Con la amplia aplicación y popularización de productos electrónicos digitales y nuevos productos de energía, la industria de baterías de iones de litio ha logrado un rápido desarrollo. Ha formado un sistema de cadena industrial con alta especialización y una clara división del trabajo. Después de más de diez años de producto, el mercado mundial de baterías de iones de litio está aumentando.
¿Qué es una batería de litio?
Las baterías de litio son la batería principal que se utiliza en la electrónica de consumo portátil y en los vehículos eléctricos.
Composición de la estructura de la batería de litio
La batería se compone principalmente de electrodos positivos y negativos, electrolitos, separadores y una carcasa.
Electrodo positivo—Se utiliza un electrodo de carbón que puede absorber iones de litio. Al descargarse, el litio se convierte en iones de litio, que salen del ánodo de la batería y llegan al cátodo de la batería de iones de litio.
Electrodo negativo–los materiales eligen compuestos de litio intercalables cuyo potencial es lo más cercano posible a los potenciales de litio, como varios materiales de carbono, incluidos grafito natural, grafito sintético, fibra de carbono, mesofase de carbono esférico pequeño, etc., y óxidos metálicos.
Electrolito — Un sistema de disolventes mixtos con carbonatos de alquilo como carbonato de etileno LiPF6, carbonato de propileno y carbonato de dietilo de baja viscosidad.
Diafragma — Las membranas microporosas de polietileno como PE, PP o su membrana compuesta, principalmente el separador de tres capas PP/PE/PP, no solo tiene un punto de fusión bajo sino que también tiene una alta resistencia a la perforación, lo que desempeña un papel de seguro térmico.
Cáscara— fabricado en acero o aluminio, el conjunto de la tapa, tiene la función de ser antideflagrante y de apagado.
Clasificación de productos de baterías de litio
Las baterías de litio se pueden dividir aproximadamente en dos categorías: baterías de metal de litio y baterías de iones de litio.
Batería de metal de litio: La batería de metal de litio es generalmente una batería que utiliza dióxido de manganeso como material de electrodo positivo, litio metálico o su aleación de metal como material de electrodo negativo, y utiliza una solución electrolítica no acuosa.
Batería de iones de litio: Las baterías de iones de litio generalmente usan óxidos metálicos de aleación de litio como materiales de electrodos positivos, grafito como materiales de electrodos negativos y electrolitos no acuosos.
¿Las baterías de iones de litio son reciclables?
Una batería de iones de litio es una batería recargable que utiliza la reducción reversible de iones de litio para almacenar energía.
¿Cómo se fabrican las baterías de iones de litio?
Las diferentes baterías de iones de litio varían en características químicas, de rendimiento, de costo y de seguridad. La mayoría de las baterías comerciales de iones de litio utilizan compuestos de intercalación como materiales activos. El ánodo o electrodo negativo suele ser de grafito, aunque también se utilizan cada vez más materiales de carbono-silicio.
Beneficios de las baterías de iones de litio
Las baterías de iones de litio tienen la ventaja de ser relativamente ligeras, tener una gran capacidad de almacenamiento y no tener efecto memoria. Son ampliamente utilizados: muchos dispositivos electrónicos ahora usan baterías de iones de litio como fuente de alimentación principal, a pesar de que sus precios son relativamente altos.
La densidad de energía de las baterías de iones de litio es muy alta, su capacidad de almacenamiento es de 1.5 a 2 veces mayor que la de las baterías de hidruro de níquel-metal del mismo peso y tiene una escasa tasa de autodescarga. Además, las baterías de iones de litio no tienen “efecto memoria”, y las ventajas de no contener sustancias tóxicas también son razones cruciales para su uso generalizado.
