Les cel·les d’ió liti contenen més energia perquè els elèctrodes estan formats per materials reactius. Aquests es descomponen a una temperatura elevada generat 𝑂2, que de forma exotèrmica, reacciona
amb els materials que hi ha presents a la cel·la [12,13]. Per tal de que no es produeixi el desbordament tèrmic, s’ha de millorar l’estabilitat tèrmica de la bateria, procés que va lligat amb el tipus, estructura i morfologia de la bateria [45].
7.1. Càtodes
El càtode pot estar compost per materials com el 𝐿𝑖𝐶𝑜𝑂2, el 𝐿𝑖𝑀𝑛2𝑂4, el 𝐿𝑖𝑁𝑖𝑂2, el 𝐿𝑖𝐹𝑒𝑃𝑂2 i el
𝐿𝑖𝑊𝑂2 entre d’altres, per tal de que no entrin en contacte directe amb l’electròlit i de millorar la seva
estabilitat estructural, se’ls recobreix amb una vestimenta d’òxid inert, entre els quals destaquen els 𝑀𝑔𝑂, 𝐴𝑙2𝑂3, 𝑆𝑖𝑂2, 𝑇𝑖𝑂2, 𝑍𝑛𝑂 i el 𝑍𝑟𝑂2. Aquests recobriments han de retardar les reaccions que
indueixen al desbordament tèrmic. De forma experimental s’ha conclòs que aquests recobriments disminueixen el rati de calor i augmenten en 20°C la temperatura d’inici del desbordament tèrmic, portant-la al voltant dels 260°C [14]. Aquests materials provoquen un augment del desordre en la estructura però les reaccions internes i la calor generada durant els cicles de vida útils, disminueixen. Un altre avantatge dels recobriments d’òxids es que actuen sobre el fluorur d’hidrogen, el qual es resultant de les reaccions de descomposició del 𝐿𝑖𝑃𝐹6 en contacte amb l’aigua i que pot provocar
corrosions a les partícules dels càtodes [16].
Per tal de millorar la resposta a l’abús tèrmic, aquests recobriments han de ser estables i mantenir les seves propietats de protecció a elevades temperatures, on la cinètica de reacció entre el càtode i l’electròlit reacciona generant un increment exotèrmic provocant una disminució de l’estabilitat estructural [14]. La generació de calor pot provocar l’aparició d’algunes espècies com per exemple el 𝐶𝑂, el 𝐶𝑂2 i el 𝐶𝐻4, en petita quantitat, menys del 10%, també es produeix hidrogen que pot
reaccionar i finalment formar 𝐶𝐻4, 𝐶2𝐻4 i el 𝐶2𝐻6 [59].
7.2. Ànodes
Per tal de millorar l’estabilitat del SEI, s’ha de modificar la seva estructura amb una lleu oxidació, una deposició de metalls i d’òxid de metall revestits amb polímers [60]. La superfície estructural del grafè millora a través de la suavització de les superfícies exteriors a causa de l’eliminació dels reactius o dels defectes que pugui tenir en la superfície, formant una densa capa d’òxid a la pròpia superfície externa o cobrint les parts externes [16]. Perquè les condicions de seguretat siguin millors, els materials que
d’aquests, els beneficis d’aquests ànodes són la millora de la estabilitat tèrmica i el seu potencial [14]. Com a resultat, el contacte directe entre el grafè i l’electròlit es controlat. La reactivitat de la superfície amb els elèctrodes, la descomposició dels elèctrodes, la intercalació dels ions de liti i l’efecte de la resistència en la càrrega i descàrrega són inhibits [16].
Els ànodes del tipus LTO, que són els 𝐿𝑖4𝑇𝑖5𝑂12, han estat proposats com a alternativa segura dels
elèctrodes de grafè ja que no presenten xapa de liti, tenen baix valor d’auto-escalfament, la calor que generen a elevades temperatures es inferior que en el cas del grafè, el 𝐿𝑖4𝑇𝑖5𝑂12 pot absorbir l’oxigen
del càtode provocant un augment en la estabilitat de la cel·la i el cicle de vida útil està estimat als 20 anys [14].
Una altre opció de millora en els ànodes són els aliatges de liti, els quals han estat desenvolupats per produir més generació d’energia. S’ha demostrat que els ànodes basats en nano-fils de silici presenten un bon contacte electrònic amb la conducció [14].
