¿Cómo mejorar el rendimiento a baja temperatura de la masa de fosfato de hierro y litio?

Como todos sabemos, los paquetes de baterías de litio funcionan bastante bien a altas temperaturas; su potencia calorífica máxima oscila entre 350 y 500 °C, y aún pueden descargar toda su capacidad a 60 °C. Sin embargo, a bajas temperaturas, su rendimiento es un poco peor que otros sistemas de baterías; ¿Cómo se puede mejorar este rendimiento a baja temperatura? Hay muchas formas de mejorar su rendimiento a bajas temperaturas:

La primera forma es utilizar sistemas de calefacción de batería para mantener la temperatura de la batería dentro de un rango óptimo. Estos sistemas pueden incluir elementos calefactores resistivos, materiales de cambio de fase u otros métodos de gestión térmica.

En segundo lugar, agregue aislamiento alrededor de la batería para evitar una pérdida excesiva de calor al entorno. Esto ayuda a mantener una temperatura interna más alta, particularmente en condiciones extremadamente frías.

El empleo de nanopartículas de LiFePO4 puede mejorar el rendimiento a baja temperatura, ya que ofrecen una mayor superficie y una cinética de difusión de iones mejorada.

Administre adecuadamente los límites de carga y descarga de la batería para evitar daños, ya que esto puede afectar el rendimiento a baja temperatura.

Ánodo y cátodo

En una batería de fosfato de hierro y litio (LiFePO4), el ánodo y el cátodo son componentes integrales de la batería que desempeñan funciones clave en su funcionamiento. Los materiales del ánodo y el cátodo de una batería LiFePO4 son diferentes de los de las baterías tradicionales de iones de litio y tienen características distintas. Aquí hay una breve explicación del ánodo y cátodo de una batería LiFePO4:

El cátodo de una batería LiFePO4 suele estar hecho de material de fosfato de hierro y litio (LiFePO4). El cátodo es de donde se extraen los iones de litio durante la descarga y donde se insertan durante la carga. LiFePO4 es conocido por su rendimiento estable y confiable, lo que lo convierte en una opción popular para materiales catódicos en baterías de iones de litio.

Celda de batería LiFePO4 de baja temperatura de 3,2 V y 20 A -40 ℃ Capacidad de descarga de 3C≥70 % Temperatura de carga: -20~45 ℃ Temperatura de descarga: -40~+55 ℃ Prueba de acupuntura aprobada -40 ℃ Tasa máxima de descarga: 3C

LEE MAS

El ánodo de una batería LiFePO4 suele estar compuesto de materiales a base de carbono, como el grafito. El ánodo es donde se almacenan los iones de litio durante la carga y se liberan durante la descarga. Mientras que se utiliza LiFePO4 para el cátodo, se utiliza un material a base de carbono para el ánodo debido a su capacidad para intercalar iones de litio de forma eficaz y reversible.

Durante el proceso de descarga (cuando la batería proporciona energía), los iones de litio se mueven del ánodo al cátodo, creando una corriente eléctrica. Durante el proceso de carga, los iones de litio pasan del cátodo al ánodo.

El rendimiento a baja temperatura de una batería LiFePO4 es generalmente mejor que el de otros tipos de baterías de iones de litio, como las baterías de óxido de litio y cobalto (LiCoO2). Las baterías LiFePO4 exhiben una buena estabilidad térmica, un riesgo reducido de fuga térmica y un rendimiento constante a bajas temperaturas, lo que las hace adecuadas para aplicaciones en entornos más fríos. Sin embargo, como la mayoría de las baterías, su rendimiento aún puede verse afectado a temperaturas extremadamente bajas y la velocidad de carga y descarga puede reducirse en condiciones muy frías.

Cargando

Cargar una batería de fosfato de hierro y litio (LiFePO4) a una velocidad más alta puede ser una forma eficaz de mejorar su rendimiento a baja temperatura, ya que ayuda a aumentar la retención de capacidad y reducir el impacto del clima frío. Sin embargo, es importante señalar que existen algunas consideraciones y posibles compensaciones asociadas con este enfoque.

Limitar la velocidad de carga y descarga en temperaturas frías puede evitar el estrés térmico en la batería y mejorar el rendimiento general.

Las baterías LiFePO4 pueden requerir un equilibrio de celdas para garantizar que las celdas individuales estén en el mismo estado de carga. Las celdas desequilibradas pueden provocar problemas de capacidad y rendimiento. Un buen sistema de gestión de baterías (BMS) puede encargarse del equilibrio de las celdas.

