22 años de personalización de baterías
Nov 25, 2019 Pageview：811
La capacidad de la batería se refiere a la cantidad de energía que se puede almacenar en la batería, que es uno de los indicadores de rendimiento importantes para medir el rendimiento de la batería. Representa la cantidad de electricidad liberada por la batería en determinadas condiciones (velocidad de descarga, temperatura, voltaje final, etc.) (js-150d se puede utilizar para la prueba de descarga), es decir, la capacidad de la batería.
La batería de iones de litio tiene cuatro partes principales, que incluyen ánodo, cátodo, separador y electrolito. La capacidad de la batería de iones de litio depende principalmente de la calidad y la relación de los materiales activos del ánodo y el cátodo, lo que determina la densidad de energía de la batería.
Capacidad de la batería = densidad de energía × volumen de la batería
Con el mismo volumen, la capacidad de la batería de litio está determinada por la densidad de energía, y la densidad de energía de la batería de litio está determinada principalmente por el material del ánodo. La mayoría de las veces, las clasificaciones de valores de densidad de energía son las siguientes: material ternario de níquel-cobalto-manganeso> óxidos de litio y cobalto ＞ fosfato de hierro y litio> manganeso de litio.
La densidad de energía es la cantidad de energía almacenada en un espacio o masa determinados. La densidad de energía de una batería es la cantidad de energía emitida por unidad de volumen o masa.
Densidad de energía del peso de la batería = capacidad de la batería × voltaje durante la descarga / peso, la unidad es Wh / kg (vatios-hora / kg)
Densidad de energía del volumen de la batería = capacidad de la batería × voltaje durante la descarga / volumen, la unidad es Wh / L (vatios-hora / litro)
Cuanto mayor es la densidad de energía de una batería, más energía se almacena por unidad de volumen o peso.
La densidad de energía de la batería está determinada básicamente por los materiales del ánodo y el cátodo, pero los materiales activos del ánodo y el cátodo no pueden garantizar que la batería pueda generar electricidad. Todavía necesita muchas sustancias inactivas, como diafragma, electrolito, caparazón y líquido, etc.
Capacidad, densidad compactada, plataforma de voltaje y estabilidad estructural de los materiales del ánodo
Capacidad, densidad compactada y plataforma de voltaje de los materiales del cátodo.
Espesor y porosidad del diafragma, etc.
Grosor de la cáscara
Cantidad de electrolito
Conductividad, espesor y densidad del colector de corriente.
Nivel de tecnología de producción
Según Made in China 2025, el plan de desarrollo de las baterías eléctricas se define de la siguiente manera: en 2020, la densidad de energía de la batería alcanzará los 300Wh / kg; En 2025, la densidad de energía de la batería alcanzará los 400Wh / kg; En 2030, la densidad de energía de la batería alcanzará los 500Wh / kg.
El material del ánodo es el único o principal proveedor de iones de litio en baterías de iones de litio. También es el cuello de botella para mejorar la densidad de energía de las baterías de iones de litio. Debido al alto requerimiento de las baterías de iones de litio para materiales de ánodo, hay pocos materiales que se puedan usar como (o se espera que se usen como) materiales de ánodo para baterías de iones de litio. Las siguientes son las características de varios materiales de ánodo para baterías de iones de litio:
Características de los materiales de los ánodos para baterías de iones de litio
| Artículo | LiCoO2 | LiNiCoMnO2 | LiMn2O4 | LiFePO4 |
| Densidad compactada （g / cm3） | 2,8 ～ 3,0 | 2,0 ～ 2,3 | 2,2 ～ 2,4 | 1.0 ～ 1.4 |
| Área de superficie específica （m2 / g） | 0,4 ～ 0,6 | 0,2 ～ 0,4 | 0,4 ～ 0,8 | 12 ～ 20 |
| Volumen de gramo (mAh / g) | 135 ～ 140 | 140 ～ 180 | 90 ～ 100 | 130 ～ 140 |
| Plataforma de voltaje (V) | 3,7 | 3,5 | 3.8 | 3.2 |
| Rendimiento del ciclo | ≥500 veces | ≥500 veces | ≥300 veces | ≥2000 veces |
| Metal de transición | pequeño | pequeño | mucho | abundante |
| Costo material | muy expansivo | costoso | barato | barato |
| Protección del medio ambiente | contener Co | contener? Ni y Co? | no tóxico | no tóxico |
| Rendimiento de seguridad | malo | bien | mejor | mejor |
| Ámbito de aplicación | batería de tamaño pequeño y mediano | baterías pequeñas / batería de poca potencia | batería de energía, batería de bajo costo | batería de alimentación / fuente de alimentación con supercapacidad |
Por otro lado, aunque la mejora de la capacidad de las baterías de iones de litio está limitada por los materiales del ánodo, la investigación sobre los materiales del ánodo y la mejora de la densidad energética están lejos del final. Mediante el desarrollo de campos relacionados y la superación de algunas limitaciones, es posible mejorar la capacidad específica y la densidad de energía de los materiales del ánodo de la batería de iones de litio.
