Un poco de sentido común sobre las baterías de litio.

Los productos electrónicos portátiles utilizan baterías como fuente de energía. Con el rápido desarrollo de productos portátiles, el uso de varias baterías ha aumentado considerablemente y se han desarrollado muchos tipos nuevos de baterías. Además de las baterías alcalinas de alto rendimiento más conocidas, las baterías recargables de níquel-cadmio, las baterías de hidruro metálico de níquel, existen baterías de litio desarrolladas en los últimos años. Este artículo presenta principalmente los conocimientos básicos sobre baterías de litio. Esto incluye sus características, parámetros principales, el significado del modelo, el ámbito de aplicación y las precauciones para su uso.

El litio es un elemento metálico cuyo símbolo químico es Li (su nombre en inglés es litio). Es un metal de color blanco plateado, muy suave, químicamente activo y es el más ligero de los metales. Además de su aplicación en la industria de la energía atómica, puede producir aleaciones especiales, vidrios especiales (vidrios fluorescentes para televisores) y baterías de litio. Se utiliza como ánodo para baterías en baterías de litio.

Las baterías de litio también se dividen en dos categorías: no recargables y recargables. Las baterías no recargables se denominan baterías desechables. Solo pueden convertir la energía química en energía eléctrica a la vez y no pueden restaurar la energía eléctrica a energía química (o tienen un rendimiento de reducción deficiente). La batería recargable se llama batería cuadrática (también conocida como batería). Puede convertir la energía eléctrica en energía química y almacenarla. Cuando se usa, convierte la energía química en energía eléctrica. Es reversible, como la característica principal de las baterías de litio de energía química de energía eléctrica.

Los productos electrónicos portátiles inteligentes requieren un tamaño pequeño y un peso ligero, pero el tamaño y el peso de la batería suelen ser los más grandes y pesados en comparación con otros componentes electrónicos. Por ejemplo, el "hermano mayor" en el pasado era bastante "grueso y voluminoso", y los teléfonos móviles de hoy son muy livianos. Entre ellos, la mejora de las baterías jugó un papel importante: en el pasado, las baterías de níquel-cadmio ahora eran baterías de iones de litio.

La característica más importante de las baterías de litio es que son más altas que la energía. ¿Qué es más que energía? La energía específica se refiere a la energía por unidad de peso o unidad de volumen. La energía específica se expresa en Wh / kg o Wh / L. Wh es la unidad de energía, W es la baldosa, H es la hora; Kg es kg (unidad de masa) y L es L (unidad de volumen). Aquí hay un ejemplo para ilustrar: El voltaje nominal de la batería de níquel-cadmio No. 5 es 1 2 V, y su capacidad es 800 mAh, y su energía es 0 960 Wh (1 2 V × 0 8 Ah). El voltaje nominal de la batería N ° 5 de dióxido de litio-manganeso del mismo tamaño es de 3 V, su capacidad es de 1200 mAh y su energía es de 3,06 Wh. El volumen de estas dos baterías es el mismo, entonces la energía específica de la batería de litio-dióxido de manganeso es 375 veces mayor que la de la batería de níquel-cadmio.

Una batería de níquel-cadmio de sección 5 pesa alrededor de 23 g, mientras que una batería de dióxido de litio-manganeso de sección 5 pesa alrededor de 18 g. Una batería de litio-dióxido de manganeso es de 3V, mientras que dos baterías de níquel-cadmio son solo de 24V. Por lo tanto, cuando se utilizan baterías de litio, la cantidad de baterías es pequeña (lo que reduce el volumen y el peso de los productos electrónicos portátiles) y la batería tiene una larga vida útil.

Además, las baterías de litio tienen las ventajas de voltaje de descarga estable, amplio rango de temperatura de funcionamiento, baja tasa de autodescarga, larga vida de almacenamiento, sin efecto memoria y sin contaminación.

La desventaja de las baterías de litio es que son caras, por lo que no se pueden utilizar ampliamente en la actualidad. Se utilizan principalmente en computadoras de mano, PDA, equipos de comunicaciones, cámaras, satélites, misiles, torpedos e instrumentos. Con el desarrollo de la tecnología, la mejora del proceso y el aumento de la producción, el precio de las baterías de litio seguirá bajando y las aplicaciones también serán más comunes.

Baterías de litio no recargables

Hay muchos tipos de baterías de litio no recargables. Actualmente, las baterías de dióxido de litio-manganeso, las baterías de cloruro de litio-tionilo y las baterías de litio y otros compuestos se utilizan comúnmente. Este artículo solo presenta los dos primeros más utilizados.

Batería de dióxido de litio-manganeso (Li-MnO2)

La batería de litio-dióxido de manganeso es una batería desechable con litio como ánodo, dióxido de manganeso como cátodo y electrolitos orgánicos. La característica principal de la batería es su alto voltaje de batería y su voltaje nominal de 3V (2 veces el de una batería alcalina general); El voltaje de descarga de terminación es de 2 V; Más que energía (vea el ejemplo anterior); El voltaje de descarga es estable y confiable; El buen desempeño de almacenamiento (más de 3 años el tiempo de almacenamiento), la tasa de autodescarga baja (tasa de autodescarga anual ≤ 2 <UNK>); Rango de temperatura de funcionamiento -20 ° C ~ +60 ° C.

