Parte 1: Orígenes y exploración temprana de la tecnología
1.El prototipo de batería primaria de litio
En la década de 1950, el Departamento de Defensa de EE. UU. y la NASA comenzaron a investigar baterías de alta-energía-utilizando fluoruros metálicos como cátodo y litio metálico como ánodo. Sin embargo, la formación de dendritas de litio provocó inestabilidad en el rendimiento. Un avance conceptual clave se produjo en 1962, cuando un equipo de Lockheed propuso un sistema de electrolitos de litio no acuoso, sentando las bases para el desarrollo futuro.
2.Avance en las baterías recargables de iones de litio-
En 1972, Stanley Whittingham de ExxonMobil desarrolló la primera batería de litio recargable funcional. Utilizó capas de disulfuro de titanio (TiS₂) como cátodo y litio metálico como ánodo, funcionando a aproximadamente 2,4 V-significativamente más que las baterías contemporáneas de níquel-cadmio. Sin embargo, el ánodo de litio metálico tendía a formar dendritas durante el ciclo, lo que creaba un riesgo para la seguridad que obstaculizaba la comercialización.
3.Innovación en materiales catódicos
En 1980 se produjo un gran salto con el descubrimiento por parte del equipo de John B. Goodenough del óxido de litio y cobalto (LiCoO₂) como material catódico. Este material permitió un voltaje de celda de 4 V y aproximadamente duplicó la densidad de energía. Si bien este avance sentó las bases para las modernas baterías-de alta-energía-, todavía dependía de un ánodo de metal de litio, lo que dejaba sin resolver los problemas de seguridad.
Parte 2: Innovación clave
1 Reemplazo del material del ánodo
El paso fundamental hacia baterías recargables seguras fue la sustitución del metal de litio. En 1982, Agarwal y Selman del Instituto de Tecnología de Illinois descubrieron la intercalación de iones de litio en grafito. A partir de esto, los investigadores de Bell Labs crearon la primera batería de iones de litio-utilizando un ánodo de grafito, que suprimió el crecimiento de dendritas. En 1985, Akira Yoshino montó un prototipo práctico utilizando coque de petróleo (un material de carbono similar al grafito) como ánodo y óxido de cobalto y litio como cátodo. Esta celda permitió el transporte estable de iones de litio entre electrodos, y Yoshino acuñó oficialmente el término "batería de iones de litio-.
2.Avance en electrolitos
Un último gran obstáculo-ciclo de vida-se superó en 1987 cuando un equipo de Sony descubrió que un electrolito basado en carbonato de etileno (EC)-permitía la formación de una película estable de interfase de electrolito sólido (SEI) en la superficie del ánodo de grafito. Esta capa protectora evita la descomposición continua del electrolito. Combinando estas innovaciones, Sony comercializó la primera batería de iones de litio-del mundo en 1991. Presentaba un cátodo de óxido de cobalto y litio y un ánodo de grafito, y su rápida adopción en videocámaras y teléfonos móviles marcó el comienzo de la era de los dispositivos electrónicos portátiles y delgados.