Ciclo de vida largo:
La batería de iones de litio se carga y descarga a una velocidad de 1C, y su ciclo de vida es superior o igual a 500 veces, y la capacitancia en la 500ª vez supera el haz de cobre nominal en un 70%. Sin embargo, incluso si la batería de plomo-ácido se descarga a 0.5 C y se carga a 0.15 C, su ciclo de vida debe ser inferior o igual a 350 veces, y su capacidad debe ser inferior o igual al 60 %. Buen rendimiento de descarga a baja temperatura: las baterías de iones de litio pueden funcionar normalmente a -25 grados y su capacidad puede alcanzar el 70% de la capacidad nominal, mientras que las baterías de plomo-ácido pueden alcanzar el 50% de la capacidad a -10 grados y a -25 grados. No puede funcionar normalmente.
Fuerte capacidad de retención de carga:
Después de colocar una batería de iones de litio completamente cargada durante dos meses, su capacidad es superior o igual al 80 %, mientras que la de una batería de plomo-ácido es solo del 40 % al 50 % de la capacidad nominal después de colocarla durante dos meses. meses. Gran capacidad de continuación, ya que el peso de la batería de iones de litio es solo el 30 % del peso de la batería de plomo-ácido, por lo que con el mismo voltaje y capacidad, la batería de iones de litio tiene una gran capacidad de continuación.
Energia alta:
Dado que el volumen de las baterías de iones de litio es solo el 30% del de las baterías de plomo-ácido, la reserva de energía de las baterías de iones de litio es mayor que la de las baterías de plomo-ácido cuando se utiliza el mismo espacio.
Además, debe tenerse en cuenta que el exterior de las baterías de litio generalmente está marcado con una batería de iones de litio de 7.2 V en inglés o una batería secundaria de litio de 7.2 V (batería secundaria de litio), una batería recargable de iones de litio de 7.2 V (batería de litio recargable), por lo que los usuarios deben tenga cuidado al comprar pilas recargables. Observe las marcas en la superficie del bloque de baterías recargables para evitar confundir las baterías recargables de níquel-cadmio y níquel-hidrógeno con baterías de litio porque no ve claramente el tipo de baterías recargables. Ningún efecto de memoria facilita enormemente a los usuarios de teléfonos móviles. Los usuarios no necesitan descargar y recargar cada vez que cargan, sino que también pueden cargar sus teléfonos móviles en cualquier momento que deseen.
Desventaja de las baterías de iones de litio
La desventaja de las baterías de litio es que son relativamente caras y no se usan mucho en esta etapa. Se utilizan principalmente en computadoras de mano, PDA, equipos de comunicación, cámaras digitales, satélites de comunicación, misiles de crucero, misiles, equipos, etc. Con el desarrollo de la tecnología, la mejora de la tecnología y el aumento del volumen de producción, el precio de las baterías de litio caerá una y otra vez, y su uso se volverá más común.
Cómo almacenar baterías de iones de litio cuando no se usan?
Las baterías primarias de litio tienen una autodescarga muy baja y se pueden almacenar durante 3 años. Almacenado en condiciones de refrigeración, el efecto será mejor. Es una buena manera de almacenar baterías primarias de litio en áreas de baja temperatura. Las baterías de iones de litio se pueden almacenar durante aproximadamente medio año a 20 °C debido a su baja tasa de autodescarga y se puede recuperar la mayor parte de la capacidad de almacenamiento. El fenómeno de autodescarga existe en las baterías de litio. Si el voltaje de la batería se almacena por debajo de 3.6 V durante mucho tiempo, provocará una descarga excesiva de la batería recargable y destruirá la estructura interna de la batería recargable, reduciendo la vida útil de la batería. Por lo tanto, el almacenamiento a largo plazo de las baterías de litio debe recargarse cada 3 a 6 meses; es decir, la carga a un voltaje de 3.8 a 3.9 V (el mejor voltaje de almacenamiento de las baterías de litio es de aproximadamente 3.85 V) es adecuada y no es adecuada para una carga completa.
¿Cómo funcionan las baterías de iones de litio?
El principio de funcionamiento de una batería de iones de litio se refiere a su principio de carga y descarga. Hay varios tipos de baterías además de las de iones de litio, y el principio de funcionamiento básico de cómo las baterías generan electricidad es el mismo.