La batería se puede fabricar en diferentes formas para cumplir con diferentes requisitos. Tiene forma rectangular, cilíndrica y de botón (tipo botón). Los cilindros también tienen diferentes diámetros y tamaños de altura. Estos son los parámetros principales de las conocidas baterías 1 # (código de tamaño D), 2 # (código de tamaño C) y 5 # (código de tamaño AA).

CR se expresa como una batería cilíndrica de litio-dióxido de manganeso; De los cinco dígitos, los dos primeros representan el diámetro de la batería y los tres últimos representan la altura con un decimal. Por ejemplo, el CR14505 tiene un diámetro de 14 mm y una altura de 50,05 mm (este modelo es universal).

Se señala aquí que puede haber algunas diferencias en los parámetros del mismo tipo de batería producida en diferentes fábricas. Además, el valor de corriente de descarga estándar es pequeño, la corriente de descarga real puede ser mayor que la corriente de descarga estándar, y la corriente de descarga permitida de descarga continua y descarga de pulso también es diferente, y los datos relevantes los proporciona la planta de baterías. Por ejemplo, el CR14505 producido por Lixing Power Co., Ltd. proporciona una corriente de descarga continua máxima de 1000 mA y una corriente de descarga de pulso máxima de 2500 mA.

Las baterías de litio que se utilizan en las cámaras son en su mayoría baterías de dióxido de manganeso y litio. Las baterías de dióxido de litio-manganeso que se usan comúnmente en las cámaras se enumeran aquí en la tabla 2 como referencia.

La batería de tipo botón (tipo botón) es de tamaño más pequeño, con un diámetro de 12,05 a 24,05 mm y una altura de 1,06 a 5,0 mm. Varias de las pilas de botón de uso más común se muestran en la Tabla 3.

CR es una batería cilíndrica de dióxido de manganeso y litio. Los primeros dos de los últimos cuatro dígitos son las dimensiones del diámetro de la batería y los dos últimos son los tamaños de altura con puntos decimales. Por ejemplo, el CR1220 tiene un diámetro de 12,05 mm (excluyendo el número de puntos decimales) y su altura es de 2,0 mm. Este método de representación de modelos se utiliza internacionalmente.

Este tipo de pila de botón se utiliza a menudo para relojes, calculadoras, blocs de notas electrónicos, cámaras, audífonos, consolas de juegos electrónicos, tarjetas IC y fuentes de alimentación de respaldo.

Batería de cloruro de litio-tionilo (Li-SOCl2)

Las celdas de cloruro de litio-tionilo son las más específicas de energía y actualmente alcanzan niveles de 500 W / kg o 1000 Wh / L. Su voltaje nominal es de 3.06 V, que tiene una característica de descarga extremadamente plana de 3.04 V cuando se descarga con una corriente media (se puede descargar completamente dentro de un rango de capacidad de 90 pulgadas con pocos cambios). La batería puede trabajar dentro de la gama de -40 ° C a 85 ° C, pero la capacidad a -40 ° C es de aproximadamente 50 <UNK> de la capacidad de la temperatura ambiente. La tasa de auto-descarga es (tasa de autodescarga anual ≤ 1 <UNK>) bajo y la vida de almacenamiento es más de 10 años.

Se hace una comparación entre la energía específica de una batería de níquel-cadmio # 1 (código de tamaño D) y una batería de cloruro de litio-tionilo # 1: el voltaje nominal de una batería de níquel-cadmio # 1 es de 1,2 V y la capacidad es 5000 mAh; 1 # El cloruro de litio-tionilo tiene un voltaje nominal de 3.06 V y una capacidad de 10,000 mAh, ¡entonces este último es 6 veces más grande que el primero!

Nota de aplicación

Las dos baterías de litio anteriores son baterías desechables y no se pueden cargar (¡peligroso durante la carga!); No provoque un cortocircuito entre los polos positivo y negativo de la batería; No se permitirá ninguna descarga de corriente excesiva (por encima de la descarga de corriente de descarga máxima); Cuando la batería se utiliza para terminar el voltaje de descarga, debe retirarse del producto electrónico a tiempo; No aplaste, queme ni desmonte las baterías usadas; No debe usarse más allá del rango de temperatura especificado.

Dado que el voltaje de las baterías de litio es más alto que el de las baterías ordinarias o las baterías de níquel-cadmio, no cometa errores al usarlas para no dañar el circuito. Puede conocer su tipo y voltaje nominal si se familiariza con el CR y el ER en el modelo. Al comprar baterías nuevas, debe comprarlas de acuerdo con el modelo original, de lo contrario afectará el rendimiento de los productos electrónicos.

