La batería de litio es un tipo de batería que utiliza metal litio o aleación de litio como material del electrodo negativo y utiliza una solución de electrolito no acuosa.La primera batería de litio presentada provino del gran inventor Edison.
Baterías de Litio – Baterías de Litio
Batería de Litio
La batería de litio es un tipo de batería que utiliza metal litio o aleación de litio como material del electrodo negativo y utiliza una solución de electrolito no acuosa.La primera batería de litio presentada provino del gran inventor Edison.
Debido a que las propiedades químicas del litio metálico son muy activas, el procesamiento, almacenamiento y aplicación del litio metálico tienen requisitos medioambientales muy altos.Por tanto, las baterías de litio no se utilizan desde hace mucho tiempo.
Con el desarrollo de la tecnología microelectrónica en el siglo XX, los dispositivos miniaturizados aumentan día a día, lo que plantea altos requisitos de suministro de energía.Las baterías de litio han entrado entonces en una etapa práctica a gran escala.
Se utilizó por primera vez en marcapasos cardíacos.Debido a que la tasa de autodescarga de las baterías de litio es extremadamente baja, el voltaje de descarga es elevado.Permite implantar el marcapasos en el cuerpo humano durante mucho tiempo.
Las baterías de litio generalmente tienen un voltaje nominal superior a 3,0 voltios y son más adecuadas para fuentes de alimentación de circuitos integrados.Las baterías de dióxido de manganeso se utilizan ampliamente en computadoras, calculadoras, cámaras y relojes.
Para desarrollar variedades con mejores prestaciones se han estudiado diversos materiales.Y luego crear productos como nunca antes.Por ejemplo, las baterías de litio y dióxido de azufre y las de litio y cloruro de tionilo son muy distintivas.Su material activo positivo es también un disolvente para el electrolito.Esta estructura sólo está presente en sistemas electroquímicos no acuosos.Por tanto, el estudio de las baterías de litio también ha impulsado el desarrollo de la teoría electroquímica de sistemas no acuosos.Además del uso de diversos disolventes no acuosos, también se han llevado a cabo investigaciones sobre baterías de polímeros de película fina.
En 1992, Sony desarrolló con éxito baterías de iones de litio.Su aplicación práctica reduce en gran medida el peso y volumen de dispositivos electrónicos portátiles como teléfonos móviles y ordenadores portátiles.El tiempo de uso se amplía considerablemente.Debido a que las baterías de iones de litio no contienen cromo, un metal pesado, en comparación con las baterías de níquel-cromo, la contaminación del medio ambiente se reduce considerablemente.
1. Batería de iones de litio
Las baterías de iones de litio ahora se dividen en dos categorías: baterías de iones de litio líquidas (LIB) y baterías de polímeros de iones de litio (PLB).Entre ellos, la batería de iones de litio líquido se refiere a la batería secundaria en la que el compuesto de intercalación Li + son los electrodos positivo y negativo.El electrodo positivo selecciona el compuesto de litio LiCoO2 o LiMn2O4, y el electrodo negativo selecciona el compuesto de capa intermedia de litio-carbono.Las baterías de iones de litio son una fuerza impulsora ideal para el desarrollo en el siglo XXI debido a su alto voltaje de funcionamiento, tamaño pequeño, peso ligero, alta energía, sin efecto memoria, sin contaminación, baja autodescarga y largo ciclo de vida.
2. Una breve historia del desarrollo de las baterías de iones de litio
Las baterías de litio y las baterías de iones de litio son nuevas baterías de alta energía desarrolladas con éxito en el siglo XX.El electrodo negativo de esta batería es litio metálico y el electrodo positivo es MnO2, SOCL2, (CFx)n, etc. Se puso en uso práctico en la década de 1970.Debido a su alta energía, alto voltaje de batería, amplio rango de temperatura de funcionamiento y larga vida útil, se ha utilizado ampliamente en pequeños aparatos eléctricos militares y civiles, como teléfonos móviles, computadoras portátiles, cámaras de video, cámaras, etc., parcialmente reemplazando las baterías tradicionales..
