Seis características y parámetros comunes de la batería de litio

A menudo hablamos de baterías de litio ternarias o baterías de litio de hierro, que llevan el nombre del material activo positivo. Este artículo resume seis tipos comunes de baterías de litio y sus principales parámetros de rendimiento. Como todos sabemos, la misma ruta técnica de la celda, los parámetros específicos no son exactamente los mismos, este trabajo muestra el nivel general actual de parámetros. Tres tipos de baterías de litio incluyen óxido de cobalto de litio (LiCoO2), óxido de manganeso de litio (LiMn2O4) y óxido de manganeso de litio y níquel cobalto (LiNiMnCoO2 o NMC).

Óxido de litio y cobalto (LiCoO2)

Su alta energía específica lo convierte en una opción popular para teléfonos móviles, computadoras portátiles y cámaras digitales. La batería consta de un cátodo de óxido de cobalto y un ánodo de carbono de grafito. El cátodo tiene una estructura en capas. Durante la descarga, los iones de litio se mueven del ánodo al cátodo, mientras que el proceso de carga fluye en la dirección opuesta.

El cátodo tiene una estructura en capas. Durante la descarga, los iones de litio se mueven del ánodo al cátodo. Flujo del cátodo al ánodo durante la carga.

Las desventajas del óxido de cobalto y litio son una vida relativamente corta, una baja estabilidad térmica y una capacidad de carga limitada (potencia específica). Al igual que otras baterías de iones de litio con mezcla de cobalto, el óxido de cobalto y litio tiene un ánodo de grafito, y su ciclo de vida está limitado principalmente por la interfaz de electrolito sólido (SEI), que se manifiesta principalmente en el engrosamiento gradual de las películas de SEI y el enchapado de litio anódico durante períodos rápidos o bajos. -temperatura de carga. Los sistemas de materiales más nuevos agregan níquel, manganeso y / o aluminio para mejorar la vida útil, la capacidad de carga y reducir los costos. El óxido de litio y cobalto no debe cargarse ni descargarse a una corriente superior a la capacidad. Esto significa que las baterías 18650 con 2,400 mAh solo se pueden cargar y descargar a una velocidad de 2,400 mA o menos. Forzar una carga rápida o aplicar una carga superior a 2400 mA puede provocar sobrecalentamiento y sobrecarga. Para una carga rápida óptima, el fabricante recomienda una relación de carga de 0,8 ° C o aproximadamente 2000 mA. El circuito de protección de la batería limita la velocidad de carga y descarga de la unidad de energía a un nivel seguro de aproximadamente 1 ° C. El diagrama de araña hexagonal resume el rendimiento del óxido de cobalto de litio en términos de energía o capacidad específica asociada con la operación; Potencia específica o la capacidad de proporcionar una gran corriente; Seguridad; Rendimiento en entornos de alta y baja temperatura; La vida incluye la vida del calendario y el ciclo de vida; Características de costo. Otras características importantes que no se muestran en el diagrama de araña incluyen toxicidad, capacidad de carga rápida, autodescarga y vida útil. Debido al alto costo del cobalto y las importantes mejoras de rendimiento logradas al mezclarlo con otros materiales de cátodos activos, el óxido de cobalto y litio está siendo reemplazado gradualmente por manganato de litio, particularmente NMC y NCA.

Manganato de litio (LiMn2O4)

La batería de manganato de litio de espinela se publicó por primera vez en 1983 en el informe de investigación de materiales. En 1996, Moli Energy comercializó baterías de iones de litio utilizando manganato de litio como material catódico. La estructura forma una estructura de espinela tridimensional, que puede mejorar el flujo de iones en el electrodo, reduciendo así la resistencia interna y mejorando la capacidad de transporte de corriente. Otra ventaja de la espinela es la alta estabilidad térmica, la seguridad mejorada, pero el ciclo y la vida útil son limitados. La baja resistencia interna permite una carga rápida y una gran descarga de corriente. La batería de manganato de litio de 18650 celdas puede descargarse a una corriente de 20-30a y tiene una acumulación de calor moderada. También puede aplicar un pulso de carga de hasta 50A1 segundos. En el flujo de electricidad, una carga alta continua puede provocar la acumulación de calor, la temperatura de la batería no debe exceder los 80 ° C (176 ° F). El manganato de litio se utiliza en herramientas eléctricas, dispositivos médicos, así como en vehículos híbridos y eléctricos puros. La Figura 4 ilustra la formación de un esqueleto de cristal tridimensional en el cátodo de una batería de manganato de litio. La estructura de la espinela generalmente consiste en una forma de diamante conectada a una red cristalina, que generalmente aparece después de la formación de la batería.

La cristalización del cátodo de manganato de litio tiene una estructura de esqueleto tridimensional formada después de la formación. La espinela proporciona baja resistencia pero menor energía específica que el óxido de cobalto y litio.

Manganato de litio, níquel y cobalto (LiNiMnCoO2 o NMC)

Uno de los sistemas de iones de litio de mayor éxito es la combinación de cátodos de níquel, manganeso y cobalto (NMC). Similar al manganato de litio, este sistema se puede personalizar para usar como batería de energía o batería de energía. Por ejemplo, un NMC en una batería 18650 en condiciones de carga media tiene una capacidad de aproximadamente 2800 mAh y puede proporcionar una corriente de descarga de 4 A a 5 A; el mismo tipo de NMC está optimizado para una potencia específica con una capacidad de solo 2000 mAh, pero puede proporcionar una corriente de descarga continua de 20 A. El ánodo a base de silicio alcanzará 4000 mAh o más, pero la capacidad de carga se reduce y el ciclo de vida se acorta. El silicio agregado al grafito tiene el defecto de que el ánodo se expande y contrae con la carga y descarga, por lo que la tensión mecánica de la batería es en gran medida inestable. El secreto de NMC radica en la combinación de níquel y manganeso. Similar a esta es la sal, en la que los componentes principales sodio y cloruro son tóxicos en sí mismos, pero se mezclan como sal condimentada y conservante de alimentos. El níquel es conocido por su alta energía específica, pero su estabilidad es pobre; la estructura de espinela de manganeso puede lograr una resistencia interna baja pero una energía específica baja. Los dos metales activos tienen ventajas complementarias. La NMC es la batería preferida para herramientas eléctricas, bicicletas eléctricas y otros sistemas de energía eléctrica. La combinación del cátodo es típicamente un tercio de níquel, un tercio de manganeso y un tercio de cobalto, también conocido como 1-1-1. Esto proporciona una mezcla única que también reduce los costos de materia prima debido al contenido reducido de cobalto. Otra combinación exitosa es NCM, que contiene 5 partes de níquel, 3 partes de cobalto y 2 partes de manganeso (5-3-2). También se pueden usar otras cantidades diferentes de combinaciones de materiales de cátodo. Debido al alto costo del cobalto, los fabricantes de baterías han cambiado de cátodos de cobalto a níquel. Los sistemas a base de níquel tienen una densidad de energía más alta, un costo más bajo y una vida útil más larga que las baterías a base de cobalto, pero sus voltajes son ligeramente más bajos. Los nuevos electrolitos y aditivos pueden cargar una sola batería a más de 4,4 V, lo que aumenta la potencia.

La página contiene el contenido de la traducción automática.