Baterias de lítio

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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Química Bacharelado 
 
 
 
 
 
 
MARIA EDUARDA GAMEIRO 
 
 
 
 
 
 
BATERIAS DE LÍTIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rio de Janeiro, Niterói 
2020 
 
 
 
 
 
 
MARIA EDUARDA GAMEIRO 
 
 
 
 
 
BATERIA DE LÍTIO 
 
 
 
 
Monografia apresentada à Universidade Federal Fluminense 
como requisito parcial para aprovação em Introdução a 
Informática 
Adriano Caminha 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Rio de Janeiro, Niterói 
2020 
 
 Introdução 
 
As baterias foram a principal fonte de eletricidade antes do desenvolvimento de 
geradores elétricos e redes elétricas, por volta do final do século XIX. O desenvolver 
da tecnologia das baterias proporcionaram grandes avanços na área elétrica, desde 
os primeiros estudos até o surgimento de telégrafos e telefones, levando a tecnologia 
a computadores portáteis, telefones celulares, carros elétricos e muitos outros 
dispositivos. 
Com o tempo cientistas desenvolveram diversos tipos de baterias, para 
diferentes utilizações importantes. “Células úmidas” eram recipientes abertos que 
continham eletrólito líquido e eletrodos metálicos. Quando os eletrodos eram 
completamente consumidos, a célula úmida era renovada substituindo os eletrodos e 
eletrólitos. 
Uma importante classificação das baterias é pelo seu ciclo de vida, as primeiras 
baterias produziam corrente assim que fabricada, mas, uma vez que os elementos 
químicos ativos fossem consumidos, não poderiam ser recarregados eletricamente, 
tendo que ser descartados. O desenvolvimento da bateria de chumbo-ácido e tipos 
“secundários” ou “recarregáveis” permitiram que a energia fosse restaurada para a 
célula, prolongando a vida útil das células permanentemente montadas. Com a 
criação de baterias a base de níquel e lítio no século XX fez se possível o 
desenvolvimento de dispositivos eletrônicos portáteis, desde de lanternas até os 
atuais smartphones. 
Existem registros de que baterias foram criadas por iranianos há mais de dois 
milênios atrás. Os sistemas utilizados por eles eram de jarros de argila, que continham 
finos cilindros de cobre e um bastão de ferro dentro, para gerar energia através da 
oxidação do metal eram utilizados ácidos como suco de limão ou vinagre. 
Em 1780, Luigi Galvani estava dissecando um sapo preso a um gancho de 
latão. Quando ele tocou sua perna com o bisturi de ferro, ela se contraiu. Galvani 
acreditava que a energia que impulsionava essa contração vinha da própria perna e 
inicialmente a chamou de “eletricidade animal”. 
 
Mas o cientista Alessandro Volta discordava acreditando que este fenômeno foi 
causado por dois metais diferentes unidos por um intermediário úmido, ao verificar a 
hipótese através de um experimento. Volta inventou a primeira bateria verdadeira, que 
veio a ser conhecida como “pilha voltaica”., que consistia em pares de discos de cobre 
e zinco empilhados e intercalados, separados por uma camada de tecido ou papelão 
embebidos em salmoura (ou seja, o eletrólito). A pilha voltaica produzia uma 
eletricidade contínua e uma corrente estável, e perdia pouca carga ao longo do tempo 
em que não estava em uso. 
Com o tempo foram desenvolvidas outras pilhas com tecnologias mais 
avançada, como a pilha de Daniell, que era semelhante a pilha de Volta já que possuía 
eletrodos feitos de cobre e zinco. Porem a pilha de Daniell os eletrodos estão em 
compartimentos separados e se utiliza uma ponte salina para fechamento do circuito 
elétrico. Os eletrodos de cobre e zinco são imersos numa solução de sulfato de cobre 
e sulfato de zinco, respectivamente. E a pilha de Lechanché que pode ser 
considerada a pioneira das pilhas comuns utilizadas hoje em dia. A pilha era formada 
por um cilindro de zinco metálico que forma o ânodo e um cilindro de grafite que forma 
o cátodo, o cilindro de grafite é coberto por uma camada de dióxido de manganês e 
carvão em pó. Esta pilha tem característica ácida por causa do cloreto de amônia. A 
pilha de Leclanché não é recarregável, pois a reação química que ocorre em seu 
interior é irreversível. Com isso a pilha cessa seu funcionamento quando não há mais 
dióxido de manganês para ser consumido. 
Em 1859, o físico francês Gaston Planté inventou a primeira bateria 
recarregável à base de chumbo e ácido, que se tornou o primeiro tipo de bateria 
recarregável a ser comercializado. 
A bateria de chumbo-ácido é constituída de dois eletrodos, um de chumbo e o 
outro de dióxido de chumbo, ambos mergulhados em uma solução de ácido sulfúrico. 
Esta célula é capaz de produzir 2 volts. Associando-se várias células em série 
conseguem-se tensões maiores, como por exemplo, 12V que é a tensão mais comum 
nas baterias de carros. 
Para recarregar a bateria, conecta-se uma fonte de corrente contínua nos dois 
eletrodos o que resulta na inversão das reações químicas. Neste processo o ácido 
sulfúrico é recuperado. 
 