3. Perspectivas de desarrollo de las baterías de iones de litio
Las baterías de iones de litio se han utilizado ampliamente en aparatos portátiles como computadoras portátiles, cámaras de video y comunicaciones móviles debido a sus ventajas funcionales únicas.La batería de iones de litio de gran capacidad desarrollada ahora se ha probado en vehículos eléctricos y se estima que se convertirá en una de las principales fuentes de energía para los vehículos eléctricos en el siglo XXI y se utilizará en satélites, en el sector aeroespacial y en el almacenamiento de energía. .
4. La función básica de la batería.
(1) El voltaje del circuito abierto de la batería.
(2) Resistencia interna de la batería
(3) El voltaje de funcionamiento de la batería.
(4) voltaje de carga
El voltaje de carga se refiere al voltaje aplicado a ambos extremos de la batería por la fuente de alimentación externa cuando se carga la batería secundaria.Los métodos básicos de carga incluyen carga con corriente constante y carga con voltaje constante.Generalmente, se utiliza carga de corriente constante, y su característica es que la corriente de carga es estable durante el proceso de carga.A medida que avanza la carga, se recupera el material activo, el área de reacción del electrodo se reduce continuamente y la polarización del motor aumenta gradualmente.
(5) Capacidad de la batería
La capacidad de la batería se refiere a la cantidad de electricidad obtenida de la batería, que generalmente se expresa en C, y la unidad generalmente se expresa en Ah o mAh.La capacidad es un objetivo importante del rendimiento eléctrico de la batería.La capacidad de la batería suele dividirse en capacidad teórica, capacidad práctica y capacidad nominal.
La capacidad de la batería está determinada por la capacidad de los electrodos.Si las capacidades de los electrodos no son iguales, la capacidad de la batería depende del electrodo con menor capacidad, pero de ninguna manera es la suma de las capacidades de los electrodos positivo y negativo.
(6) Función de almacenamiento y duración de la batería.
Una de las características principales de las fuentes de energía química es que pueden liberar energía eléctrica cuando están en uso y almacenar energía eléctrica cuando no están en uso.La llamada función de almacenamiento es la capacidad de mantener la carga de la batería secundaria.
En cuanto a la batería secundaria, la vida útil es un parámetro importante para medir el rendimiento de la batería.Una batería secundaria se carga y descarga una vez, lo que se denomina ciclo (o ciclo).Bajo un determinado criterio de carga y descarga, el número de tiempos de carga y descarga que la batería puede soportar antes de que su capacidad alcance un cierto valor se denomina ciclo de funcionamiento de la batería secundaria.Las baterías de iones de litio tienen un excelente rendimiento de almacenamiento y un ciclo de vida prolongado.
Baterías de litio: características
A. Alta densidad de energía
El peso de la batería de iones de litio es la mitad que el de la batería de níquel-cadmio o níquel-hidrógeno de la misma capacidad, y el volumen es del 40-50% del de la batería de níquel-cadmio y del 20-30% del de la batería de níquel-hidrógeno. .
B. Alto voltaje
El voltaje de funcionamiento de una sola batería de iones de litio es de 3,7 V (valor medio), lo que equivale a tres baterías de níquel-cadmio o níquel-hidruro metálico conectadas en serie.
C. Sin contaminación
Las baterías de iones de litio no contienen metales nocivos como cadmio, plomo y mercurio.
D. No contiene litio metálico.
Las baterías de iones de litio no contienen litio metálico y, por tanto, no están sujetas a normativas como la prohibición de transportar baterías de litio en aviones de pasajeros.
E. Ciclo de vida alto
En condiciones normales, las baterías de iones de litio pueden tener más de 500 ciclos de carga-descarga.
F. Sin efecto memoria
El efecto memoria se refiere al fenómeno de que la capacidad de la batería de níquel-cadmio se reduce durante el ciclo de carga y descarga.Las baterías de iones de litio no tienen este efecto.