7.3. Electròlits
L’electròlit més usat en aquestes bateries es el de 𝐿𝑖𝑃𝐹6 que es descompon en 𝐻𝐹 i en 𝑃𝐹5, aquest
darrer actua com a catalitzador per a la reacció de descomposició del solvent [59]. Les millores dels electròlits són per protegir els càtodes, per millorar la formació del SEI o per estabilitzar la cel·la [61]. En el cas de que és vulgui usar un electròlit més estable, els més comuns són el 𝐿𝑖𝐹𝐴𝑃 i el 𝐿𝑖𝐵𝐹4 [62].
Com a solució del desbordament tèrmic en els electròlits, es recomana realitzar petites addicions de materials com el VC, VEC, FEC o el TDI els quals formen un film robust a la capa exterior del SEI [16], la utilització d’aquests additius redueix la generació de gas en el procés de descomposició [62].
Per tal de disminuir la inflamabilitat dels electròlits, s’està investigant l’efecte dels retardants de flama, els quals haurien de endarrerir la sortida de la flama en el càtode i en l’ànode [63]. La funció principal d’aquests additius està basada en la pròpia eliminació catalítica, com l’𝑂𝐻− i l’𝐻+que poden ser subproductes de la reacció de descomposició del SEI, aquests radicals lliures són els que s’encarreguen de mantenir la combustió en fase gas [62]. La utilització dels retardants de flama requereix l’ús addicional d’additius per tal d’estabilitzat l’ànode [14], en aquest cas, els més emprats són el trimetil- fosfat, el dimetil-metil fosfat i/o el 4-iso-propil fenil difenil fosfat [64]. El dimetil-metil fosfat es el material que aporta millors resultats com a inhibidor dels radicals lliures, capturant 𝑙′𝐻+ i 𝑙′𝑂𝐻−en la zona de la flama [65]. Per contra, una manera de millorar l’estabilitat de l’electròlit es el fet de canviar els seus components, l’exemple més estudiat és el cas del bioxalat de borat (LiBOB)/γbutirolactone [52,53] que segons l’estudi realitzat en el document de la referencia [64], podem veure com afecta a les reaccions de descomposició descrites anteriorment.
Il·lustració 16. Voltatge de components que presenten additius de flama [64].
En la Il·lustració 16, es pot observar que no hi ha reaccions secundàries o descomposicions quan el voltatge de la cel·la arriba fins a 5,00 V, passat aquest valor a la gràfica hi ha un pic, que es tracta de la descomposició de l’additiu [64] .
Els components líquids iònics estan sent investigats perquè tenen un gran potencial per millorar la resposta davant l’abús, respecte a la inflamabilitat de l’electròlit. Aquests líquids són substancies no volàtils, no inflamables, altament conductives, ambientalment compatibles i tenen un rang de seguretat alt alhora d’operar dins de les cel·les. Les bateries que contenen aquest tipus d’electròlit com que no tenen components volàtils no són inflamables [14].
Finalment, un recobriment polimeritzat pot reduir el corrent de càrrega i protegir les bateries de les condicions perilloses de sobre-càrrega. La descomposició oxidativa de l’electròlit pot ocórrer als 5,00 V on a aquest potencial es detecta com a sobre-càrrega. Per tal d’evitar la descomposició de l’electròlit, la reacció de polimerització ha de tenir lloc entre els 4,20-5,00 V [14].
7.4. Separadors
En el cas de la millora del separadors es pot fer un revestiment a les membranes amb partícules inorgàniques les quals es fixen a la superfície d’aquestes amb polímers que contenen fluor. Per tal de prevenir un curtcircuit causat per la conductivitat de les partícules, l’ànode es recobert amb una capa molt final de partícules inorgàniques fixades amb un agent orgànic. Un altre procés de millora seria la integració de partícules inorgàniques a les membranes on es milloraria la seguretat fent que la possibilitat de contracció de les bateries disminuís, en aquest cas, també es produiria un augment del cicle de vida útil a raó de l’augment de la permeabilitat i de la porositat [2].
Per altra banda, es poden usar separadors de nanofibres els quals tenen un gruix de 200 a 1000 µm, aquestes fibres milloren el potencial i la densitat d’energia de les bateries o els separadors amb teixits els quals es caracteritzen per ser combinació de polímers flexibles amb estabilitat química i tèrmica de partícules inorgàniques com el 𝐴𝑙2𝑂3, aquests utilitzen uns teixits que han estat impregnats de