Descripción general
Las baterías de litio se utilizan ahora en muchos campos., y en el pasado, baterías de plomo-ácido, baterías de cadmio, y en estos campos se utilizaron baterías de níquel. Este artículo presentará la historia del desarrollo de las baterías de iones de litio y los conocimientos relacionados con la estructura de las baterías de iones de litio., Dirigido a lectores que estén interesados o tengan necesidades de compra de baterías de iones de litio., para ayudarles a tomar decisiones más inteligentes al comprar baterías.
Tabla de contenido
1. La historia del desarrollo de las baterías de iones de litio.
En la última década, Las baterías de iones de litio se han convertido en el material químico de baterías recargables dominante en casi todas las industrias.. En comparación con los materiales químicos anteriormente populares (baterías de plomo-ácido, baterías de níquel cadmio, y pilas alcalinas), Las baterías de iones de litio son superiores en muchos aspectos.. El litio es actualmente el material químico con mayor densidad energética utilizado, y con algunas funciones adicionales, puede convertirse en el material químico más seguro. La energía del litio es un campo de investigación activo, por lo tanto, cada año se desarrollan nuevos materiales químicos..
El concepto de baterías de iones de litio se propuso por primera vez en los años 70., cuando el químico británico Stanley Whittingham inventó una batería que podía cargarse sola con el tiempo. Intentó utilizar disulfuro de titanio y litio metálico como electrodos., pero esto provocó que la batería hiciera un cortocircuito y explotara..
Los problemas de seguridad de las baterías de metal litio han impulsado el desarrollo de baterías de iones de litio.. Aunque las baterías de metal litio tienen una mayor densidad energética, Las baterías de iones de litio son muy seguras cuando se cargan y descargan siguiendo pautas de seguridad específicas..
En la década de 1980, John Goodenough y Akira Yoshino experimentaron más para hacer que las baterías sean más seguras. Así ha comenzado el desarrollo de baterías de iones de litio..
En la década de 1990, La tecnología de iones de litio comenzó a ser favorecida y popularizada rápidamente.. En ese tiempo, Sony produjo el primer lote de baterías comerciales, marcando el inicio de la comercialización de baterías de iones de litio. Al mismo tiempo, El mercado de dispositivos electrónicos portátiles está creciendo rápidamente., Requiere una batería recargable liviana para alimentarlo.. Baterías de iones de litio, como batería segura y potente, se han convertido en la mejor opción.
En la última década, Las baterías de iones de litio se han convertido en el material químico de baterías recargables dominante en casi todas las industrias.. En comparación con los materiales químicos anteriormente populares (baterías de plomo-ácido, baterías de níquel cadmio, y pilas alcalinas), Las baterías de iones de litio son superiores en muchos aspectos.. El litio es actualmente el material químico con mayor densidad energética utilizado, y con algunas funciones adicionales, puede convertirse en el material químico más seguro. La energía del litio es un campo de investigación activo, por lo tanto, cada año se desarrollan nuevos materiales químicos..
Actualmente, el Las cinco principales empresas mundiales de aplicaciones de baterías de iones de litio son:
CATL (Porcelana)
LG química (Corea del Sur)
BYD (Porcelana)
Panasonic (Japón)
Samsung IDE (Corea del Sur)
2. Estructura de la batería de iones de litio
2.1 ¿Qué es un batería de iones de litio
Simplemente pon, a batería de iones de litio se refiere a una batería con un electrodo negativo (ánodo) y un electrodo positivo (cátodo), donde los iones de litio se transportan entre los dos materiales. El principio de funcionamiento de las baterías de iones de litio es el mismo que el de cualquier otra batería recargable..
Durante el alta, Los iones de litio pasan del ánodo al cátodo y se depositan. (empotrar) en el electrodo positivo compuesto de litio y otros metales. Al cargar, este proceso es el opuesto.
Cada batería de iones de litio tiene un rango de voltaje que puede funcionar de forma segura. El rango depende de la composición química del electrolito utilizado en la batería.. Por ejemplo, Las baterías LFP son de 2,5 V a 0% estado de carga (SOC) y 3,6 V en 100% SOC. Este suele considerarse el rango de funcionamiento seguro de las baterías LFP., mientras que por debajo del rango especificado se considera descarga excesiva, y exceder lo especificado 100% SOC se considera sobrecarga.
2.2 estructura de la batería de iones de litio
2.2.1 Ánodo
El ánodo es el electrodo negativo de una batería.. En baterías de iones de litio, El ánodo suele estar compuesto de litio y carbono. (generalmente polvo de grafito). la pureza, tamaño de partícula, y la distribución uniforme de los materiales del ánodo pueden afectar su capacidad y tasa de envejecimiento..
2.2.2 Cátodo
El cátodo es el electrodo positivo.. Aquí es donde entran en juego diferentes productos químicos.. El cátodo determina las propiedades químicas generales de la energía del litio.. como el ánodo, El colector se combina con el material para facilitar la actividad de reacción electrónica.. La principal diferencia entre ellos radica en la temperatura a la que las distintas sustancias químicas reaccionan con los electrolitos. (fuga térmica) y la magnitud del voltaje que producen.
