Comparación de la batería de polímero de litio y la batería de fosfato de hierro y litio

Comparación de la batería de polímero de litio y la batería de fosfato de hierro y litio

Descripción general de la batería de polímero de litio

Una batería de polímero de litio generalmente se refiere a una batería de polímero de iones de litio.

Las baterías de iones de litio se clasifican en baterías de iones de litio (LIB) y baterías de polímero de iones de litio (PLB) o baterías de iones de litio de plástico (baterías de iones de litio PlasTIcLithium) denominadas PLB). Los materiales positivos y negativos utilizados en la batería de polímero de iones de litio son los mismos que los iones de litio líquido. El material del electrodo positivo se divide en cobaltato de litio, manganato de litio, material ternario y material de fosfato de hierro y litio, y el electrodo negativo es grafito. El principio de funcionamiento de la batería también es básicamente consistente. La principal diferencia es que el electrolito es diferente. La batería de iones de litio líquido utiliza un electrolito líquido y la batería de iones de litio de polímero se reemplaza por un electrolito de polímero sólido. El polímero puede ser "seco" o "coloidal". Se utilizan la mayoría de los electrolitos de gel de polímero actuales.

Clasificación de la batería de polímero de litio:

Sólido:

El electrolito de batería de iones de litio de electrolito de polímero sólido es una mezcla de un polímero y una sal. La batería tiene una alta conductividad iónica a temperatura normal y se puede utilizar a temperatura normal.

Gel:

La batería de iones de litio de electrolito de polímero en gel agrega un aditivo como un plastificante al electrolito de polímero sólido para aumentar la conductividad iónica y permitir que la batería se use a temperatura normal.

Polímero:

Dado que se usa el electrolito sólido en lugar del electrolito líquido, la batería de polímero de iones de litio tiene las ventajas de ser más delgada, de forma arbitraria y de forma arbitraria en comparación con la batería de iones de litio líquido, de modo que la carcasa de la batería se puede fabricar a partir de aluminio. película compuesta de plástico, por lo que puede mejorar la capacidad específica de toda la batería; la batería de polímero de iones de litio también puede usar el polímero como material de electrodo positivo, y su energía específica de masa será más de un 20% mayor que la actual batería de iones de litio líquido. La batería de polímero de iones de litio (PolymerLithium-IonBattery) se caracteriza por ser compacta, delgada y liviana. Por tanto, la cuota de mercado de las baterías de polímero aumentará gradualmente.

Principio de la batería de polímero de litio:

Las baterías de iones de litio tienen actualmente dos tipos de baterías de iones de litio líquidos (LIB) y baterías de polímero de iones de litio (PLB). Entre ellos, la batería de iones de litio líquido se refiere a una batería secundaria en la que el compuesto de intercalación Li + es un electrodo positivo o un electrodo negativo. El electrodo positivo está hecho de compuesto de litio LiCoO2, LiNiO2 o LiMn2O4, y el electrodo negativo está hecho de compuesto intercalario de litio-carbono LixC6. El sistema de batería típico es:

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El principio de una batería de polímero de iones de litio es el mismo que el del litio líquido. La principal diferencia es que el electrolito es diferente al litio líquido. La estructura principal de la batería incluye tres elementos: electrodo positivo, electrodo negativo y electrolito. La llamada batería de polímero de iones de litio significa que al menos una o más de las tres estructuras principales utilizan un material polimérico como sistema de batería principal. En el sistema de batería de polímero de iones de litio desarrollado actualmente, los materiales poliméricos se utilizan principalmente para el electrodo positivo y el electrolito. El material del electrodo positivo incluye un polímero conductor de alto peso molecular o un compuesto inorgánico usado en una batería de iones de litio general, y el electrolito puede usar un electrolito de polímero sólido o coloidal o un electrolito orgánico. Generalmente, una técnica de iones de litio utiliza un líquido o un electrolito coloidal, por lo que se requiere que el paquete secundario resistente contenga ingredientes activos inflamables, lo que agrega peso y limita la flexibilidad de tamaño.

Una nueva generación de baterías de polímero de iones de litio puede adelgazarse en forma (la batería ATL puede ser tan delgada como 0,5 mm, en comparación con el grosor de una tarjeta), de forma arbitraria y de forma arbitraria, lo que mejora enormemente el diseño de la batería La flexibilidad para adaptarse al producto Los requisitos de una batería de cualquier forma y capacidad proporcionan a los desarrolladores de dispositivos cierta flexibilidad de diseño y adaptabilidad en sus soluciones de energía para maximizar el rendimiento de sus productos. Al mismo tiempo, la energía unitaria de la batería de iones de litio de polímero es un 20% más alta que la batería de iones de litio general actual, y su capacidad y rendimiento medioambiental son mejores que los de la batería de iones de litio.