G. Carga rápida
El uso de un cargador de corriente constante y voltaje constante con un voltaje nominal de 4,2 V puede cargar completamente la batería de iones de litio en una o dos horas.
Batería de litio: principio y estructura de la batería de litio
1. Estructura y principio de funcionamiento de la batería de iones de litio: la llamada batería de iones de litio se refiere a una batería secundaria compuesta por dos compuestos que pueden intercalar y desintercalar reversiblemente iones de litio como electrodos positivos y negativos.La gente llama a esta batería de iones de litio con un mecanismo único, que se basa en la transferencia de iones de litio entre los electrodos positivo y negativo para completar la operación de carga y descarga de la batería, como una "batería de mecedora", comúnmente conocida como "batería de litio". .Tomemos como ejemplo LiCoO2: (1) Cuando la batería está cargada, los iones de litio se desintercalan del electrodo positivo y se intercalan en el electrodo negativo, y viceversa cuando se descarga.Esto requiere que un electrodo esté en estado de intercalación de litio antes del montaje.Generalmente, se selecciona como electrodo positivo un óxido de metal de transición de intercalación de litio con un potencial superior a 3 V con respecto al litio y estable en el aire, como LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Para materiales que sean electrodos negativos, seleccione compuestos de litio intercalables cuyo potencial sea lo más cercano posible al potencial del litio.Por ejemplo, varios materiales de carbono incluyen grafito natural, grafito sintético, fibra de carbono, carbono esférico mesofásico, etc. y óxidos metálicos, incluidos SnO, SnO2, óxido compuesto de estaño SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5y)/2) etc.
Batería de Litio
2. La batería generalmente incluye: positivo, negativo, electrolito, separador, cable positivo, placa negativa, terminal central, material aislante (aislante), válvula de seguridad (safevent), anillo de sellado (junta), PTC (terminal positivo de control de temperatura), caja de batería.Generalmente, la gente está más preocupada por el electrodo positivo, el electrodo negativo y el electrolito.
Batería de Litio
Comparación de la estructura de la batería de iones de litio
Según los diferentes materiales del cátodo, se divide en hierro-litio, cobalto-litio, manganeso-litio, etc.;
Según la clasificación de formas, generalmente se divide en cilíndrico y cuadrado, y los iones de litio poliméricos también pueden adoptar cualquier forma;
Según los diferentes materiales de electrolitos utilizados en las baterías de iones de litio, las baterías de iones de litio se pueden dividir en dos categorías: baterías de iones de litio líquidas (LIB) y baterías de iones de litio de estado sólido.PLIB) es un tipo de batería de iones de litio de estado sólido.
electrólito
Colector de corriente de barrera de carcasa/paquete
Batería de iones de litio líquido Acero inoxidable líquido, aluminio Lámina de cobre de 25 μPE y lámina de aluminio Polímero de iones de litio Batería de polímero coloidal Película compuesta de aluminio/PP sin barrera o lámina de cobre y lámina de aluminio de una sola μPE
Baterías de litio: la función de las baterías de iones de litio
1. Alta densidad de energía
En comparación con las baterías NI/CD o NI/MH de la misma capacidad, las baterías de iones de litio son más livianas y su energía específica de volumen es de 1,5 a 2 veces mayor que la de estos dos tipos de baterías.
2. Alto voltaje
Las baterías de iones de litio utilizan electrodos de litio que contienen elementos altamente electronegativos para alcanzar voltajes terminales de hasta 3,7 V, que es tres veces el voltaje de las baterías NI/CD o NI/MH.
3. No contaminante, respetuoso con el medio ambiente
4. Ciclo de vida largo
La vida útil supera las 500 veces.
5. Alta capacidad de carga
Las baterías de iones de litio se pueden descargar continuamente con una gran corriente, por lo que esta batería se puede utilizar en aparatos de alta potencia como cámaras y computadoras portátiles.
