Descripción general de la batería de litio |BSLBATT Energía Renovable

BSLBATT Engineered Technologies utiliza nuestros experimentados equipos de ingeniería, diseño, calidad y fabricación para que nuestros clientes puedan estar seguros de contar con soluciones de baterías técnicamente avanzadas que cumplan con los requisitos únicos de sus aplicaciones específicas.Nos especializamos en el diseño de paquetes de baterías y celdas de litio recargables y no recargables, ya que trabajamos con una variedad de químicas de celdas de litio para ofrecer opciones y soluciones para aplicaciones exigentes en todo el mundo.

Paquete de batería de litio Tecnologías

Nuestras amplias capacidades de fabricación nos permiten construir desde los paquetes de baterías más básicos hasta paquetes personalizados con circuitos, conectores y carcasas especializados.De bajo a alto volumen, tenemos la capacidad y la experiencia en la industria para satisfacer las necesidades únicas de todos los OEM, ya que nuestro experimentado equipo de ingeniería puede diseñar, desarrollar, probar y fabricar soluciones de baterías personalizadas para las necesidades específicas de la mayoría de las aplicaciones.

BSLBATT ofrece soluciones llave en mano basadas en los requisitos y especificaciones del cliente.Nos asociamos con los fabricantes de celdas líderes en la industria para brindar las soluciones óptimas y desarrollamos e integramos la electrónica de control y monitoreo más sofisticada en sus paquetes de baterías.

¿Cómo funciona una batería de iones de litio?

Las baterías de iones de litio aprovechan el fuerte potencial reductor de los iones de litio para impulsar la reacción redox fundamental para todas las tecnologías de baterías: reducción en el cátodo, oxidación en el ánodo.Al conectar los terminales positivo y negativo de una batería a través de un circuito, se unen las dos mitades de la reacción redox, lo que permite que el dispositivo conectado al circuito extraiga energía del movimiento de los electrones.

Si bien hay muchos tipos diferentes de productos químicos a base de litio que se usan en la industria hoy en día, usaremos óxido de cobalto de litio (LiCoO2), el producto químico que permitió que las baterías de iones de litio reemplazaran a las baterías de níquel-cadmio que habían sido la norma para los consumidores. electrónica hasta los años 90, para demostrar la química básica detrás de esta popular tecnología.

La reacción completa para un cátodo de LiCoO2 y un ánodo de grafito es la siguiente:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Donde la reacción directa representa la carga y la reacción inversa representa la descarga.Esto se puede dividir en las siguientes semirreacciones:

En el electrodo positivo, la reducción en el cátodo ocurre durante la descarga (ver reacción inversa).

LiCo3+O2 ⇌ xLi+ + Li1-xCo4+xCo3+1-xO2 + e-

En el electrodo negativo, la oxidación en el ánodo ocurre durante la descarga (ver reacción inversa).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

Durante la descarga, los iones de litio (Li+) se mueven desde el electrodo negativo (grafito) a través del electrolito (sales de litio suspendidas en una solución) y el separador hasta el electrodo positivo (LiCoO2).Al mismo tiempo, los electrones pasan del ánodo (grafito) al cátodo (LiCoO2) que está conectado a través de un circuito externo.Si se aplica una fuente de alimentación externa, la reacción se invierte junto con los roles de los respectivos electrodos, cargando la celda.

Qué hay en una batería de iones de litio

Su típica celda cilíndrica 18650, que es el factor de forma común utilizado por la industria para aplicaciones comerciales desde computadoras portátiles hasta vehículos eléctricos, tiene un OCV (voltaje de circuito abierto) de 3,7 voltios.Dependiendo del fabricante, puede entregar alrededor de 20 amperios con una capacidad de 3000 mAh o más.El paquete de baterías estará compuesto por varias celdas y, por lo general, incluirá un microchip protector para evitar la sobrecarga y la descarga por debajo de la capacidad mínima, lo que puede provocar sobrecalentamiento, incendios y explosiones.Echemos un vistazo más de cerca a las partes internas de una celda.

