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O termo "baterias de iões de Lítio" engloba uma família inteira de baterias usando vários materiais (mas o Lítio está sempre presente) para construir vários sistemas eletroquímicos. As baterias de Lítio são uma tecnologia relativamente recente (foi introduzida no início da década de 1990), e ainda se encontra em desenvolvimento [29]. O elétrodo positivo é composto por um Óxido metálico com Lítio, e o material utilizado no elétrodo negativo é a grafite (um derivado do Carbono). Utiliza um eletrólito líquido,

um sal de Lítio dissolvido em carbonatos orgânicos, normalmente de LiPF6

(Hexafluorfostato de Lítio), mas a composição exata difere consoante os fabricantes. Na literatura, além da utilização da fórmula química para designar a bateria consoante o material utilizado, também são empregues abreviaturas. No cátodo podem ser usados vários materiais e os principais são [13]:

 Óxido de Lítio-Cobalto (LiCoO2) - a sua abreviatura é LCO (lithium cobalt oxide);

 Lítio Fosfato de Ferro (LiFePO4) - a sua abreviatura é LFP (lithium iron phosphate);

 Óxido Lítio-Níquel (LiNiO2);

 Óxido de Lítio-Manganésio (LiMn2O4) - a sua abreviatura é LMO (lithium

manganese oxide);

 Óxido de Lítio-Alumínio (LiAlO2).

O primeiro material utilizado no cátodo das baterias de Lítio foi o Cobalto, e ainda é o material mais comum hoje em dia. É usado, especialmente, em pequenas aplicações portáteis. A sua grande desvantagem é o preço elevado do Cobalto.

A bateria de iões de Lítio tem elevada energia específica, alta potência específica e não apresenta efeito de memória. É uma bateria “amiga do ambiente”, reciclável e não utiliza na sua construção materiais tóxicos, como o Cádmio, Chumbo ou Mercúrio [6].

Tem ainda outras vantagens, como um ciclo de vida longo, não precisa de manutenção e operação com uma ampla gama de temperaturas, aproximadamente entre 20 ºC e 60 ºC. Em comparação com as baterias de NiMH e NiCd as células das baterias de Lítio têm uma tensão mais elevada, na gama de 3 V a 4 V (na maior parte, dependendo da natureza dos materiais escolhidos.), pelo que para atingir a mesma tensão são necessárias menos células. Uma vantagem destas baterias para aplicações em EVs é permitirem uma elevada taxa de carregamento e descarregamento (até 5C), diminuindo assim o tempo necessário para o carregamento destas baterias [2]. Estas características tornam esta tecnologia de bateria a mais promissora para aplicação nas próximas gerações de EVs [1], [9], [14], [15], [27].

As baterias de Lítio também apresentam algumas desvantagens. Destacam-se a falta de segurança e o seu elevado custo inicial (é a tecnologia mais cara), inflacionado ainda pelo custo do sistema de gestão, monitorização e controlo que estas baterias necessitam para evitar sobrecarga, sobretensão e para manter a temperatura dentro dos limites adequados. Todavia, com este sistema de gestão um nível elevado de segurança consegue ser alcançado.

Existe também a bateria Lítio de polímero que apenas difere das baterias de Lítio no material do eletrólito utilizado. Neste caso, o eletrólito é um condutor de polímero sólido ou um gel. Em comparação com as baterias de iões de Lítio é mais segura, porque o eletrólito é um material sólido que não vaza em caso de acidente e devido à sua baixa reatividade com o Lítio, além disso o seu custo é menor [15], [27]. Apesar da densidade de energia e a energia específica serem comparáveis com as das baterias de iões de Lítio, as baterias de Lítio polímero apresentam uma potência específica menor. A bateria Lítio polímero tem ainda a particularidade de poder ser produzida em qualquer tamanho ou forma, o que proporciona flexibilidade para os fabricantes de EVs [5], [10], [13], [17], [21], [30], [31].