Ventajas y desventajas de la batería de polímero de litio:

Ventajas:

1. El voltaje de operación de la celda única es tan alto como 3.6v ~ 3.8v, que es mucho más alto que el voltaje de 1.2V de las baterías Ni-MH y Ni-Cd.

2. La densidad de capacidad es grande y la densidad de capacidad es de 1,5 a 2,5 veces o más que la batería de níquel-hidrógeno o la batería de níquel-cadmio.

3. La autodescarga es pequeña y su pérdida de capacidad es pequeña después de haber estado colocada durante mucho tiempo.

4. Larga vida, el uso normal de su ciclo de vida puede llegar a más de 500 veces.

5. No hay efecto memoria. No es necesario vaciar la energía restante antes de cargar, lo cual es conveniente de usar.

6. Buen desempeño en materia de seguridad

La batería de polímero de litio está hecha de un embalaje flexible de aluminio y plástico, que es diferente de la carcasa metálica de la batería líquida. Una vez que ocurre el peligro de seguridad, la batería líquida es fácil de explotar y la batería de polímero solo se puede limpiar con aire como máximo.

7. Espesor pequeño, se puede hacer más delgado

Ultrafina, la batería se puede montar en una tarjeta de crédito. La batería de litio líquido ordinario adopta el método de personalizar la carcasa exterior y tapar los materiales positivos y negativos. El grosor es de 3,6 mm o menos. Hay un cuello de botella técnico. El núcleo de la batería de polímero no tiene este problema. El grosor puede ser inferior a 1 mm, lo que coincide con la demanda actual de teléfonos móviles.

8. Peso ligero

Una batería que utiliza un electrolito de polímero no requiere una carcasa metálica como paquete exterior protector. El peso de la batería de polímero es un 40% más ligero que la batería de litio con carcasa de acero de la misma especificación de capacidad, que es un 20% más ligera que la batería con carcasa de aluminio.

9. Gran capacidad

La batería de polímero tiene una capacidad de un 10-15% más alta que la de una batería de carcasa de acero del mismo tamaño, que es un 5-10% más alta que la de la batería de carcasa de aluminio. Es la primera opción para teléfonos móviles con pantalla a color y teléfonos móviles MMS. Hoy en día se utilizan mayoritariamente las nuevas pantallas a color y los teléfonos móviles MMS del mercado. Baterías de polímero.

10. Pequeña resistencia interna

La resistencia interna del núcleo de la batería de polímero es menor que la de la batería líquida general. En la actualidad, la resistencia interna del núcleo de la batería de polímero doméstico puede ser incluso inferior a 35 mΩ, lo que reduce en gran medida el autoconsumo de la batería y prolonga el tiempo de espera del teléfono móvil. El nivel de integración con lo internacional. Esta batería de polímero de litio que soporta grandes corrientes de descarga es una opción ideal para modelos de control remoto y es la alternativa más prometedora a las baterías de hidruro metálico de níquel.

11. La forma se puede personalizar

Los fabricantes no se limitan a formas estándar y pueden fabricarse económicamente con el tamaño correcto. Las baterías de polímero pueden aumentar o disminuir el grosor de las baterías según las necesidades de los clientes. Desarrolle nuevos modelos de batería, que sean baratos, el ciclo abierto sea corto y algunos incluso se pueden personalizar de acuerdo con la forma de los teléfonos móviles para aprovechar al máximo el espacio de la carcasa de la batería y actualizar las baterías. Capacidad.

12. Buenas características de descarga

La batería de polímero utiliza un electrolito coloidal, que tiene una característica de descarga suave y una plataforma de descarga más alta que un electrolito líquido.

13. La placa de protección es de diseño simple.

Debido al uso de materiales poliméricos, el núcleo de la batería no se enciende ni explota, y el núcleo de la batería en sí tiene suficiente seguridad. Por lo tanto, el diseño del circuito de protección de la batería de polímero se puede omitir omitiendo el PTC y el fusible, ahorrando así el costo de la batería.

Desventajas:

1. El costo de la batería es alto y el sistema de electrolitos es difícil de purificar.

2. Es necesario proteger el control de línea. La sobrecarga o descarga excesiva destruirá la reversibilidad de las sustancias químicas internas de la batería, lo que afectará seriamente la vida útil de la batería.