Una batería tiene un electrodo positivo (electrodo positivo) y un electrodo negativo (electrodo negativo) hechos de materiales metálicos, y una sustancia (electrolito) que conduce la electricidad a través de iones se llena entre los electrodos positivo y negativo. El electrodo de metal se funde con el electrolito y se divide en iones y electrones. Los electrones se mueven del electrodo negativo al electrodo positivo para generar corriente, y en ese momento se genera electricidad. La batería secundaria se carga antes de usar la batería y los electrones se almacenan en el electrodo negativo por adelantado. Cuando se usa la batería, los electrones almacenados se mueven al electrodo positivo para generar electricidad.
Las baterías de iones de litio usan compuestos metálicos que contienen litio en el electrodo positivo de antemano, y el carbono (grafito) que puede absorber y almacenar litio se usa en el electrodo negativo. A través de una estructura de este tipo, se puede generar electricidad sin fundir los electrodos por electrolito como en las baterías tradicionales, ralentizando el envejecimiento de la propia batería, almacenando más electricidad y aumentando el número de tiempos de carga y descarga. Además, el litio es una sustancia mínima y liviana, por lo que las baterías pueden tener varias ventajas, como el tamaño pequeño y el peso ligero.
¿Cuáles son los tipos de baterías de litio?
Baterías de iones de litio a base de cobalto
Se utilizó cobaltato de litio para el electrodo positivo. El cobaltato de litio es relativamente fácil de sintetizar y usar, por lo que la primera producción en masa de baterías de iones de litio es el cobaltato de litio. Pero debido a que el cobalto es un metal raro y costoso, apenas se usa en autopartes.
Para Agencias y Operadores – Ampliamente adoptada como batería estándar para Li-ion.
Desventajas – Caro, no se utiliza para uso en vehículos.
Batería de iones de litio de manganeso
Se utilizó óxido de manganeso de litio para el electrodo positivo. La ventaja es que el voltaje puede ser similar al de las baterías de iones de litio a base de cobalto y el costo de fabricación es económico. La desventaja es que el manganeso se puede derretir en el electrolito durante la carga y descarga, acortando la vida útil de la batería.
Para Agencias y Operadores– Alta seguridad, carga rápida y descarga rápida.
Batería de iones de litio de fosfato de hierro
El fosfato de hierro y litio se utiliza para el electrodo positivo. La ventaja de la batería de iones de litio de fosfato de hierro es que es difícil dañar la estructura de calentamiento interna, tiene alta seguridad y utiliza hierro como materia prima, por lo que el costo de fabricación es menor que el de la batería a base de manganeso. Pero el voltaje es más bajo que otras baterías de iones de litio.
Para Agencias y Operadores – Ciclo de vida económico y largo (envejecimiento por carga y descarga), calendario de vida (envejecimiento por estantería).
Desventajas – Tensión más baja que otras baterías de iones de litio.
Batería ternaria de iones de litio
La batería ternaria de iones de litio está hecha de tres materiales, cobalto, níquel y manganeso, para reducir la cantidad de cobalto utilizada. Actualmente, la mayoría de las baterías de iones de litio ternarias tienen una alta proporción de níquel. Aunque el voltaje es ligeramente más bajo que el del cobalto y el manganeso, puede reducir los costos de fabricación. Sin embargo, a pesar de esto, la síntesis y preparación de cada material son complicadas, la estabilidad es baja y aún existen problemas por resolver como materiales funcionales.
Para Agencias y Operadores – Voltaje bastante alto, ciclo de vida prolongado.
¿Para qué se utilizan las baterías de litio?
Las primeras baterías de iones de litio comercializadas para electrodomésticos en la primera mitad de la década de 1990 se utilizaron en cámaras de video para satisfacer sus necesidades de tamaño pequeño y peso ligero. Posteriormente, se usó continuamente en teléfonos móviles que se popularizaron rápidamente y la demanda del mercado aumentó instantáneamente. Hoy en día, las baterías de iones de litio se han utilizado ampliamente en varias escenas de nuestras vidas, como teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, vehículos eléctricos, bicicletas eléctricas y otros campos.
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