2.2.3 Electrolitos
Los electrolitos permiten que los iones de litio se transfieran y se muevan entre las dos placas.. Generalmente, está compuesto por diferentes carbonatos orgánicos, como carbonato de etileno y carbonato de dietilo. Las diferentes mezclas y proporciones dependen del entorno de aplicación de la batería..
Por ejemplo, para aplicaciones de baja temperatura, la viscosidad de la solución de electrolito será menor que la de la solución de electrolito a temperatura ambiente. En baterías de litio, hexafluorofosfato de litio (LiPF6) es la sal de litio más común. Se puede decir que el electrolito más utilizado en las baterías de iones de litio es el hexafluorofosfato de litio. (LiPF6), cuya calidad determina el rendimiento de carga y descarga, vida útil, y seguridad de las baterías de iones de litio.
Porque LiPF6 tiene el mejor rendimiento integral general, tiene un excelente respeto al medio ambiente, Pasivación del colector de corriente del electrodo positivo para evitar la corrosión del electrodo., y cuando se mezcla con agua, produce ácido fluorhídrico (frecuencia cardíaca), lo que favorece la formación de una película SEI en el electrodo negativo.
SEI es una reacción química entre litio metálico y electrolito., que forma una capa de electrolito sólido en la superficie del metal litio. Desempeña un papel de aislamiento y protección entre el litio metálico y el electrolito..
En condiciones normales, Los fabricantes de baterías suelen cargar lentamente para formar un SEI uniforme en el ánodo de carbono..
2.2.4 Diafragma
El separador de baterías de iones de litio es una película plástica porosa que facilita la prevención del contacto directo entre el ánodo y el cátodo. Estas películas delgadas suelen ser 20 micras de espesor con pequeños poros que permiten el paso de los iones de litio durante los procesos de carga y descarga. Una vez que la batería excede el rango de temperatura o experimenta un cortocircuito, este separador cerrará los poros y evitará el paso de los iones de litio, deteniendo así la reacción química.
3. Las ventajas de las baterías de iones de litio.
3.1 ventajas de la estructura de la batería de iones de litio
1. Descarga de alta tasa, capacidad estable
2.Carga rápida
Baterías de iones de litio – cargado dentro 1 hora
baterías de plomo ácido – encima 9 horas
3.Tamaño reducido y gran capacidad de carga
4.Múltiples ciclos y larga vida útil
Baterías de iones de litio – El ciclo de vida suele ser 5000 veces, y la descarga completa no afecta el ciclo de vida
baterías de plomo ácido -300 a 500 veces, la descarga completa afectará su vida útil
5.Alta eficiencia energética
Baterías de iones de litio -96% producción, 4% pérdida de calor
baterías de plomo ácido -15% pérdida de calor en 85% producción
6.Amplia gama de voltaje de carga
No se requiere compensación de voltaje
7.Reducir los costos de gestión térmica
Baterías de iones de litio – circulación de aire aceptable
batería de plomo ácido – requiere aire acondicionado
8.Sin emisiones de gases
Baterías de iones de litio – operando en contenedores sellados
baterías de plomo ácido – Requiere ventilación con hidrógeno.
9.No tóxico, sin restricciones de reciclaje
Nueva energía verde, seguro y protegido de usar.
Para obtener más comparaciones entre la batería de litio y la batería de plomo-ácido, haga clic para ver: Batería de litio vs.. Batería de ácido sólido para contenido más detallado y específico.
3.2 El motivo para optar por sustituir las baterías de plomo-ácido por baterías de iones de litio
3.2.1 Mejorando la eficiencia
Gracias a los avances en BMS y tecnología de carga, El equipo de suministro de energía con batería de iones de litio puede ayudar a mejorar la eficiencia y reducir el tiempo de inactividad causado por la necesidad de cargar equipos alimentados por batería..
3.2.2 Mejorando la productividad
Los operadores no tienen que preocuparse por problemas de carga de dispositivos, y la tecnología de baterías de iones de litio permite a las empresas invertir en soluciones de automatización, reducir costos para las empresas.
3.2.3 Una forma más sencilla de cargar y almacenar
Las baterías de iones de litio se pueden cargar en cualquier momento., lo que significa que puedes cargarlos a tu conveniencia. Las baterías de iones de litio tampoco requieren su propio espacio de carga o almacenamiento., ya que no plantean riesgos ambientales como las baterías de plomo-ácido.
3.2.4 No requiere mantenimiento
A diferencia de las baterías de plomo-ácido, Las baterías de iones de litio no requieren inspecciones ni métodos de mantenimiento tediosos..
3.2.5 Mejora de la seguridad operativa
Las baterías de iones de litio mejoran la seguridad operativa de las instalaciones a través de diversos medios, y también son más respetuosos con el medio ambiente debido al menor riesgo de sobrecalentamiento, explosión, o emisión de gases o líquidos nocivos.