Em 1899, Waldmar Jungner, da Suécia, inventou a bateria recarregável de 
níquel-cádmio (NiCd) que usava níquel como eletrodo positivo (catodo) e cádmio 
como negativo (anodo). O alto custo do material em comparação com o chumbo 
limitou seu uso. 
Dois anos depois, Thomas Edison substituiu o cádmio por ferro, inventando a 
bateria de níquel-ferro (NiFe). Problemas tais como baixa energia, mau desempenho 
em temperaturas baixas ou elevadas e autodescarga excessiva limitaram o sucesso 
dessa bateria. 
Atualmente, a maioria das pesquisas gira em torno das baterias de lítio, 
comercializadas pela primeira vez pela Sony em 1991. Além de alimentar telefones 
celulares, laptops, câmeras digitais, ferramentas elétricas e dispositivos médicos, o 
lítio também é usado para veículos elétricos e satélites. A bateria tem uma série de 
benefícios, tais como sua alta energia específica, carga simples, baixa manutenção e 
causa menores danos ao ambiente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Desenvolvimento 
 
Elemento químico de símbolo Li, o lítio e o mais leve de todos os metais, com 
peso específico de 0,534 g/cm3, ou seja, a metade da água, encontrado na família 
1A, família dos metais alcalinos (sódio, potássio, rubídio e césio). Metal branco 
prateado, têm reatividade e inflamabilidade elevada, e por essa razão é geralmente 
conservado em óleo mineral. Como os outros metais alcalinos de seu grupo o lítio é 
quimicamente muito ativo e nunca ocorre como um elemento puro na natureza. 
Podendo ser encontrado como isótopos 6Li e 7Li, e também na forma de um mineral 
ou como um sal estável. 
O Lítio foi encontrado no reino mineral em 1817 por Arfweson um químico sueco 
que o descobriu ao estudar o mineral petalita, (que foi descoberto pelo brasileiro José 
Bonifácio e retratada em 1800) não conseguindo isolar o metal, o que só viria a ser 
conseguido por Bunsen e Matthiessen em 1855, usando a técnica de eletrólise do 
cloreto de lítio fundido. 
O nome escolhido para batizá-lo deriva da palavra grega lithos, que significa 
pedra, isso pois acreditava-se na época que o elemento só ocorria em pedras. 
Atualmente sabemos que a principal fonte deste metal são os evaporitos (salmouras 
com alto teor de lítio), mas ainda são encontrados na crosta terrestre nas rochas 
ígneas (tipos de formações rochosas que se originam no interior da Terra). Na crosta 
terrestre, encontra-se bastante distribuído e é muito pouco abundante, com uma 
porcentagem de 0,004%. O espodumênio e os demais minerais de lítio ocorrem, 
geralmente, como um mineral acessório nos pegmatitos. Embora o lítio ocorra em 
diferentes minerais, somente o espodumênio, a lepidolita, a petalita, a ambligonita e a 
montebrasita são utilizados como fontes comerciais de lítio. Atualmente, as principais 
fontes de lítio exploradas comercialmente, são o espodumênio e a petalita. 
No Brasil as principais reservas utilizadas estão localizadas e Minas Gerais, o 
estado possui reservas de espodumênio, ambligonita,lepidolita e petalita. A produção 
industrial de compostos do metal é obtida diretamente do mineral espodumênio, posto 
que seu teor é de 1 a 1,5% de Li2O. 
 
 O hidróxido e o carbonato de lítio são as principais formas em que este metal é 
usado industrialmente. Eles são derivados a partir da carbonatação e 
descarbonatação, respectivamente. O hidróxido é aplicado na fabricação de um sabão 
que tem capacidade de engrossar óleos e, por isso, é muito empregado como 
lubrificante nas indústrias. Um uso muito diferente do lítio na forma de carbonato é na 
indústria farmacêutica, por exemplo. No Brasil e nos Estados Unidos, os sais de lítio 
têm aprovação para o tratamento de transtorno bipolar. Eles são utilizados por seus 
efeitos reguladores de humor, antimaníaco e antidepressivo. 
O lítio também é usado na fabricação de baterias, por seu elevado calor 
especifico, maior de todos os sólidos. Assim é aplicado em operações de transferência 
de calor e, por causa do seu elevado potencial eletroquímico é aplicado como um 
ânodo adequado para as baterias elétricas 
 