Na Tabela 2.10 apresenta-se um módulo composto por 4 células de Lítio, produzido pela empresa GS Yuasa, modelo LEV50-4, que é utilizado no BEV

Mitsubishi iMiEV [13], [32].

Na Tabela 2.11 apresenta-se uma célula de iões de Lítio produzida pela AESC (Automotive Energy Supply Corporation) que corresponde ao ESS utilizado no veículo

Nissan Leaf. A bateria deste veículo é composta por 48 módulos, onde cada módulo é

Tabela 2.10 – Bateria de iões de Lítio produzida pela GS Yuasa, modelo LEV50-4 [30]. Tensão nominal: 14,8 V (4 células em série)

Capacidade: 50 Ah

Energia Especifica: 99 Wh/kg

Tamanho (C x L x A): 175 x 194 x 116 mm

Massa: 7,5 Kg

Tabela 2.11 – Célula de iões de Lítio produzida pela AESC [33]. Tensão Nominal: 3,8 V

Capacidade: 33,1 Ah

Material cátodo: LiM2O4 com LiNiO2

Tamanho (C x L x E): 290 x 216 x 7,1 mm

Massa: 799 g

Na Tabela 2.12 apresenta-se uma célula de iões de Lítio de polímero produzida pela MYD (MD Technology Limited) correspondente à série XX3375 e ao modelo

083375H. Esta célula destina-se principalmente para aplicações portáteis, como por

exemplo, computadores pessoais, telemóveis e câmaras digitais.

Tabela 2.12 - Célula de iões de Lítio produzida pela MYD [34]. Tensão Nominal: 3,7 V

Capacidade: 3 500 mAh Resistência: <50 mΩ

Tamanho (C x L x E): 75 x 33 x 3,1 mm

Massa: 67 g

Método de Carregamento para as Baterias de Iões de Lítio

Este tipo de baterias tem requisitos críticos que devem ser cumpridos durante o carregamento para evitar a sobrecarga ou o sobreaquecimento. O método de carregamento da bateria de iões de Lítio é semelhante ao método de carregamento da bateria de Chumbo-Ácido, corrente constante seguida de tensão constante, mas sem a fase de carga flutuante para não ocorrer sobrecarga [5]. Contudo, no carregamento das

baterias de iões de Lítio utiliza-se uma tensão por célula maior, mas com menor flexibilidade em relação à tensão de corte, e a taxa de carregamento pode ser maior.

Aumentar a corrente de carga não diminui o tempo de carregamento das baterias de iões de Lítio, porque apesar da duração do estágio corrente constante (fase 1) ser menor a duração do estágio tensão constante (fase 2) vai ser maior. Contudo, para carregamento rápido alguns carregadores apenas aplicam a fase 1, mas no máximo só carregam as células até 85% da sua capacidade.

A tensão na fase 2 é normalmente de 4,1 V ou 4,2 V a 25 ºC. O carregamento a uma tensão de 4,2 V oferece uma maior capacidade mas o ciclo de vida é mais curto em comparação com o carregamento com uma tensão de 4,1 V [15], [19].

Apesar do carregamento da bateria de iões de Lítio não utilizar o estágio de carga flutuante ou carga lenta, em alguns carregadores quando a tensão em circuito aberto desce abaixo dos 4 V, devido à auto-descarga voltam a recarregar a célula até os 4,1 V ou 4,2 V através da aplicação de um estágio de carga lenta ou de carga flutuante.

Alguns fabricantes recomendam aplicar uma taxa de carga baixa (0,1 C) quando a célula está muito descarregada (tensão for inferior a 2,9 V), estágio designado por pré-carga. O processo deve manter-se inalterado até que seja atingido um determinado valor de tensão (normalmente 3 V). Quando a tensão for superior aos 3 V aplica-se o método de carregamento corrente constante seguida de tensão constante [22], [25], [28], [35].