6. Excelente seguridad
Gracias al uso de excelentes materiales anódicos, se supera el problema del crecimiento de dendritas de litio durante la carga de la batería, lo que mejora en gran medida la seguridad de las baterías de iones de litio.Al mismo tiempo, se seleccionan accesorios recuperables especiales para garantizar la seguridad de la batería durante su uso.
Batería de litio: método de carga de la batería de iones de litio
Método 1. Antes de que la batería de iones de litio salga de fábrica, el fabricante realizó un tratamiento de activación y la precargó, por lo que la batería de iones de litio tiene energía residual y la batería de iones de litio se carga de acuerdo con el período de ajuste.Este período de ajuste debe realizarse de 3 a 5 veces por completo.Descargar.
Método 2. Antes de cargar, no es necesario descargar especialmente la batería de iones de litio.Una descarga inadecuada dañará la batería.Al cargar, intente utilizar la carga lenta y reduzca la carga rápida;el tiempo no debe exceder las 24 horas.Sólo después de que la batería haya pasado por tres a cinco ciclos completos de carga y descarga, sus sustancias químicas internas se “activarán” por completo para un uso óptimo.
Método 3. Utilice el cargador original o un cargador de marca reconocida.Para baterías de litio, utilice un cargador especial para baterías de litio y siga las instrucciones.De lo contrario, la batería se dañará o incluso correrá riesgo.
Método 4. La batería recién comprada es de iones de litio, por lo que las primeras 3 a 5 veces de carga generalmente se denominan período de ajuste y debe cargarse durante más de 14 horas para garantizar que la actividad de los iones de litio se active por completo.Las baterías de iones de litio no tienen efecto memoria, pero tienen una gran inercia.Deben estar completamente activados para garantizar el mejor rendimiento en aplicaciones futuras.
Método 5. La batería de iones de litio debe utilizar un cargador especial; de lo contrario, es posible que no alcance el estado de saturación y afecte su funcionamiento.Después de la carga, evite colocarla en el cargador durante más de 12 horas y separe la batería del producto electrónico móvil cuando no se utilice durante un período prolongado.
Batería de litio – uso
Con el desarrollo de la tecnología microelectrónica en el siglo XX, los dispositivos miniaturizados aumentan día a día, lo que plantea altos requisitos de suministro de energía.Las baterías de litio han entrado entonces en una etapa práctica a gran escala.
Se utilizó por primera vez en marcapasos cardíacos.Debido a que la tasa de autodescarga de las baterías de litio es extremadamente baja, el voltaje de descarga es elevado.Permite implantar el marcapasos en el cuerpo humano durante mucho tiempo.
Las baterías de litio generalmente tienen un voltaje nominal superior a 3,0 voltios y son más adecuadas para fuentes de alimentación de circuitos integrados.Las baterías de dióxido de manganeso se utilizan ampliamente en computadoras, calculadoras, cámaras y relojes.
Ejemplo de aplicación
1. Hay muchos paquetes de baterías que reemplazan las reparaciones de paquetes de baterías: como los que se usan en las computadoras portátiles.Después de la reparación, se descubre que cuando este paquete de baterías se daña, sólo las baterías individuales tienen problemas.Se puede sustituir por una batería de litio de una sola celda adecuada.
2. Hacer una antorcha en miniatura de alto brillo El autor una vez usó una sola batería de litio de 3.6V1.6AH con un tubo emisor de luz blanco de súper brillo para hacer una antorcha en miniatura, que es fácil de usar, compacta y hermosa.Y debido a la gran capacidad de la batería, se puede utilizar durante media hora todas las noches en promedio y se ha utilizado durante más de dos meses sin cargarlo.
3. Fuente de alimentación alternativa de 3V
Porque el voltaje de la batería de litio de una sola celda es de 3,6 V.Por lo tanto, solo una batería de litio puede reemplazar dos baterías comunes para suministrar energía a pequeños electrodomésticos como radios, walkmans, cámaras, etc., que no solo son livianas sino que también duran mucho tiempo.