Electrodo/cátodo positivo

La clave para diseñar un electrodo positivo es elegir un material que tenga un potencial eléctrico superior a 2,25 V en comparación con los metales de litio puro.Los materiales del cátodo en los iones de litio varían mucho, pero generalmente tienen óxidos de metales de transición de litio en capas, como el diseño del cátodo LiCoO2 que exploramos anteriormente.Otros materiales incluyen espinelas (es decir, LiMn2O4) y olivinas (es decir, LiFePO4).

Electrodo negativo/ánodo

En una batería de litio ideal, usaría metal de litio puro como ánodo, ya que proporciona la combinación óptima de bajo peso molecular y alta capacidad específica posible para una batería.Hay dos problemas principales que impiden que el litio se utilice como ánodo en aplicaciones comerciales: la seguridad y la reversibilidad.El litio es altamente reactivo y propenso a fallas catastróficas de tipo pirotécnico.Además, durante la carga, el litio no volverá a su estado metálico uniforme original, en lugar de adoptar una morfología similar a una aguja conocida como dendrita.La formación de dendritas puede dar lugar a separadores perforados que pueden provocar cortocircuitos.

La solución que idearon los investigadores para aprovechar las ventajas del metal de litio sin todas las desventajas fue la intercalación de litio: el proceso de colocar capas de iones de litio dentro de grafito de carbono o algún otro material, para permitir el fácil movimiento de los iones de litio de un electrodo a otro.Otros mecanismos implican el uso de materiales de ánodo con litio que hacen más posibles las reacciones reversibles.Los materiales de ánodo típicos incluyen grafito, aleaciones a base de silicio, estaño y titanio.

Separador

La función del separador es proporcionar una capa de aislamiento eléctrico entre los electrodos negativo y positivo, al mismo tiempo que permite que los iones viajen a través de él durante la carga y la descarga.También debe ser químicamente resistente a la degradación por el electrolito y otras especies en la celda y mecánicamente lo suficientemente fuerte para resistir el desgaste.Los separadores de iones de litio comunes son generalmente de naturaleza altamente porosa y consisten en láminas de polietileno (PE) o polipropileno (PP).

Electrólito

La función de un electrolito en una celda de iones de litio es proporcionar un medio a través del cual los iones de litio puedan fluir libremente entre el cátodo y el ánodo durante los ciclos de carga y descarga.La idea es elegir un medio que sea a la vez un buen conductor de Li+ y un aislante electrónico.El electrolito debe ser térmicamente estable y químicamente compatible con los demás componentes de la celda.Generalmente, las sales de litio como LiClO4, LiBF4 o LiPF6 suspendidas en un solvente orgánico como carbonato de dietilo, carbonato de etileno o carbonato de dimetilo sirven como electrolito para los diseños de iones de litio convencionales.

Interfase de electrolito sólido (SEI)

Un concepto de diseño importante para entender sobre las celdas de iones de litio es la interfase de electrolito sólido (SEI), una película de pasivación que se acumula en la interfaz entre el electrodo y el electrolito cuando los iones Li+ reaccionan con los productos de degradación del electrolito.La película se forma sobre el electrodo negativo durante la carga inicial de la celda.El SEI protege el electrolito de una mayor descomposición durante las cargas posteriores de la celda.La pérdida de esta capa de pasivación puede afectar negativamente la vida útil del ciclo, el rendimiento eléctrico, la capacidad y la vida útil general de una celda.Por otro lado, los fabricantes han descubierto que pueden mejorar el rendimiento de la batería ajustando el SEI.

Conozca la familia de baterías de iones de litio

El atractivo del litio como material de electrodo ideal para aplicaciones de baterías ha dado lugar a muchos tipos de baterías de iones de litio.Aquí hay cinco de las baterías disponibles comercialmente más comunes en el mercado.

Óxido de cobalto de litio

Ya hemos cubierto las baterías de LiCoO2 en profundidad en este artículo porque representa la química más popular para dispositivos electrónicos portátiles como teléfonos celulares, computadoras portátiles y cámaras electrónicas.LiCoO2 debe su éxito a su alta energía específica.Una vida útil corta, una estabilidad térmica deficiente y el precio del cobalto hacen que los fabricantes cambien a diseños de cátodos combinados.

