Es ampliamente conocido que las baterías de iones de litio son de las más utilizadas en el mundo debido a las numerosas ventajas que han supuesto para distintos sectores, especialmente el tecnológico.

Sin embargo, este tipo de baterías requieren ciertos cuidados especiales a la hora de su utilización, ya que de emplearlas de forma inadecuada puede constituirse en un verdadero peligro para el usuario que las manipula.

Es por esta razón que es de vital importancia destacar cuáles son sus usos y riesgos.

En principio, es relevante señalar que el funcionamiento de una batería depende del voltaje de la célula y la temperatura que posea la misma, por lo que sus efectos varían en función de esto, como se explica a continuación:

1. Efectos en relación al voltaje de la batería:

Si una batería de ion-litio recibe un voltaje mayor a 4,2V pueden ocurrir los siguientes inconvenientes:

– Que se acumulen los iones de litio en la superficie del ánodo y formen una placa de litio metálico (lithium planting), lo que implica que la capacidad de la batería se reduce e incluso puede llegar a hacer cortocircuito;

–  Que ocurra un sobrecalentamiento de la célula de la batería por efecto Joule.

Ahora, como se mencionó anteriormente, estos efectos son producidos gracias a la sobrecarga de la batería, pero ¿qué sucede cuando se sobredescarga?

La respuesta es que se descomponen los materiales de los electrodos. En el caso del ánodo, el colector de corriente de cobre se disuelve en el electrolito, lo que aumenta la auto descarga de la batería y cuando se intenta cargar la célula, los iones de cobre disueltos no se depositan en el cobre del ánodo, lo que se pudiera traducir en un cortocircuito entre electrodos. En el caso de los cátodos, ocurre también una descomposición constante y gradual donde se libera oxígeno del óxido de litio-cobalto y del óxido de litio-manganeso, ocasionando una presión sostenida dentro de la célula que podría hacerla explotar violentamente si no se controla su salida.

2- Efectos en relación a la temperatura de la batería:

La reacción química de la batería con respecto a la temperatura se produce de acuerdo con la Ley de Arrhenius, es decir, que si la temperatura se reduce, lo mismo harán las reacciones químicas que se generan dentro de la célula de la batería y viceversa. Veamos:

–  Bajas temperaturas

Cuando se reduce la temperatura de la célula, también lo hace la corriente que puede soportar la misma durante la carga y descarga, lo que origina pérdida de potencial útil y daños en la batería, que incluso pueden llegar a producir la formación de placas de litio ya que los iones de litio no se insertarán entre los estratos de intercalación.

– Altas temperaturas

En este caso, el efecto casi siempre deriva en la destrucción total de la célula de la batería, ya que como la corriente que genera esta aumenta, lo mismo hace la potencia disipada en la resistencia interna de la misma, ocasionando que se disipe en calor y que aumente aún más la temperatura. Si no se controla pronto ni se refrigera la célula para dispersar más calor del que se genera hasta llegar a los márgenes seguros, todo puede conllevar a una fuga térmica e incluso a una explosión.

¿Cómo se produce una fuga térmica?

Lo primero que ocurre es la destrucción de la capa SEI (Solid Electrolyte Interface) del ánodo, que se genera debido al sobrecalentamiento o perforación que puede producirse por corriente excesiva, sobrecarga o temperatura demasiado alta.

Todo sucede gradualmente y la destrucción del estrato puede comenzar por temperaturas relativamente bajas como 80°. Cuando finalmente se daña esta capa, el electrolito reacciona de forma descontrolada, ocasionando una reacción exotérmica que va aumentando cada vez más la temperatura.

Mientras esta crece, el calor que se desprende va descomponiendo los disolventes orgánicos que utiliza el electrolito y libera gases inflamables, como el etano y el metano, pero sin oxígeno. Esta descomposición tiende a iniciarse cuando la temperatura alcanza los 110°, sin embargo, depende de la naturaleza del electrolito, habiendo casos en los que inicia a los 70°.

El gas que se genera se acumula e incrementa la presión dentro de la célula, pero no inicia combustión alguna por la inexistencia de oxígeno. Por lo general, estas células poseen un mecanismo que les permite liberar presión sin que explote, no obstante, si los gases se liberan a la atmósfera a esa temperatura, la célula arde.

Una vez que la misma alcanza los 135°, el separador se funde y provoca un cortocircuito entre los electrodos y el calor generado por esta reacción hace que se descompone el óxido del cátodo, lo que libera oxígeno y hace que la célula arda y finalmente explote.

Habiendo conocido todos los posibles efectos que se pueden producir en las baterías de ion-litio, es concluyente que uno de los más peligrosos ocurren cuando existe un exceso de temperatura, ya que hay riesgo de que arda la célula y que explote, lo que representa una amenaza peligrosa para el usuario de la batería.

Sin embargo, también se debe tomar en cuenta que las sobrecargas y sobredescargas generan daños considerables a la vida útil de la batería, que hará que no sólo pierda capacidad, sino que se caliente más y quede inutilizable.

En conclusión, es importante mantener a las baterías dentro de los márgenes correspondientes de seguridad y tratar de evitar los extremos referentes al voltaje y a la temperatura que reciben las mismas para que el usuario pueda disfrutar adecuadamente de sus beneficios.