El principio de funcionamiento de las baterías de iones de litio.

La batería de iones de litio utiliza un material de carbono como electrodo negativo y un compuesto que contiene litio como electrodo positivo, y no existe metal de litio, solo iones de litio. Una batería de iones de litio es un término general para una batería en la que se utiliza un compuesto de intercalación de iones de litio como material de electrodo positivo. El proceso de carga y descarga de una batería de iones de litio es un proceso de intercalación y desintercalación de iones de litio. En el proceso de intercalación y desintercalación de iones de litio, inserción y desintercalación concomitante de electrones equivalentes con iones de litio (comúnmente denominada incrustación o desintercalación del electrodo positivo e inserción o desintercalación del electrodo negativo). Durante la carga y descarga, los iones de litio se intercalan / desintercalan y se insertan / desintercalan entre los electrodos positivo y negativo, y se denominan acertadamente "baterías de mecedora".

Las baterías de iones de litio tienen una alta densidad de energía y un alto voltaje de salida promedio. La autodescarga es pequeña, menos del 10% por mes. Sin efectos de memoria. El rango de temperatura de funcionamiento es de -20 ° C a 60 ° C. Rendimiento de ciclo alto, carga y descarga rápidas, eficiencia de carga de hasta el 100% y potencia de salida. Larga vida útil. No hay contaminación ambiental y se llama batería verde.

Mecanismo de acción

La batería de iones de litio utiliza un material de carbono como electrodo negativo y un compuesto que contiene litio como electrodo positivo, y no existe metal de litio, solo iones de litio. Una batería de iones de litio es un término general para una batería en la que se utiliza un compuesto de intercalación de iones de litio como material de electrodo positivo. El proceso de carga y descarga de una batería de iones de litio es un proceso de intercalación y desintercalación de iones de litio. En el proceso de intercalación y desintercalación de iones de litio, inserción y desintercalación concomitante de electrones equivalentes con iones de litio (comúnmente denominada incrustación o desintercalación del electrodo positivo e inserción o desintercalación del electrodo negativo). Durante la carga y descarga, los iones de litio se intercalan / desintercalan y se insertan / desintercalan entre los electrodos positivo y negativo, y se denominan acertadamente "baterías de mecedora".

Cuando la batería está cargada, se generan iones de litio en el electrodo positivo de la batería y los iones de litio resultantes se mueven a través del electrolito hasta el electrodo negativo. El carbono como electrodo negativo tiene una estructura en capas. Tiene muchos microporos. Los iones de litio que llegan al electrodo negativo están incrustados en los microporos de la capa de carbono. Cuantos más iones de litio incorporados, mayor será la capacidad de carga. Del mismo modo, cuando la batería se descarga (es decir, cuando usamos la batería), los iones de litio incrustados en la capa de carbono negativa se eliminan y se mueven de nuevo al polo positivo. Cuantos más iones de litio regresen al polo positivo, mayor será la capacidad de descarga.

En general, la corriente de carga de una batería de litio se establece entre 0,2 C y 1C. Cuanto mayor sea la corriente, más rápida será la carga y mayor será el calor de la batería. Además, la carga de corriente excesiva no es lo suficientemente completa porque la reacción electroquímica dentro de la batería lleva tiempo. Al igual que cuando se sirve cerveza, si se vierte demasiado rápido, se producirá espuma, pero no quedará satisfecho.

Precauciones de uso (descarga)

Para las baterías, el uso normal es el proceso de descarga. La descarga de la batería de litio debe prestar atención a varios puntos:

Primero, la corriente de descarga no debe ser demasiado grande. La corriente excesiva genera calor dentro de la batería y puede causar daños permanentes. Por teléfono, no hay nada de malo en eso.

En la figura de la derecha, se puede ver que cuanto mayor es la corriente de descarga de la batería, menor es la capacidad de descarga y más rápida es la caída de voltaje.

En segundo lugar, ¡absolutamente no sobre descarga! El almacenamiento interno de energía eléctrica en una batería de litio se logra mediante un cambio químico reversible en la electroquímica. Una descarga excesiva dará lugar a una reacción irreversible de este cambio químico. Por lo tanto, la batería de litio tiene más miedo a la descarga excesiva. Una vez que el voltaje de descarga sea inferior a 2,7 V, puede provocar que la batería se deseche. Afortunadamente, el circuito de protección se ha instalado dentro de la batería del teléfono celular. El voltaje aún no es lo suficientemente bajo como para dañar la batería. El circuito de protección funcionará y detendrá la descarga.

La "batería de litio" es un tipo de batería que utiliza metal de litio o una aleación de litio como material de electrodo negativo y utiliza una solución de electrolito no acuosa. En 1912, GilbertN propuso y estudió por primera vez la batería de metal de litio. Luis. En la década de 1970, MS Whittingham propuso y comenzó a estudiar las baterías de iones de litio. Debido a las propiedades químicas muy vivas de los metales de litio, el procesamiento, la conservación y el uso de los metales de litio requieren requisitos ambientales muy altos. Por lo tanto, las baterías de litio no se han utilizado durante mucho tiempo. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, las baterías de litio se han convertido en la corriente principal.

Las baterías de litio se pueden dividir aproximadamente en dos categorías: baterías de metal de litio y baterías de iones de litio. Las baterías de iones de litio no contienen litio metálico y se pueden cargar. La batería de metal de litio de quinta generación de baterías recargables nació en 1996, y su seguridad, capacidad específica, tasa de autodescarga y precio de rendimiento son mejores que los de las baterías de iones de litio. Debido a sus propios requisitos de alta tecnología, las empresas en solo unos pocos países ahora están produciendo esta batería de metal de litio.

Batería de metal de litio:

Las baterías de metal de litio generalmente usan dióxido de manganeso como material de electrodo positivo, metal de litio o su aleación de metal como material de electrodo negativo, y baterías que usan soluciones de electrolitos no acuosos.

Principios básicos de la batería de litio

Principios básicos de la batería de litio

Reacción de descarga: Li + MnO2 = LiMnO2

baterías de iones de litio:

Las baterías de iones de litio generalmente usan óxidos metálicos de aleación de litio como materiales de electrodo positivo, grafito como materiales de electrodo negativo y baterías que usan electrolitos no acuosos.

La reacción que ocurre en el polo positivo de carga es

LiCoO2 = Li (1-x) CoO2 + XLi + Xe- (electrón)

La reacción que ocurre en el polo negativo de carga es

6C + XLi + Xe- = LixC 6

Reacción total de la batería recargable: LiCoO2 +6 C = Li (1-x) CoO2 + LixC6

electrodo positivo

Materiales positivos: hay muchos materiales positivos opcionales, y los productos principales son principalmente fosfato de hierro y litio. Diferentes comparaciones positivas de materiales:

LiCoO2

3,7 V

140 mAh / g

Li2Mn2O4

4.0 V

100 mAh / g

LiFePO4

3,3 V

100 mAh / g

Li2FePO4F

3,6 V

115 mAh / g

Reacción positiva del electrodo: los iones de litio se incrustan durante la descarga y los iones de litio se desintercalan durante la carga. Al cargar: LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi ++ xe-descarga: Li1-xFePO4 + xLi ++ xe- → LiFePO4.

Electrodo negativo

Materiales negativos: más grafito. Una nueva investigación ha encontrado que el titanato puede ser un mejor material.

Reacción negativa del electrodo: los iones de litio se desintercalan durante la descarga y los iones de litio se incrustan durante la carga.

Al cargar: xLi + + XE- + 6C → LixC6

Descarga: LixC6 → xLi + XE- + 6C

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