Gestión de baterías de iones de litio de dispositivos móviles

batería de iones de litio:

Voltaje de descarga: mínimo 2,7 V / celda para cobaltato de litio, 2,5 V para fosfato de hierro y litio, 1,5 V para titanato de litio;

Voltaje de carga: típico 4,2 V para cobaltato de litio (4,35 V para electrolito modificado), 3,6 V para fosfato de hierro y litio, 2,7 V para titanato de litio.

Estructura de la batería: Hay tres estructuras, una estructura cilíndrica, una estructura prismática y una estructura laminada. Las características son las siguientes:

A, dado que la quimera de litio y carbono es muy activa, solo se puede usar electrolito orgánico;

B, debe ser impermeable y hermético;

C, el uso de material de aislamiento microporoso para evitar el crecimiento de dendrita de litio y apagar la carga cuando se sobrecalienta;

D, el electrodo utiliza una hoja de metal, el ánodo es una hoja de cobre y el cátodo es una hoja de aluminio;

E, el material activo está suspendido sobre el electrodo y tiene un espesor de 50 a 100 um.

Modo de carga: método de corriente constante / voltaje constante; el voltaje de carga (teniendo en cuenta las fluctuaciones de voltaje y las fluctuaciones de temperatura) no debe exceder los 4.2V para el óxido de cobalto de litio, el sobrevoltaje hará que la batería acelere la degradación e incluso cause una explosión;

Batería de la serie de celdas múltiples: cada celda no puede exceder el voltaje máximo, por lo que el estado de cada celda debe monitorearse de forma independiente. Debe haber varios conjuntos de circuitos de protección independientes de sobretensión, sobretemperatura y sobrecorriente. Para las baterías de la serie de celdas múltiples, se requiere el algoritmo de equilibrio de celdas; la corriente de carga debe controlarse a 1 ° C, y cuando se completa la carga, la temperatura no debe exceder los 50 ° C.

Temperatura de carga: La temperatura ambiente debe estar entre 0 y 45 grados Celsius. La baja temperatura provocará la precipitación de litio, lo que hará que la batería se degrade. La alta temperatura acelerará la reacción del electrolito de litio y acelerará la degradación.

Carga de bajo voltaje: cuando el voltaje de la celda es inferior a 2,9 V, se debe utilizar una carga lenta de 0,1 C. Si se carga 0,1 ° C durante 30 minutos, el voltaje de la celda no ha alcanzado los 3,0 V, lo que indica que la celda tiene un cortocircuito interno y el chip de carga debería emitir una alarma.

Estado de corte: cuando la corriente de carga es inferior a 0,05 ° C.

Potencia de descarga: cuanto más fino es el material activo del electrodo, mayor es la potencia, pero menor es la capacidad; el fosfato de hierro y litio y el titanato de litio tienen mayor poder de descarga; cuando la temperatura es inferior a 0 ° C, la conductividad del electrolito orgánico disminuye, la batería La potencia de descarga se degrada gravemente.

Estado de la batería: el 50% de la energía es más estable; el alto voltaje acelerará la corrosión y la degradación de electrolitos; no debe exceder el voltaje de carga total de la batería; la sobredescarga a corto plazo no dañará la batería, pero el almacenamiento de baja energía a largo plazo afectará la capacidad de descarga de la batería. Para evitar fuentes de calor de alta temperatura, el almacenamiento a baja temperatura puede prolongar la vida; para evitar cargas y descargas innecesarias, no es necesario que estén llenas como las baterías de níquel cadmio o hidruro metálico de níquel.

Mecanismo de degradación de la batería:

A, la reacción de la mezcla de litio y carbono con el electrolito: cuando la temperatura es alta, la reacción se intensifica; la reacción convierte al litio en una mezcla insoluble, que bloquea los poros del separador y reduce la conductividad de la superficie del material activo, lo que conduce a una mayor resistencia interna de la batería;

B, corrosión del electrodo: los electrodos de papel de aluminio y papel de cobre son propensos a la corrosión a alta presión, por lo que la batería generalmente se almacena al 50% de su capacidad. Cuando el voltaje de descarga de la batería es inferior a 2 V, la lámina de cobre se disuelve.

Escenario de aplicación: uso prolongado de alta capacidad, como productos digitales.

Tendencia: desde la introducción de las baterías de iones de litio en 1990, la capacidad ha aumentado a un ritmo del 7% anual; el cobaltato de litio inicial, a la adición de níquel-manganeso (bajo costo), al fosfato de hierro y litio (alta potencia, pero solo la densidad de energía es la mitad del óxido de litio y cobalto). El titanato de litio tiene mejor potencia y vida útil, pero la densidad de energía también es insuficiente. La batería negativa de silicio desarrollada recientemente puede aumentar la densidad de energía en un 30%, pero el ciclo de vida es pobre; el desarrollo a más largo plazo es la batería de sulfuro de litio y la batería de litio de aire. La batería de sulfuro de litio tiene una alta densidad de energía, pero el ciclo de vida es pobre, la densidad de energía teórica de litio en el aire de la batería es la más alta, pero aún es difícil de implementar temporalmente.

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