En segundo lugar, descripción general de la batería de fosfato de hierro y litio

La batería de fosfato de hierro y litio se refiere a una batería de iones de litio que utiliza fosfato de hierro y litio como material de electrodo positivo. Los materiales de los electrodos positivos de las baterías de iones de litio incluyen principalmente cobaltato de litio, manganato de litio, niquelato de litio, materiales ternarios, fosfato de hierro y litio y similares. Entre ellos, el cobaltato de litio es el material de electrodo positivo utilizado en la mayoría de las baterías de iones de litio.

La estructura espacial de la batería de fosfato de hierro y litio:

Para el material de electrodo positivo de LiFePO4, la fuente de materia prima es más amplia, el ciclo de vida es más largo, el índice de seguridad también es alto y la contaminación ambiental es pequeña. Tiene un rendimiento integral muy fuerte en muchos materiales de electrodos positivos y ha sido la preparación del electrodo positivo de la batería de iones de litio. Material caliente, en el desarrollo de los últimos años, el material del cátodo LiFePO4 ha alcanzado un nivel práctico, e incluso comenzó una aplicación comercial formal, LiFePO4 es una estructura de olivino, la estructura espacial se muestra en la Figura 1, su capacidad específica teórica es 170mAhh, cuando el La batería de iones de litio se carga, se produce una reacción de oxidación y la capa de iones de litio FeO6 se libera, fluye hacia el electrolito y finalmente alcanza el electrodo negativo. En el circuito externo, el electrón alcanza el electrodo negativo al mismo tiempo, y el hierro cambia del ion de hierro divalente al ion férrico. Se produce una reacción de oxidación. El proceso de descarga se invierte del proceso de carga y se produce una reacción de reducción.

La batería de fosfato de hierro y litio funciona:

La batería de fosfato de hierro y litio se refiere a una batería de iones de litio que utiliza fosfato de hierro y litio como material de electrodo positivo. Los materiales de los electrodos positivos de las baterías de iones de litio incluyen principalmente cobaltato de litio, manganato de litio, niquelato de litio, materiales ternarios, fosfato de hierro y litio y similares. Entre ellos, el cobaltato de litio es el material de electrodo positivo utilizado en la mayoría de las baterías de iones de litio.

Significado

En el mercado de comercio de metales, el cobalto (Co) es el más caro y la cantidad de almacenamiento es pequeña. El níquel (Ni) y el manganeso (Mn) son relativamente baratos, mientras que el hierro (Fe) se almacena en grandes cantidades. El precio del material del cátodo también es consistente con el precio de estos metales. Por lo tanto, una batería de iones de litio hecha de un material de electrodo positivo LiFePO4 debería ser relativamente económica. Otra de sus características es que es respetuoso con el medio ambiente y no contamina.

Los requisitos para las baterías recargables son: alta capacidad, alto voltaje de salida, buen rendimiento del ciclo de carga y descarga, voltaje de salida estable, carga y descarga de alta corriente, estabilidad electroquímica y seguridad durante el uso (sin sobrecarga, sobredescarga y cortocircuito). funcionamiento inadecuado causado por quemaduras o explosiones), amplio rango de temperatura de funcionamiento, no tóxico o menos tóxico, sin contaminación para el medio ambiente. La batería de fosfato de hierro y litio que utiliza LiFePO4 como electrodo positivo tiene buenos requisitos de rendimiento, especialmente en descargas de alta velocidad de descarga (descarga de 5 ~ 10C), voltaje de descarga estable, seguridad (sin combustión, sin explosión) y vida útil (número de ciclo)), es lo mejor para el medio ambiente, es la mejor batería de potencia de salida de alta corriente.

Estructura y principio de funcionamiento

LiFePO4 se utiliza como electrodo positivo de la batería. Está conectado al electrodo positivo de la batería mediante papel de aluminio. El medio es un separador de polímeros. Separa el electrodo positivo del negativo, pero el ion litio Li puede pasar y el electrón e- no puede pasar. El lado derecho está compuesto de carbono (grafito). El electrodo negativo de la batería está conectado por una lámina de cobre al electrodo negativo de la batería. Entre los extremos superior e inferior de la batería está el electrolito de la batería, y la batería está sellada herméticamente por una carcasa de metal.

Cuando se carga la batería LiFePO4, el ion de litio Li en el electrodo positivo migra hacia el electrodo negativo a través del separador de polímero; durante la descarga, el ion litio Li en el electrodo negativo migra hacia el electrodo positivo a través del separador. Las baterías de iones de litio llevan el nombre de los iones de litio que migran hacia adelante y hacia atrás durante la carga y descarga.

