno de laboratório a vácuo (TOB-DZF-6050)

4. Montagem da célula

A montagem da célula é realizada dentro de uma glovebox sob uma atmosfera inerte para proteger tanto o eletrodo LTO quanto o contra-eletrodo de lítio (para meias-células) da umidade e do oxigênio. A sequência de montagem recomendada para uma meia-célula tipo moeda com um contra-eletrodo de metal de lítio é:

Capa negativa → Disco de lítio → Eletrólito → Separador → Eletrólito → Disco de eletrodo LTO → Espaçador → Mola → Capa positiva

O seguinte equipamento é recomendado:

• Glovebox: Glovebox de estação de trabalho única (TOB-GB-1220)
• Crimpadora de célula tipo moeda: Crimpadora manual hidráulica para células tipo moeda (TOB-MR-120)

5. Teste de bateria

A célula montada é testada em um sistema de teste de bateria. A corrente é calculada a partir da massa do material ativo e da capacidade específica nominal. O cálculo é:

Corrente de 0,1C = 1C × 0,1

onde a corrente de 1C (mA) = massa do material ativo (mg) × 0,001 × capacidade específica nominal (mAh/g)

Usando uma capacidade específica nominal de 160 mAh/g, uma corrente de 0,1C para uma carga de material ativo de 5 mg seria 5 × 0,001 × 160 × 0,1 = 0,08 mA. A faixa de voltagem deve ser definida para 1,0–2,5 V conforme a especificação do eletrodo.

Testador recomendado: Testador de Células-Botão de 8 Canais e Três Faixas (TOB-CT-4008-5V10mA-164)

Especificações Técnicas

Embalagem: 5 folhas por pacote

Notas:

1. A fração de massa do material ativo do eletrodo deve estar sujeita ao rótulo no produto real. A fórmula de cálculo do material ativo é fornecida na seção de uso acima.
2. Após abrir a embalagem do eletrodo, sele e armazene as folhas restantes adequadamente. As folhas de eletrodo podem ser armazenadas em uma glovebox ou em um forno a 60 °C.

Nome do material: Eletrodo negativo revestido de lado único — folha de alumínio revestida com titanato de lítio (LTO), eletrodo de lado único

Aplicação: Material de ânodo para bateria de íon-lítio

Principais Características de Engenharia do TOB-LTO-A

• Eletrodo Revestido de Lado Único Pronto para Uso - O TOB-LTO-A elimina a necessidade de preparação de pasta, revestimento, secagem e calandragem no laboratório de pesquisa. O eletrodo é fornecido como folhas pré-cortadas com uma densidade areal de revestimento definida (12 ± 0,2 mg/cm²) e densidade compactada (1,6 ± 0,1 g/cm³), fornecendo um ânodo consistente e com qualidade controlada para a montagem de células.
• Material Ativo LTO de Tensão Zero - O titanato de lítio sofre uma mudança de volume insignificante durante a intercalação e desintercalação de lítio, o que é a base de sua excepcional vida útil e estabilidade estrutural. Quando combinado com um cátodo adequado, as células baseadas em LTO podem fornecer centenas de milhares de ciclos com perda mínima de capacidade.
• Capacidade Específica Definida (160 mAh/g a 0,1C) - A capacidade específica especificada fornece uma base confiável para calcular a corrente de teste durante o ciclo da célula. Usando a fórmula fornecida, os pesquisadores podem calcular a corrente exata de 0,1C, 0,5C ou 1C para sua carga de eletrodo específica, permitindo condições de teste reprodutíveis entre células e lotes.
• Janela de Tensão Controlada (1,0–2,5 V) - O eletrodo é classificado para uma janela de tensão de 1,0–2,5 V, que é a faixa operacional típica para ânodos de LTO combinados com cátodos de alta tensão. O patamar de tensão plano do LTO (~1,55 V vs. Li⁺/Li) fornece um potencial operacional estável que é intrinsecamente seguro contra a formação de dendritos de lítio.
• Coletor de Corrente de Folha de Alumínio (16 μm) - Ao contrário dos ânodos de grafite que requerem folha de cobre, o LTO opera em um potencial mais alto e pode usar folha de alumínio leve como coletor de corrente. A folha de alumínio de 16 μm oferece boa condutividade e reduz o peso inativo do eletrodo, contribuindo para uma maior densidade de energia gravimétrica.
• Alta Fração de Massa de Material Ativo (93,5 %) - O alto teor de material ativo em relação ao aglutinante e aos aditivos condutores garante que o desempenho do eletrodo medido reflita fielmente as propriedades intrínsecas do material LTO, o que é importante para a avaliação de materiais e estudos comparativos.