No descargue la batería LiFePO4 por debajo de su voltaje de corte de descarga recomendado. Una descarga demasiado profunda puede dañar la batería y reducir su vida útil.

Batería de polímero resistente para portátiles de alta densidad de energía y baja temperatura Especificación de la batería: 11,1 V 7800 mAh -40 ℃ Capacidad de descarga de 0,2 C ≥80 % A prueba de polvo, resistencia a caídas, anticorrosión, antiinterferencias electromagnéticas

LEE MAS

Utilice un BMS o un circuito de protección para evitar una descarga excesiva, que puede ser especialmente dañina para las baterías LiFePO4. El BMS puede desconectar la batería de la carga cuando su voltaje cae por debajo de un umbral seguro.

Controle periódicamente el estado de carga, voltaje y temperatura de la batería, especialmente durante la carga y descarga. Esto ayuda a detectar y prevenir cualquier condición anormal.

La protección contra sobrecargas es esencial para evitar que la batería exceda sus límites de voltaje seguros. El BMS debe desconectar o reducir la corriente de carga si la batería se acerca a una condición de sobretensión. La descarga excesiva puede dañar la batería. El BMS debe desconectar o reducir la carga cuando el voltaje de la batería cae a un nivel crítico, asegurando que no baje del límite inferior seguro.

En los sistemas de baterías de varias celdas, las celdas individuales pueden tener diferentes estados de carga (SOC). El BMS debe gestionar y equilibrar estas células para garantizar que se descarguen y carguen de manera uniforme. El BMS suele utilizar algoritmos para estimar el SOC de la batería. Esta información es vital para tomar decisiones informadas de carga y descarga.

El BMS debe establecer límites de corriente y voltaje para proteger la batería del flujo excesivo de corriente o picos de voltaje, que pueden ocurrir durante carga rápida o condiciones de carga alta. En aplicaciones donde la carga regenerativa es posible (por ejemplo, vehículos eléctricos), el BMS debe gestionar el flujo de energía desde el frenado regenerativo a la batería para evitar la sobrecarga.

En algunas aplicaciones, como la electrónica portátil, los usuarios pueden tener preferencias sobre cómo quieren que se carguen sus baterías. El BMS debe proporcionar opciones para perfiles definidos por el usuario, si corresponde.

En emergencias o condiciones de falla, el BMS debe ser capaz de desconectar la batería de la carga o del cargador para evitar fallas catastróficas.

Usar el equipo adecuado, seguir las recomendaciones del fabricante e incorporar un BMS bien diseñado puede ayudar a garantizar que la batería funcione dentro de parámetros seguros y óptimos.

Electrólito

Modificación del electrolito de la batería añadiendo aditivos específicos que pueden mejorar la conductividad iónica a bajas temperaturas. Los fabricantes de baterías pueden disponer de aditivos o formulaciones patentadas.

Los aditivos de electrolitos son compuestos adicionales que se agregan a esta solución.

Los aditivos comunes incluyen:

Bis(oxalato)borato de litio (LiBOB): puede mejorar el rendimiento a baja temperatura y la estabilidad térmica de la batería.

Carbonato de vinileno (VC): el VC puede formar una película protectora en la superficie del electrodo, lo que reduce la impedancia y mejora el rendimiento a baja temperatura.

Carbonato de propileno (PC): el PC se utiliza a menudo en electrolitos para reducir el punto de congelación, lo que puede resultar beneficioso en condiciones de frío.

En condiciones de frío, el electrolito puede volverse más viscoso, lo que genera una mayor resistencia dentro de la batería. Los aditivos de electrolitos pueden ayudar a reducir esta resistencia, permitiendo un mejor rendimiento de carga y descarga.

Ciertos aditivos, como el VC, pueden crear una capa protectora estable en la superficie del electrodo, mejorando el comportamiento interfacial entre el electrodo y el electrolito. Esto reduce la formación de capas de interfaz sólido-electrolito (SEI) que pueden obstaculizar el rendimiento.

La concentración de aditivos de electrolitos debe optimizarse cuidadosamente para lograr los efectos deseados sin causar efectos secundarios no deseados. Un exceso de determinados aditivos puede perjudicar el rendimiento de la batería.

Es importante tener en cuenta que la elección y concentración de los aditivos de electrolitos pueden variar según la química y el diseño específicos de la batería.