¿Qué es una batería de iones de litio?
La "batería de litio" es una batería que utiliza metal de litio o aleación de litio como material de electrodo positivo/negativo y utiliza electrolito no acuoso.
Las baterías de litio se utilizaron por primera vez en marcapasos. Las baterías de litio tienen las ventajas de una tasa de autodescarga extremadamente baja y un voltaje de descarga suave, lo que permite que los marcapasos implantados en el cuerpo humano funcionen durante mucho tiempo sin cargarse. Las baterías de litio generalmente tienen un voltaje nominal superior a 3,0 voltios y son más adecuadas para alimentar circuitos integrados. Las baterías de dióxido de manganeso se utilizan ampliamente en calculadoras, cámaras digitales y relojes.
Para desarrollar variedades más excelentes, la gente ha estudiado diversos materiales para producir productos sin precedentes.
Las baterías de litio metálico fueron propuestas y estudiadas por primera vez por Gilbert N. Lewis en 1912.
En la década de 1970, M. S. Whittingham propuso y comenzó a estudiar las baterías de iones de litio.
En 1992, Sony desarrolló con éxito baterías de iones de litio. Su practicidad reduce en gran medida el peso y volumen de dispositivos electrónicos portátiles como teléfonos móviles, portátiles y calculadoras.
Debido a las propiedades químicas muy activas del litio metálico, el procesamiento, almacenamiento y uso del litio metálico tienen requisitos medioambientales muy elevados. Con el desarrollo de la tecnología, las baterías de litio se han convertido en algo habitual.
Las baterías de litio se pueden dividir a grandes rasgos en dos categorías: baterías de metal litio y baterías de iones de litio.
Las baterías de iones de litio no contienen litio metálico y son recargables. Las baterías de metal litio, la quinta generación de baterías recargables, nacieron en 1996. Su seguridad, capacidad específica, tasa de autodescarga y rentabilidad son mejores que las de las baterías de iones de litio. Debido a sus elevados requisitos técnicos, sólo unos pocos países producen esta batería de metal de litio.
2. Principio de funcionamiento
1. Batería de metal de litio
Generalmente, se utiliza dióxido de manganeso como material del electrodo positivo y metal de litio o su aleación. Se utiliza como material del electrodo negativo. Baterías que utilizan electrolitos no acuosos.
Reacción de descarga: Li MnO2 = LiMn02.
2. Batería de iones de litio:
La batería de iones de litio generalmente utiliza óxido metálico de aleación de litio como material del electrodo positivo, grafito como material del electrodo negativo y electrolito no acuoso.
La reacción en el ánodo cargado es la siguiente
licoo 2 = Li(1-x)COO 2 XLI Xe-(electrón)
La reacción en el electrodo negativo cargado de la siguiente manera
6C xLi xe- = LixC6
La reacción total de la batería recargable: licoo 2 6c = Li(1-x)COO 2 lixc 6.
En tercer lugar, características
El peso de las baterías de iones de litio de alta densidad de energía es la mitad que el de las baterías de níquel-cadmio o níquel-hidruro metálico de la misma capacidad, y el volumen es 20-30 veces mayor que el níquel-cadmio y el níquel-hidruro metálico 35-50.
El voltaje de funcionamiento de una batería de iones de litio de una sola celda de alto voltaje es de 3,7 V (promedio), lo que equivale a tres baterías de níquel-cadmio o níquel-hidruro metálico conectadas en serie.
Las baterías de iones de litio libres de contaminación no contienen sustancias metálicas nocivas como cadmio, plomo y mercurio.
Las baterías de iones de litio que no contienen litio metálico no contienen litio metálico, por lo que no están sujetas a la prohibición de transportar baterías de litio en aviones de pasajeros durante el transporte aéreo.
Ciclo de vida elevado En circunstancias normales, las baterías de iones de litio pueden cargarse y descargarse más de 500 veces, y las de fosfato ferroso de litio pueden llegar a 2.000 veces.
Efecto memoria El efecto sin memoria se refiere al fenómeno de que la capacidad de las baterías de níquel-cadmio disminuye durante el ciclo de carga y descarga. Este efecto no existe con las baterías de iones de litio.
La carga rápida utiliza un cargador de corriente constante y voltaje constante con un voltaje nominal de 4,2 V, que puede cargar completamente la batería de iones de litio en 1,5 a 2,5 horas; la batería de fosfato de hierro y litio recientemente desarrollada puede cargarse por completo; Cargado en 35 minutos.
3. Análisis de ventajas y desventajas
1. Ventajas
(1) La energía es relativamente alta. Tiene una alta densidad de almacenamiento de energía de 460-600 Wh/kg, que es aproximadamente de 6 a 7 veces mayor que la de las baterías de plomo-ácido.
(2) Larga vida útil, hasta más de 6 años.
Las baterías con fosfato de hierro y litio como electrodo positivo se han cargado y descargado a 1 C (100 DOD) y se ha registrado su uso 10 000 veces;
(3) Alto voltaje nominal (el voltaje de funcionamiento único es 3,7 V o 3,2 V), aproximadamente igual al voltaje en serie de tres baterías recargables de níquel-cadmio o hidruro metálico de níquel, lo cual es conveniente para formar un paquete de energía de batería, el voltaje de la batería de litio se puede ajustar a 3,0 V mediante la nueva tecnología de; Regulador de voltaje de batería de litio, adecuado para su uso en pequeños electrodomésticos.
(4) La resistencia de potencia es fuerte, entre las cuales la batería de iones de litio de fosfato de hierro y litio para vehículos eléctricos puede alcanzar una capacidad de carga y descarga de 15-30 C, lo cual es conveniente para arranques y arranques de alta intensidad. aceleración
(5 ) La tasa de autodescarga es muy baja, que es una de las ventajas más destacadas de la batería. Generalmente puede ser inferior a 1/mes, menos de 1/20 de la. batería de níquel-hidruro metálico
(6) Peso ligero, aproximadamente el mismo 1/6-1/5 del peso de los productos de plomo-ácido en volumen;
(7) Adaptabilidad a altas y bajas temperaturas, se puede utilizar en entornos de -20 ℃ - 60 ℃ y se puede utilizar en un entorno de -45 ℃;
(8) Respetuoso con el medio ambiente, sin importar si se produce, usado o desechado, no contiene ni produce elementos ni sustancias metálicas pesadas tóxicas y nocivas como plomo, mercurio, cadmio, etc.
(9) La producción básicamente no consume agua, lo que es muy beneficioso para China, que tiene escasez de agua.
La energía específica se refiere a la energía por unidad de peso o unidad de volumen. La energía específica se expresa en Wh/kg o wh/l, Wh es la unidad de energía, w es el vatio, h es la hora, el kg es el kilogramo (unidad de peso), L es el litro (unidad de volumen).
2. Desventajas
1. Todas las baterías primarias de litio tienen poca seguridad y corren peligro de explosión.
2. Las baterías de iones de litio de óxido de cobalto y litio no se pueden descargar con corrientes elevadas, son caras y tienen poca seguridad.
3. Las baterías de iones de litio requieren circuitos de protección para evitar la sobrecarga y descarga de la batería.
4. Altas exigencias de producción y elevados costes.
5. Las condiciones de uso son limitadas y es peligroso utilizarlo a altas y bajas temperaturas.