Material del ánodo de la batería de iones de litio: titanato de litio
Se puede combinar con manganato de litio, materiales ternarios o fosfato de hierro y litio y otros materiales positivos para formar baterías secundarias de iones de litio de 2,4 V o 1,9 V.Además, también se puede utilizar como electrodo positivo para formar una batería de litio de 1,5 V con una batería secundaria de electrodo negativo de litio metálico o aleación de litio.
Debido a la alta seguridad, alta estabilidad, longevidad y características ecológicas del titanato de litio.Se puede predecir que el material de titanato de litio se convertirá en el material del electrodo negativo de una nueva generación de baterías de iones de litio en 2 o 3 años y se utilizará ampliamente en vehículos de nueva potencia, motocicletas eléctricas y aquellos que requieren alta seguridad, alta estabilidad y ciclo largo.campo de aplicación.El voltaje de funcionamiento de la batería de titanato de litio es de 2,4 V, el voltaje más alto es de 3,0 V y la corriente de carga es de hasta 2 C.
Composición de la batería de titanato de litio.
Electrodo positivo: fosfato de hierro y litio, manganato de litio o material ternario, manganato de níquel y litio.
Electrodo negativo: material de titanato de litio.
Barrera: La barrera actual de la batería de litio con carbono como electrodo negativo.
Electrolito: Electrolito de batería de litio con carbono como electrodo negativo.
Caja de batería: Caja de batería de litio con carbono como electrodo negativo.
Las ventajas de las baterías de titanato de litio: elegir vehículos eléctricos para sustituir a los de combustible es la mejor opción para solucionar la contaminación ambiental urbana.Entre ellas, las baterías de iones de litio han atraído una gran atención de los investigadores.Para cumplir con los requisitos de los vehículos eléctricos para baterías de iones de litio a bordo, la investigación y el desarrollo de materiales negativos con alta seguridad, buen rendimiento y longevidad son sus puntos críticos y dificultades.
Los electrodos negativos de las baterías de iones de litio comerciales utilizan principalmente materiales de carbono, pero todavía existen algunas desventajas en la aplicación de baterías de litio que utilizan carbono como electrodo negativo:
1. Las dendritas de litio precipitan fácilmente durante la sobrecarga, lo que provoca un cortocircuito de la batería y afecta la función de seguridad de la batería de litio;
2. Es fácil formar una película SEI, lo que resulta en una baja potencia de carga y descarga inicial y una gran capacidad irreversible;
3. Es decir, el voltaje de la plataforma de los materiales de carbono es bajo (cercano al litio metálico) y es fácil provocar la descomposición del electrolito, lo que traerá riesgos de seguridad.
4. En el proceso de inserción y extracción de iones de litio, el volumen cambia mucho y la estabilidad del ciclo es deficiente.
En comparación con los materiales de carbono, el Li4Ti5012 de tipo espinela tiene importantes ventajas:
1. Es un material sin deformación y tiene buen rendimiento de circulación;
2. El voltaje de descarga es estable y el electrolito no se descompondrá, lo que mejora el rendimiento de seguridad de las baterías de litio;
3. En comparación con los materiales de ánodo de carbono, el titanato de litio tiene un alto coeficiente de difusión de iones de litio (2*10-8 cm2/s) y puede cargarse y descargarse a una velocidad elevada.
4. El potencial del titanato de litio es mayor que el del litio metálico puro y no es fácil generar dendritas de litio, lo que proporciona una base para garantizar la seguridad de las baterías de litio.
circuito de mantenimiento
Consta de dos transistores de efecto de campo y un bloque integrado de mantenimiento dedicado S-8232.El tubo de control de sobrecarga FET2 y el tubo de control de sobredescarga FET1 están conectados en serie al circuito, y el IC de mantenimiento monitorea y controla el voltaje de la batería.Cuando el voltaje de la batería aumenta a 4,2 V, el tubo de mantenimiento de sobrecarga FET1 se apaga y finaliza la carga.Para evitar un mal funcionamiento, generalmente se agrega un capacitor de retardo al circuito externo.Cuando la batería está descargada, el voltaje de la batería cae a 2,55.
Hora de publicación: 30-mar-2023