Batería de litio y ácido manganeso o batería de litio ternaria, ¿qué rendimiento de seguridad es mejor?

Cuando se trata de baterías, existen diversos tipos; algunos difieren en los tipos de químicos y ácidos utilizados, mientras que otros difieren completamente en su capacidad, potencia y muchos otros aspectos.

Siempre existen algunas preocupaciones de seguridad cuando se trata de baterías. Los consumidores siempre quieren tener lo mejor, especialmente cuando se trata de la seguridad de la batería. De hecho, los fabricantes trabajan principalmente en la seguridad de la batería, aunque prueban la batería en cada circunstancia peligrosa para reducir a cero el nivel de cualquier situación no deseada.

Las baterías de litio-ácido manganeso y las baterías ternarias de litio son dos de las baterías más utilizadas en el mundo en términos de seguridad. Tanto las baterías de litio y ácido manganeso (LiMnO2) como las baterías ternarias de litio pueden ser seguras si se diseñan, fabrican y utilizan correctamente. Sin embargo, existen algunas diferencias en sus características de seguridad:

Batería LiMnO2 (dióxido de litio y manganeso):

Seguridad:

Las baterías de LiMnO2 generalmente se consideran seguras debido al uso de dióxido de manganeso como material catódico, que tiene una buena estabilidad térmica.

Menor densidad de energía:

Las baterías de LiMnO2 suelen tener una densidad de energía más baja en comparación con las baterías de litio ternarias, lo que significa que es posible que no contengan tanta energía, pero esto puede ser una ventaja para la seguridad.

Batería Ternaria de Litio (NMC o NCA):

Mayor densidad de energía: Las baterías de litio ternarias, como las que utilizan cátodos de níquel manganeso cobalto (NMC) o níquel cobalto aluminio (NCA), suelen tener una mayor densidad de energía, lo que significa que pueden almacenar más energía para un tamaño y peso determinados.

Gestión Térmica:

La mayor densidad de energía de las baterías ternarias de litio puede hacerlas más susceptibles a la fuga térmica si no se gestionan adecuadamente. La fuga térmica puede provocar riesgos de seguridad.

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

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Seguridad del material

Algunos de los materiales clave utilizados en ambas baterías son los siguientes:

Materiales del cátodo:

Las baterías LiMnO2 utilizan dióxido de manganeso como material catódico. El dióxido de manganeso es relativamente estable térmicamente y menos propenso a la fuga térmica, lo que lo convierte en una opción más segura en comparación con otros materiales catódicos.

Las baterías ternarias de litio pueden utilizar materiales catódicos como níquel manganeso cobalto (NMC) o níquel cobalto aluminio (NCA). Estos materiales pueden proporcionar una mayor densidad de energía pero pueden ser menos estables térmicamente en comparación con el dióxido de manganeso. Las características de ingeniería y seguridad adecuadas son cruciales para gestionar los riesgos potenciales asociados con estos materiales.

Materiales del ánodo:

En ambos tipos de baterías, el grafito se utiliza habitualmente como material del ánodo. El grafito es un material relativamente seguro y no plantea problemas de seguridad importantes.

Electrolitos:

El electrolito de las baterías de iones de litio suele ser una sal de litio disuelta en un disolvente, a menudo un disolvente orgánico. La elección del electrolito y su formulación desempeñan un papel importante en la seguridad de la batería.

Los electrolitos no acuosos, que se utilizan habitualmente en las baterías de iones de litio, pueden ser inflamables y plantear riesgos para la seguridad. Se están realizando esfuerzos para desarrollar formulaciones de electrolitos más seguras, como aquellas basadas en electrolitos de estado sólido, para mejorar la seguridad de las baterías.

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

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Separador:

El separador de una batería de iones de litio suele ser una membrana porosa que mantiene separados el cátodo y el ánodo al tiempo que permite el flujo de iones. El separador debe ser estable y tener buenas propiedades térmicas para evitar fugas térmicas.