1-Extração e produção das baterias de Lítio 
 
No Brasil a exploração comercial do lítio começou em 1966, pelo o pesquisador 
Khalil Afgouni que encontrou as rochas de espodumênio em Minas Gerais. Na década 
de 70 se utilizava petalia, lepidolita e o espodumênio, na fabricação de cerâmicas, 
esmaltes e vidros. Já a ambligonita era utilizada na fabricação de sais de lítio, pela 
Nuclemon. Atualmente, os minerais de lítio, como a petalita e o espodumênio, têm seu 
uso exclusivo como um mineral industrial, com aplicações específicas na indústria de 
vidros e cerâmicas, sendo pouco utilizados na produção de compostos de lítio como 
o carbonato e o hidróxido. 
A indústria de lítio no Brasil teve início na década de 40, quando foi criada a 
Orquima Indústria Química, com o objetivo de beneficiar areia monazítica, rica em 
urânio. Em 1975 a Orquima passa a ser denominada Nuclemon que era constituída 
de 4 unidade produtoras: TFM (Tratamento físico de minérios); TQM (Tratamento 
químico da monazita); TQA (Tratamento químico da ambligonita) e STR (Separação 
das terras raras). 
A unidade produtora de sais de lítio, TQA, processava minério de ambligonita 
(LiAl) (PO4) (F, OH) ou (Li, Na)Al(PO4)(F,OH) contendo de 3,5 a 4,2% Li, por meio do 
 
suprimento efetuado por pequenas empresas (lavra por catação manual) ou por meio 
de garimpagem nos estados de Minas Gerais e Ceará. 
Após a obtenção do lítio empresas especializadas fazem o processamento do 
metal através de etapas, na primeira o lítio é misturado a uma espécie de tinta que lhe 
dá o aspecto de uma folha de papel alumínio depois de passar por todas as fases. 
Depois ele é prensado e passa por diversos rolos compressores de alta potência, que 
amassam, cortam e ajusta o metal e o transforma em uma lâmina metálica superfina, 
com menos de 0,2 milímetro de espessura. Esse metal, por fim, é enrolado no formato 
de bobinas e passa para a etapa seguinte, que é a fabricação de baterias. 
Esses rolos de lítio são divididos em pequenas bobinas que variam de tamanho 
de acordo com o tipo e tamanho da bateria. Há alternativas redondas, utilizadas em 
grandes baterias automotivas, e outras retangulares, presentes nos notebooks, por 
exemplo. 
Por conta da baixa densidade do lítio, ele precisa ser combinado com um rolo 
de filme de propileno, algo que garante que ele não vai acabar grudando e se 
misturando. Se uma lâmina aderir à outra, o metal perde as suas qualidades e a 
bateria acaba inutilizada. 
Em seguida esses rolos voltam às máquinas de bobinagem, dessa vez, o 
número de voltas necessário vai de acordo com o tipo da bateria. Uma de 3,56 volts, 
por exemplo, precisa de 26 rotações até que a célula de bateria seja criada. Após 
enrolada, ela vai para uma espécie de forno, que faz com que tudo seja comprimido a 
vácuo e fique firme e sólido. 
Com as células de bateria produzidas, realizam-se a produção dos contatos. 
Utilizando metal líquido, tudo é gravado na sua superfície, dando acessibilidade aos 
recursos do lítio e permitindo que os eletrônicos se comuniquem com ela. 
 
2-Funcionamento das baterias de lítio 
 
Uma bateria é um aparelho ou dispositivo que transforma em corrente elétrica 
a energia desenvolvida numa reação química. Cada célula de uma bateria contém um 
 
terminal positivo (cátodo) e um terminal negativo (ânodo). O processo químico de 
troca de elétrons é conhecido como oxirredução. 
As baterias de lítio são compostas por ânodo: átomos dispostos na forma de 
lâminas em que se inserem os íons lítio (Li+). Os íons lítio se intercalam na estrutura 
de um óxido lamelar (em forma de lâmina), o LiCoO2; e cátodo: associação de grafita 
com cobre. Os íons lítio se intercalam entre estruturas hexagonais de carbono (LiC6). 
Quando a essas baterias são produzidas o cátodo está repleto de íons de lítio 
e o ânodo vazio dos mesmos. A primeira reação é a migração dos íons Li+ do cátodo 
para o eletrólito (O eletrólito é constituído de sais de lítio LiClO4 dissolvidos em 
solventes orgânicos) e a consequente intercalação do Li+ do eletrólito para o ânodo. 
Seu funcionamento consiste no fenômeno de intercalação iônica, que é 
explicado pela difusão dos íons de lítio (Li+) através da rede cristalina tanto do catodo 
como do anodo, com a diferença que quando intercala em um, tira do outro, e vice-
versa. Para manter a neutralidade, a intercalação de um Li+ em um eletrodo precisa 
obrigatoriamente a intercalação de um elétron. 
 