La siguiente es una tabla:
3,Cronología del desarrollo de baterías de iones de litio-:
| años | evento | Personal Clave/Empresa | significado |
|---|---|---|---|
| 1912 | Se propuso el concepto de baterías de metal litio. | Gilberto Lewis | Las primeras investigaciones sobre la viabilidad de las baterías de litio |
| 1970S | Comercialización de baterías primarias de litio (desechables) | Exxon, Moli Energía | Li/MnO₂, Li/SOCl₂, etc., han comenzado a utilizarse a gran escala. |
| 1980 | Se ha propuesto el concepto de "batería de mecedora": los iones de litio se insertan y extraen repetidamente entre los electrodos positivo y negativo. | Rachid Yazami (los iones de litio están intercalados en el grafito del electrodo negativo) | Sentar las bases teóricas para las modernas baterías-de iones de litio |
| 1983 | Los ánodos de grafito de iones de litio-recargables y descargables logran | Rachid Yazami | Resolvió el problema de las dendritas de metal litio. |
| 1985 | John B. Goodenough propuso el cátodo de óxido en capas (LiCoO₂). | John B. Bueno | Surgen materiales catódicos de alto-voltaje (~4 V) y alta-capacidad |
| 1989 | Se logra el primer prototipo de batería de iones de litio-LiCoO₂/grafito | Akira Yoshino | Un prototipo de batería de iones de litio-recargable y verdaderamente segura |
| 1991 | Sony lanza la primera batería de iones de litio-disponible comercialmente en el mundo. | Sony + Asahi Kasei | Con una capacidad de 800 mAh y un voltaje de 3,6 V, se incorporó a la videocámara Sony CCD-TR1, marcando el comienzo de una nueva era de la electrónica de consumo. |
| 1996 | Invención del material catódico de fosfato de hierro y litio (LiFePO₄) | Equipo John B. Goodenough | Más seguro y con una vida útil más larga, pero con menor voltaje (3,2 V). |
| 1997 | Comercialización de baterías de polímero de litio. | Bellcore | Los electrolitos coloidales se pueden convertir en paquetes blandos ultra-delgados. |
| 2001 | Los materiales ternarios (LiNiCoMnO₂/NCM) comienzan a producirse en masa | Varias empresas | Mayor densidad de energía, reemplazando gradualmente al óxido de cobalto y litio. |
| 2008 | Tesla Roadster es el primero en utilizar baterías de iones de litio-18650 (Panasonic) en grandes cantidades. | Panasonic + Tesla | Marcando el comienzo de la era de los vehículos eléctricos (Sección 6876, 18650) |
| 2011 | Ternario con alto contenido de níquel-(NCM811) desarrollado con éxito | Varias empresas | La densidad de energía supera los 250 Wh/kg. |
| 2015 | Los ánodos de silicio-carbono inician aplicaciones-a pequeña escala | Amprius et al. | The negative electrode capacity has been increased from 360mAh/g to >420 mAh/g. |
| 2019 | John B. Goodenough,Stanley Whittingham,Akira Yoshino, Premio Nobel de Química | - | El reconocimiento oficial de las contribuciones de las baterías-de iones de litio a la humanidad |
| 2020 | Módulo de lanzamientos CATL-Tecnología CTP gratuita | CATL | La tasa de utilización del volumen aumentó entre un 15% y un 20%, el costo disminuyó |
| 2021 | La batería BYD Blade (fosfato de hierro y litio ultra-larga) entra en producción en masa | BYD | Las celdas de batería ultra-largas, con una longitud superior a 1 m, ofrecen seguridad y una alta densidad de energía volumétrica. |
| 2022 | El primer vehículo que cuenta con una batería de estado semi-sólido- (paquete NIO ET7 150kWh) | welion | Densidad de energía 360 Wh/kg, transición a estado totalmente-sólido |
| 2023 | Lanzamiento de la batería Kirin (CATL) + batería solidificada (GAC) | CATL/GAC | Las densidades de energía de los monómeros son 255 Wh/kg y 400 Wh/kg (solidificados en el laboratorio), respectivamente. |
| 2024 | El primer año de producción en masa de baterías de estado sólido-/semi-sólido-: SAIC Smart Battery L6 (Qingtao), GAC (a base de sulfuro-), etc. | Varias empresas | Densidad de energía 350-400 Wh/kg, autonomía de 600+ km después de 10 minutos de carga. |
| 2025 | Varias baterías de estado sólido-de clase -de 500 Wh/kg han anunciado planes de producción en masa para 2026-2027. | Toyota, CATL, BYD, QuantumScape, etc. | Con una autonomía de 1000-1500 km, las baterías de una sola-celda se han convertido en una realidad, marcando el comienzo de la era "post-litio-de las baterías de iones de litio. |
4,Tabla de evolución de la densidad de energía:
| años | Materiales de cátodo convencionales | Densidad de energía (Wh/kg) | Modelos/productos representativos |
|---|---|---|---|
| 1991 | LiCoO₂ | 90-120 | cámara sony |
| 2008 | LiCoO₂/NCA | 180-220 | Tesla Roadster |
| 2018 | NCM523/622 | 220-260 | Tesla modelo 3 |
| 2021 | NCM811/Alto níquel | 260-300 | ET7, L9 |
| 2023 | Alto contenido de níquel + silicio-carbono | 300-350 | Batería Kirin, Tesla 4680 |
| 2025 | Semi{0}}sólido/sólido | 350-500+ | Zhiji L6, vehículo prototipo-de estado sólido de Toyota |