Baterías de litio recargables

Hay muchas baterías de litio recargables, como baterías de óxido de litio-vanadio, baterías de iones de litio y baterías de polímero de litio de nuevo desarrollo. Aquí solo se presentan los dos primeros tipos, centrándose en las baterías de iones de litio.

Las baterías recargables de iones de litio son actualmente las baterías más utilizadas en los teléfonos móviles, pero son más "delicadas" y no pueden sobrecargarse o sobrecargarse durante el uso (lo que puede dañar o desechar la batería). Por lo tanto, hay componentes de protección o circuitos de protección en la batería para evitar costosos daños a la batería.

Las baterías de iones de litio requieren altos requisitos de carga. Para garantizar que la precisión del voltaje de terminación esté dentro del 1%, las principales plantas de dispositivos semiconductores han desarrollado una variedad de circuitos integrados para la carga de baterías de iones de litio para garantizar una carga segura, confiable y rápida.

Los teléfonos móviles son ahora muy comunes. Algunas de ellas son baterías de hidrógeno de níquel-metal, pero los teléfonos inteligentes son baterías de iones de litio. El uso correcto de las baterías de iones de litio es muy importante para prolongar la vida útil de las mismas.

1. Baterías de óxido de litio y vanadio (Li-V6O13)

Las baterías de óxido de litio y vanadio constan de litio como ánodo, óxido de vanadio como cátodo y disolventes orgánicos de sales inorgánicas como electrolitos. Se caracteriza por cargar. Tomando la batería No. 2 como ejemplo, las baterías de óxido de litio-vanadio se comparan con las baterías de dióxido de litio-manganeso y las celdas de cloruro de litio-tionilo como se muestra en la tabla 5.

Como puede verse en la tabla 5, dado que el voltaje nominal de la batería de óxido de litio-vanadio es de solo 2,8 V y la capacidad nominal también es pequeña, su energía específica es la más pequeña en comparación con las otras dos baterías de litio. Los principales parámetros de este tipo de batería cilíndrica se muestran en la tabla 6. Como se puede ver en la tabla 6, el número de cargas (ciclo de vida) no es largo, por lo que esta batería recargable pronto fue reemplazada por una batería de iones de litio.

2. baterías de iones de litio (Li-Ion)

Las celdas de iones de litio son las celdas de litio más utilizadas en la actualidad. Se pueden convertir en baterías planas rectangulares, cilíndricas, rectangulares y tipo botón de acuerdo con los requisitos de diferentes productos electrónicos, y tienen baterías compuestas por varias celdas en serie.

El voltaje nominal de las baterías de iones de litio es de 3,6 V (algunos productos son de 3,7 V). El voltaje de carga final a plena carga está relacionado con el material del ánodo de la batería: el material del ánodo es 4,2 V de grafito; El material del ánodo es 4,1 V de coque. La resistencia interna de diferentes materiales de ánodo también es diferente. La resistencia interna del ánodo de coque es ligeramente mayor y la curva de descarga también es ligeramente diferente, como se muestra en la Figura 1. Generalmente se las denomina baterías de iones de litio de 4,1 V y baterías de iones de litio de 4,2 V. El voltaje de descarga de terminación de una batería de iones de litio es de 2,5 V a 2,75 V (la planta de batería proporciona un rango de voltaje de funcionamiento o proporciona un voltaje de descarga de terminación, con parámetros ligeramente diferentes). La descarga continua por debajo del voltaje de descarga de terminación se denomina sobredescarga y la sobredescarga dañará la batería.

Las baterías de iones de litio no son adecuadas para grandes descargas de corriente. Las descargas de corriente excesivas reducirán el tiempo de descarga (el interior producirá temperaturas más altas y perderá energía). Por lo tanto, la corriente de descarga máxima proporcionada por la planta de producción de baterías debe ser menor que la corriente de descarga máxima en uso.

Las baterías de iones de litio tienen ciertos requisitos de temperatura. La fábrica proporciona el rango de temperatura de carga, el rango de temperatura de descarga y el rango de temperatura de conservación.

Las baterías de iones de litio requieren unos requisitos de carga muy elevados. Requiere circuitos de carga sofisticados para garantizar la seguridad de la carga. La diferencia de tolerancia de la precisión del voltaje de carga de terminación es ± 1% de la clasificación (por ejemplo, una batería de iones de litio cargada con 4,2 V tiene una diferencia de tolerancia de ± 0,042 V), y la carga por sobretensión causará daños permanentes a la batería de iones de litio. . La corriente de carga de la batería de iones de litio debe basarse en la recomendación de la planta de producción de baterías y requiere un circuito de corriente finita para evitar el desbordamiento (sobrecalentamiento). La tasa de carga comúnmente utilizada es de 0.25 C a 1C (C es la capacidad de la batería, como C = 800mAh, y la tasa de carga de 1C es 800mA). Cuando se carga una gran corriente, a menudo se detecta la temperatura de la batería para evitar que el sobrecalentamiento dañe la batería o provoque una explosión.

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