3-Vantagens e desvantagens da bateria de Íon-lítio 
 
O lítio é o mais leve de todos os metais usados em baterias, tem o maior 
potencial eletroquímico e fornece a maior densidade de energia por peso. 
Baterias recarregáveis que usam ânodos de metal de lítio são capazes de 
fornecer tanto alta tensão quanto excelente capacidade, resultando em uma grande 
densidade de energia. 
A densidade de energia da bateria de Li-Ion é tipicamente o dobro das de NiCd 
padrão. Melhorias nos materiais de eletrodo ativo têm o potencial de aumentar a 
densidade de energia perto de três vezes em relação às de NiCd. 
Além da alta capacidade, as características de carga são razoavelmente boas 
e se comportam como as de NiCd em termos de características de descarga, com 
forma similar do perfil de descarga, mas com tensão diferente. A curva de descarga 
 
plana oferece utilização eficiente da energia armazenada em um espectro de tensão 
desejável. 
A bateria de Íon-lítio é de baixa manutenção, uma vantagem que a maioria das 
outras químicas não tem. Não existe memória e nenhum ciclo programado é exigido 
para prolongar a vida da bateria. Além disso, a autodescarga é menor que a metade 
se comparada com as baterias de NiCd e NiMh. 
Apesar de suas vantagens, as baterias de Li-Ion também têm as suas 
inconveniências. Ela é frágil e requer um circuito de proteção para manter uma 
operação segura. Embutido dentro de cada conjunto, o circuito de proteção limita a 
tensão de pico de cada célula durante a carga e previne que a tensão da célula caia 
muito durante a descarga. Além disso, a máxima corrente de carga e descarga é 
limitada e a temperatura da célula é monitorada para prevenir temperaturas extremas. 
O envelhecimento é uma preocupação com a maioria das baterias. Alguma 
deterioração da capacidade é perceptível após um ano, se a bateria estiver em uso 
ou não. Acima de dois ou talvez três anos, a bateria frequentemente falha. Armazenar 
a bateria em um lugar fresco desacelera o processo de envelhecimento da bateria de 
Íon-Lítio.Além disso, a bateria apenas deve ser parcialmente carregada quando 
armazenada. Armazenamento prolongado não é recomendado para baterias de Íon-
lítio. 
A bateria de Íon-lítio é de baixa manutenção, uma vantagem que a maioria das 
outras químicas não tem. Não existe memória e nenhum ciclo programado é exigido 
para prolongar a vidada bateria. Além disso, a autodescarga é menor que a metade 
se comparada com as baterias de NiCd e NiMh. 
 
 
 
 
 
 
 
Conclusão 
 
 Baseando-se nas informações presentes no texto acima, podemos 
afirmar que comparadas as baterias com tecnologia tradicional, as baterias de íons de 
lítio carregam mais rápido, duram mais e tem maior densidade de carga e mesmo com 
uma estrutura menor tem sua vida útil aumentada. Sendo também mais sustentável 
do que as baterias convencionais, uma vez que elas contêm materiais seguros para 
serem reciclados, não agredindo assim o meio ambiente. 
A maior vantagem oferecida pela bateria de lítio é sua imunidade ao vício. Se 
uma bateria de lítio estiver apresentando desempenho ruim, o problema pode estar 
relacionado a outros fatores, como o modo de uso do aparelho, a frequência de 
utilização do carregador portátil e a temperatura a qual a bateria é submetida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referencias 
• Princípios Físicos e Químicos de Baterias de Íon Lítio (Luciana Gomes Chagas, 
Alexandre Urbano, Jair Scarminio Laboratório de Filmes Finos e Materiais 
Departamento de Física, Universidade Estadual de Londrina Londrina, PR) 
• <https://www.apple.com/br/batteries/why-lithium-ion/> acesso em 29/10/2020 
• Lítio- (Capítulo 26 Paulo Fernando Almeida Braga, João Alves Sampaio) 
• <https://www.cetem.gov.br/images/eventos/2018/iii-litio-
brasil/apresentacoes/baterias-ion-litio-perspectivas-desafios.pdf> acesso em 
29/10/2020 
• PANORAMA DA INDÚSTRIA DE LÍTIO NO BRASIL Paulo F. A. Braga A, Sílvia 
C. A. França A., Ronaldo L. C. dos Santos 
• <https://newmax.com.br/breve-historia-das-baterias/> acesso em 06/11