Los avances en la tecnología de separadores han llevado al desarrollo de separadores más seguros que pueden resistir la propagación térmica.

Funciones de seguridad y gestión térmica:

La seguridad de la batería también depende de la inclusión de sistemas de gestión térmica y características de seguridad como protección contra sobrecarga, protección contra sobredescarga y protección contra cortocircuitos.

Fabricación y Control de Calidad:

La seguridad de una batería de iones de litio depende en gran medida de la calidad de su fabricación. Las medidas adecuadas de control de calidad durante la producción son fundamentales para garantizar la seguridad y fiabilidad de las baterías.

Proceso de empaque

Selección de celdas: el ensamblaje del paquete de baterías comienza con la selección de celdas individuales de iones de litio. Estas celdas suelen tener forma cilíndrica o prismática y pueden variar en tamaño y capacidad. La elección de las celdas depende de los requisitos específicos de la aplicación.

Clasificación de celdas: las celdas se clasifican según sus características, como capacidad, resistencia interna y voltaje, para crear un conjunto bien combinado que funcionará de manera uniforme en el paquete. Las células con propiedades similares se agrupan.

Pruebas de celdas: Se prueba la integridad eléctrica y mecánica de cada celda para garantizar que cumpla con los estándares de calidad y seguridad. Las pruebas pueden incluir la medición de voltaje, capacidad y resistencia interna.

Integración del sistema de gestión de batería (BMS): un sistema de gestión de batería, o BMS, es un componente crucial de un paquete de baterías. Supervisa y gestiona las células para garantizar un funcionamiento seguro. El BMS está integrado en el paquete, normalmente a través de un tablero de control.

Disposición de las celdas: las celdas están dispuestas en una configuración específica según los requisitos de la aplicación. Esto puede incluir la disposición de celdas en combinaciones en serie y en paralelo para lograr el voltaje y la capacidad deseados.

Gestión térmica: Dependiendo de la aplicación, se puede incorporar un sistema de gestión térmica al paquete para controlar la temperatura de funcionamiento de las celdas. Esto puede implicar el uso de sistemas de refrigeración o aislamiento.

Gabinete mecánico: Un gabinete mecánico protector está diseñado para albergar las celdas y los componentes asociados de forma segura. Este recinto suele estar hecho de materiales ligeros pero duraderos.

Cableado y conectores: el cableado se utiliza para conectar las celdas en la configuración deseada y para conectar el BMS, el sistema de gestión térmica y los conectores externos. Un aislamiento y una protección adecuados son esenciales para la seguridad.

Aislamiento y sellado: El paquete está sellado para evitar la entrada de humedad y contaminantes y para proteger contra posibles cortocircuitos. Se utilizan materiales aislantes para evitar el contacto eléctrico con el recinto.

Pruebas finales y control de calidad: el paquete de baterías completo se somete a pruebas exhaustivas, que incluyen verificación de voltaje, capacidad, rendimiento térmico y características de seguridad. Cualquier paquete defectuoso será rechazado.

Ciclo de vida

Es una métrica fundamental para evaluar la durabilidad y longevidad de una batería, ya que indica cuántas veces se puede utilizar la batería antes de que su capacidad se degrade significativamente o quede inutilizable. Es deseable un ciclo de vida más largo para aplicaciones como vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía renovable, ya que extiende la vida útil de la batería y reduce la necesidad de reemplazos frecuentes. Los factores que influyen en el ciclo de vida incluyen la química de la batería, la profundidad de la descarga, las tasas de carga/descarga, la temperatura de funcionamiento y la calidad de los sistemas de gestión de la batería. Se están realizando amplios esfuerzos de investigación y desarrollo para mejorar las tecnologías de baterías y mejorar su ciclo de vida para satisfacer la creciente demanda de soluciones de almacenamiento de energía más robustas y duraderas.