Óxido de manganeso de litio

Las baterías de óxido de manganeso y litio (LiMn2O4) utilizan cátodos basados ​​en MnO2.En comparación con las baterías de LiCoO2 estándar, las baterías de LiMn2O4 son menos tóxicas, cuestan menos y son más seguras de usar, pero con una capacidad reducida.Si bien los diseños recargables se han explorado en el pasado, la industria actual generalmente usa esta química para celdas primarias (ciclo único) que no son recargables y deben desecharse después de su uso.Durable, alta estabilidad térmica y una larga vida útil los hacen ideales para herramientas eléctricas o dispositivos médicos.

Litio Níquel Manganeso Cobalto Óxido

A veces, el todo es mayor que la suma de sus partes, y las baterías de óxido de cobalto y litio, níquel, manganeso (también conocidas como baterías NCM) cuentan con un mayor rendimiento eléctrico que el LiCoO2.NCM gana su fuerza al equilibrar los pros y los contras de sus materiales de cátodo individuales.Uno de los sistemas de iones de litio más exitosos del mercado, NCM se usa ampliamente en sistemas de propulsión como herramientas eléctricas y bicicletas eléctricas.

Fosfato de hierro y litio

Las baterías de fosfato de hierro y litio (LiFePO4) logran un ciclo de vida prolongado y una clasificación de corriente alta con buena estabilidad térmica con la ayuda del material de cátodo de fosfato nanoestructurado.A pesar de estas mejoras, no es tan densa en energía como las tecnologías de mezcla de cobalto y tiene la tasa de autodescarga más alta de las otras baterías en esta lista.Las baterías LiFePO4 son populares como alternativa al plomo-ácido como batería de arranque de automóviles.

titanato de litio

Reemplazar el ánodo de grafito con nanocristales de titanato de litio aumenta considerablemente el área superficial del ánodo a aproximadamente 100 m2 por gramo.El ánodo nanoestructurado aumenta la cantidad de electrones que pueden fluir a través del circuito, lo que brinda a las celdas de titanato de litio la capacidad de cargarse y descargarse de manera segura a velocidades superiores a 10C (diez veces su capacidad nominal).La contrapartida por tener el ciclo de carga y descarga más rápido de las baterías de iones de litio es un voltaje relativamente más bajo de 2,4 V por celda, las celdas de titanato de litio en el extremo inferior del espectro de densidad de energía de las baterías de litio, pero aún más alto que las químicas alternativas como el níquel- cadmio.A pesar de esta desventaja, el rendimiento eléctrico general, la alta confiabilidad, la estabilidad térmica y un ciclo de vida extralargo significan que la batería aún se usa en vehículos eléctricos.

El futuro de las baterías de iones de litio

Hay un gran impulso de las empresas y los gobiernos de todo el mundo para continuar con la investigación y el desarrollo de iones de litio y otras tecnologías de baterías para satisfacer la creciente demanda de energía limpia y emisiones de carbono reducidas.Las fuentes de energía inherentemente intermitentes, como la solar y la eólica, podrían beneficiarse enormemente de la alta densidad de energía y el largo ciclo de vida de los iones de litio, que ya han ayudado a la tecnología a acaparar el mercado de vehículos eléctricos.

Para satisfacer esta creciente demanda, los investigadores ya han comenzado a ampliar los límites de los iones de litio existentes de formas nuevas y emocionantes.Las celdas de polímero de litio (Li-Po) reemplazan los peligrosos electrolitos líquidos a base de sal de litio con geles de polímero más seguros y diseños de celdas semihúmedas, para un rendimiento eléctrico comparable con una seguridad mejorada y un peso más ligero.El litio de estado sólido es la tecnología más nueva del bloque y promete mejoras en la densidad de energía, la seguridad, el ciclo de vida y la longevidad general con la estabilidad de un electrolito sólido.Es difícil predecir qué tecnología ganará la carrera por la solución definitiva de almacenamiento de energía, pero es seguro que los iones de litio seguirán desempeñando un papel importante en la economía energética en los años venideros.

Proveedor de soluciones de almacenamiento de energía

Fabricamos productos de vanguardia, combinando ingeniería de precisión con una amplia experiencia en aplicaciones para ayudar a los clientes a integrar soluciones de almacenamiento de energía en sus productos.BSLBATT Engineered Technologies tiene la tecnología comprobada y la experiencia en integración para llevar sus aplicaciones desde la concepción hasta la comercialización.

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