Armazenamento e Manuseio Recomendados

• Armazenamento: Mantenha as folhas de eletrodo na embalagem original lacrada em um ambiente seco. Após abrir, armazene as folhas restantes em uma glovebox ou em uma estufa a 60 °C conforme especificado pelo fabricante, para evitar a adsorção de umidade.
• Manuseio: Manuseie as folhas de eletrodo com pinças limpas ou luvas sem pó. Evite tocar na superfície revestida, pois óleos da pele e umidade podem introduzir contaminação que afeta a eficiência do primeiro ciclo da célula.
• Secagem pré-montagem: Seque os discos de eletrodo cortados a 60–80 °C por 2–4 horas sob vácuo imediatamente antes da montagem da célula, conforme descrito na sequência de uso.
• Corte: Para montagem de célula tipo moeda (coin-cell), corte o eletrodo em discos de 12 mm ou 14 mm de diâmetro usando um cortador de discos manual. Para células tipo bolsa (pouch cells), o eletrodo pode ser cortado nas dimensões retangulares necessárias com um cortador de precisão.

Perguntas Frequentes de Engenharia

P1: Por que a folha de alumínio é usada como coletor de corrente para o ânodo de LTO em vez da folha de cobre?

O LTO opera em um potencial mais alto (~1,55 V vs. Li⁺/Li) do que o grafite, o que significa que o alumínio não corrói nem forma liga com o lítio no potencial operacional do ânodo. Isso permite que a folha de alumínio, mais leve e de menor custo, substitua a folha de cobre, reduzindo o peso inativo e o custo do eletrodo. Esta é uma das principais vantagens do LTO sobre os ânodos de grafite.

P2: Qual é a fórmula de cálculo do material ativo e como a utilizo?

A fórmula é: Massa de material ativo = (massa do disco de eletrodo (mg) − área do disco (cm²) × densidade superficial do coletor de corrente (mg/cm²)) × fração de massa de material ativo

Por exemplo, para um disco de 14 mm de diâmetro (área = 1,54 cm²) pesando 25 mg, usando os valores TOB-LTO-A (densidade superficial do coletor de corrente 4,22 mg/cm², fração de material ativo 93,5 %):

• Massa da folha = 1,54 × 4,22 = 6,5 mg
• Massa do revestimento = 25 − 6,5 = 18,5 mg
• Massa de material ativo = 18,5 × 0,935 = 17,3 mg

Esta massa de material ativo é então usada para calcular a corrente de teste.

P3: Qual é a sequência recomendada de montagem de célula tipo moeda para uma meia-célula de LTO?

A sequência recomendada é: Caixa negativa → Disco de lítio → Eletrólito → Separador → Eletrólito → Disco de eletrodo de LTO → Espaçador → Mola → Caixa positiva. O eletrodo de LTO é o eletrodo do lado positivo nesta configuração (testado contra lítio metálico), e a célula é crimpada usando um crimpador manual hidráulico para células tipo moeda.

P4: Como devo calcular a corrente de teste para ciclar a célula montada?

A corrente de teste é calculada a partir da massa de material ativo e da capacidade específica nominal (160 mAh/g): Corrente de 1C (mA) = massa de material ativo (mg) × 0,001 × 160 (mAh/g) Corrente de 0,1C = corrente de 1C × 0,1

Por exemplo, para uma massa de material ativo de 17,3 mg: Corrente de 1C = 17,3 × 0,001 × 160 = 2,77 mA; Corrente de 0,1C = 0,277 mA. Defina a faixa de tensão para 1,0–2,5 V.

P5: Como as folhas de eletrodo restantes devem ser armazenadas após a abertura da embalagem?

Conforme as instruções do fabricante, as folhas de eletrodo devem ser seladas e armazenadas em uma glovebox ou em uma estufa a 60 °C após a abertura da embalagem. Isso evita a adsorção de umidade no revestimento de LTO, o que aumentaria a umidade residual da célula e afetaria a eficiência de formação.

Pronto para montar meia-células ou células completas de LTO reprodutíveis com um ânodo pré-revestido e com qualidade controlada? Solicite um orçamento para TOB-LTO-A ou entre em contato com nossos engenheiros de materiais de bateria para obter orientação sobre combinação de eletrólitos, compatibilidade de dispositivos de teste de células e cálculo de corrente de teste.

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