4. Terminología relacionada con la estructura de la batería de iones de litio
4.1 Carga equilibrada
Sobrecargue la batería después de un ciclo de carga completo por encima del voltaje normal. Este paso es necesario para ayudar a eliminar los sulfatos acumulados y equilibrar el voltaje de cada batería en las baterías de plomo-ácido..
4.2 Degradación de la batería
El proceso de reducir la cantidad de energía que una batería puede almacenar.. Temperatura, tensión de carga y descarga, y la profundidad de carga y descarga puede afectar el grado en que la capacidad de la batería disminuye con el tiempo.
4.3 Recuento de ciclos de batería
Si la batería completa una carga y se descarga como un ciclo, el número acumulado de cargos y descargos. El ciclo de la batería consta de 100% descarga y carga.
4.4 Duración de la batería
¿Cuánto tiempo se puede utilizar la batería dentro de su vida útil?. La vida útil se mide por el número de ciclos completos de carga y descarga..
4.5 Temperatura de trabajo
La temperatura aceptable del entorno en el que funciona la batería.. Si la temperatura de trabajo excede el rango, la batería puede fallar.
4.6 Listado/Certificación UL
El listado/certificación de UL significa que UL ha evaluado muestras de productos para garantizar que cumplan con requisitos específicos.. Esto incluye muestras de prueba que cubren la seguridad funcional y los casos de uso de la estructura de la batería de iones de litio..
5. ¿Por qué elegir iones de litio?- Análisis desde la perspectiva de la estructura de la batería de iones de litio.
5.1 Excelente calidad
La alta densidad de energía y los extensos ciclos de descarga de las baterías de iones de litio son los factores más importantes, haciéndolos indispensables en muchos dispositivos. Y también son superiores a la química de las baterías tradicionales en muchos otros aspectos.. Además de la alta densidad energética de las baterías, También pueden descargarse a alta potencia y cargarse rápidamente.. Esto les da una mayor flexibilidad operativa que las baterías de plomo-ácido..
En escenarios de aplicación donde la potencia o el tiempo de carga son ajustados, como los sistemas solares fotovoltaicos, El funcionamiento continuo en estados parcialmente cargados no causará daños a las baterías de iones de litio..
5.2 Respetuoso con el medio ambiente
La interacción entre las baterías de iones de litio y el medio ambiente es muy leve. No se emiten gases nocivos durante la carga., y la pérdida de calor es muy baja. Esto significa que las baterías de iones de litio se pueden utilizar en espacios cerrados., completamente aislado del entorno. El reciclaje y reutilización de pilas desechadas también es muy conveniente, ya que no contienen sustancias tóxicas como el cadmio, mercurio, y liderar.
5.3 Múltiples tipos de estructuras.
Durante el alta, la carga se mueve a través del circuito externo entre los electrodos de la batería. Para equilibrar la transferencia de carga dentro de la batería., Los iones de litio cargados positivamente se mueven a través de un circuito de electrolito interno entre los electrodos positivo y negativo.. Al cargar, el proceso se invierte, y los iones de litio regresan a través del electrolito.
Se pueden utilizar varios tipos de productos químicos como cátodos. (cátodos) para fabricar materiales de electrodos que transporten iones de litio. Los materiales electrolíticos también son una dirección de investigación., y el estado de materiales como sólidos y líquidos también es un tema de investigación. Este es un campo de investigación y desarrollo muy activo., que está impulsando el desarrollo de baterías de iones de litio en cada vez más aplicaciones de mercado.
Conclusión
Ahora que has entendido tanto análisis y datos, Debes tener ciertos conocimientos sobre las baterías de litio.: su historia, ventajas, y dirección del desarrollo.
El futuro de los productos eléctricos ha llegado. No se puede ignorar la demanda de transición de energías tradicionales a nuevas energías. A medida que más industrias y empresas se dan cuenta de las ventajas de la tecnología de baterías de iones de litio, Tomar decisiones para cambiar el enfoque empresarial se ha vuelto más fácil..
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¿Está planeando invertir ahora en tecnología de baterías de iones de litio??
Preguntas más frecuentes
1. ¿Pueden las baterías de litio reemplazar las baterías alcalinas??
Aunque las baterías de litio utilizan tecnología de batería más cara, su capacidad para mantener alto voltaje significa que son una excelente alternativa a las baterías alcalinas.
2.¿Las baterías de litio tendrán fugas??
Las baterías de litio no pierden, por lo que son muy seguros para almacenar.
El litio puede incendiarse al entrar en contacto con el aire o el agua.. Es menos probable que tengan fugas porque para los electrolitos líquidos, La tecnología de tratamiento de gases de escape ya está muy madura..
3.¿A qué temperatura explotarán las baterías de iones de litio??
Las baterías de litio pueden explotar a 538 grados centígrados.
Si una batería de litio se calienta durante mucho tiempo, puede que. Porque las baterías de iones de litio tienen una energía muy alta., cuando se calientan, Liberan disolventes orgánicos que actúan sobre el electrolito.; Este calor puede hacer que exploten..
Los cortocircuitos que se producen cuando los terminales de la batería entran en contacto con el metal también pueden provocar explosiones..