Estructura interna de LiFePO4

Rendimiento principal

El voltaje nominal de la batería LiFePO4 es de 3,2 V, el voltaje de carga de terminación es de 3,6 V y el voltaje de descarga de terminación es de 2,0 V. Debido a la calidad y el proceso de los materiales positivos y negativos y los materiales de electrolitos utilizados por varios fabricantes, habrá algunas diferencias en su rendimiento. Por ejemplo, el mismo modelo (batería estándar del mismo paquete) tiene una gran diferencia en la capacidad de la batería (10% a 20%).

Cabe señalar aquí que las baterías de energía de fosfato de hierro y litio producidas por diferentes fábricas tienen algunas diferencias en varios parámetros de rendimiento; Además, no se incluyen algunos rendimientos de la batería, como la resistencia interna de la batería, la tasa de autodescarga, la temperatura de carga y descarga, y similares.

Las baterías de energía de fosfato de hierro y litio tienen grandes diferencias de capacidad y se pueden dividir en tres categorías: fracciones pequeñas a unos pocos miliamperios, decenas medianas de miliamperios-hora y cientos de miliamperios-hora a gran escala. Existen algunas diferencias en los mismos parámetros para diferentes tipos de baterías.

Sobre descarga a prueba de voltaje cero:

La batería de energía de fosfato de hierro y litio STL18650 (1100 mAh) se utilizó para la prueba de sobredescarga a cero voltaje. Condiciones de prueba: Se cargó una batería STL 18650 de 1100 mAh a una velocidad de carga de 0,5 C y luego se descargó a una velocidad de descarga de 1,0 C hasta que el voltaje de la batería fue de 0 C. Las baterías colocadas en 0 V se dividen en dos grupos: un grupo se almacena durante 7 días y el otro grupo se almacena durante 30 días; después de que expira el almacenamiento, se llena con una tasa de carga de 0.5 C y luego se descarga con 1.0 C. Finalmente, compare las diferencias entre los dos períodos de almacenamiento de voltaje cero.

El resultado de la prueba es que la batería no tiene fugas después de 7 días de almacenamiento de voltaje cero, y el rendimiento es bueno, la capacidad es del 100%; después de 30 días de almacenamiento, no hay fugas, el rendimiento es bueno, la capacidad es del 98%; después de 30 días de almacenamiento, la batería se carga y descarga 3 veces más. La capacidad se restablece al 100%.

Esta prueba muestra que incluso si la batería de fosfato de hierro y litio se descarga en exceso (incluso a 0 V) y se almacena durante un período determinado, la batería no tendrá fugas ni se dañará. Esta es una característica que no tienen otros tipos de baterías de iones de litio.

En tercer lugar, batería de polímero de litio y batería de fosfato de hierro y litio

Las baterías de polímero de litio (polímero de litio) se producen reemplazando un electrolito orgánico líquido convencional con un electrolito de polímero basado en una batería de iones de litio. El electrolito de polímero se puede usar como medio para conducir iones, y también se puede usar como separador, y la reactividad con el metal de litio es extremadamente baja, evitando así eficazmente el fenómeno de que la batería de iones de litio se quema fácilmente y se filtra con facilidad. Y dado que la batería de polímero de iones de litio adsorbe el electrolito orgánico líquido en una matriz de polímero, se denomina electrolito coloidal, y el electrolito no es ni un electrolito libre ni un electrolito sólido, por lo que la batería de polímero de litio no solo tiene el excelente rendimiento de la batería de iones de litio líquido también se puede fabricar en cualquier forma y tamaño, y el producto ultradelgado lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones y buenas perspectivas de desarrollo. Además, la seguridad es mejor que la de una batería de iones de litio. Si se calienta durante el uso, solo se hinchará o arderá sin explotar.

La batería de fosfato de hierro y litio se refiere a una batería de iones de litio que utiliza fosfato de hierro y litio como material de electrodo positivo. La batería de plomo-ácido de larga duración tiene una vida útil de aproximadamente 300 veces, y la más alta es 500 veces la batería de fosfato de hierro y litio, mientras que la batería de energía de fosfato de hierro y litio tiene una vida útil de más de 2000 veces. La carga estándar (tarifa de 5 horas) se puede utilizar hasta 2000 veces. La batería de plomo-ácido de la misma calidad es "medio año nuevo, medio año viejo, mantenimiento y mantenimiento durante medio año", hasta 1 ~ 1,5 años, y la batería de fosfato de hierro y litio se utilizará en las mismas condiciones, llegará a 7 ~ 8 años. Consideración integral, la relación precio-rendimiento será más de 4 veces la de las baterías de plomo-ácido.

Además, la batería de polímero de litio (3.7v) es liviana y tiene un voltaje más alto que el fosfato de hierro y litio (3.2v). El coeficiente de resistencia a la temperatura es más bajo que el fosfato de hierro y litio.

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