La batería de gran capacidad de 12V se refiere a la batería cuyo voltaje nominal es de 12V y la capacidad de la batería supera los 20.000 mAh. Eso es lo que llamamos batería de litio de 12V. Algunas baterías pueden contener hasta 20 AH o 50 AH. Cuantas más celdas estén conectadas en paralelo, mayor será la capacidad.
Dongguan Large Electronics Co., Ltd. es un conocido fabricante de baterías de gran capacidad de 12V en China. El voltaje, la capacidad, el tamaño, la forma y la función de la batería de litio se pueden personalizar de manera flexible para satisfacer las necesidades del cliente. Aquí hay una versión personalizada de la batería de litio de 12 V de gran capacidad de la compañía:
Número de producto: 04EQ226-01
Modelo de celda: 26650 / 4S18P / 12.8V / 60Ah
Voltaje nominal: 12,8 V
Capacidad nominal: 60Ah
Temperatura de carga: 0 ～ 45 ℃
Temperatura de descarga: -20 ～ 50 ℃
Dimensión del producto: 290 × 220 × 110 mm （Max）
Peso de la batería: 7,6 kg
Función protectora: protección contra cortocircuitos, protección contra sobrecargas, protección contra sobredescargas, protección contra sobrecorriente, protección contra la temperatura
Resistente a los golpes: rellene la estructura resistente a los golpes dentro de la carcasa de la placa de metal laminado en frío para satisfacer los requisitos de buena seguridad y alta confiabilidad.
A prueba de niebla salina: rocíe la superficie con polvo para resistir el molde de niebla salina, que es adecuado para entornos de trabajo marinos.
Gestión de la comunicación: adopte un chip de gestión de software, una transmisión de datos precisa y un control de temperatura preciso para hacer todo lo posible para eliminar los riesgos de seguridad.
Gestión de seguridad de la batería: cuando la sonda de temperatura de la batería descubre el estado de sobretemperatura, el sistema de protección se activa automáticamente.
El paquete de baterías tiene una vida útil prolongada, lo que se ajusta al principio de bajo contenido de carbono, conservación de energía y protección ambiental.
Debido al tamaño fijo de la batería de litio 18650, muchos profesionales han preocupado su capacidad máxima. En los últimos años, varios fabricantes han mejorado sus tecnologías y, en consecuencia, también se ha incrementado la capacidad del producto. Samsung, Panasonic, LG, SONY y Toshiba pueden alcanzar más de 3600 mAh. Sin embargo, la estabilidad y la consistencia no son buenas y temporalmente no pueden formar la tendencia de producción en masa.
En la actualidad, la capacidad de la batería de litio 18650 de buena calidad en el mercado está entre 2200 y 3500 mAh, y la batería de litio 18650 en este rango tiene la mejor estabilidad y consistencia.
¿Cuál es la capacidad de la batería de litio 26650? Hablemos de dos sistemas de materiales populares nacionales actuales.
Sistema de material de fosfato de hierro y litio: la batería de litio IFR26650 tiene 3000 mAh, 3200 mAh, 3300 mAh, 3500 mAh, 3800 mAh y otras capacidades, y su voltaje nominal es de 3,2 V. En la actualidad, la mayor capacidad de la batería de litio 26650 del mercado es de 3,2 V 3500 mAh.
Sistema de material ternario (níquel-cobalto-manganeso): La capacidad general de la batería de litio ternaria INR26650 en el mercado es de 5000 mAh, 5500 mAh o 6000 mAh.
El paquete de baterías de iones de litio de gran capacidad está compuesto por varias baterías de litio de 3,7 V en serie y en paralelo para cumplir con los requisitos de alto voltaje y alta capacidad para diferentes equipos. Cuanto mayor sea el número de celdas en paralelo, mayor será la capacidad de la batería ensamblada.
Baterías de litio conectadas en paralelo: el paquete de baterías tiene voltaje constante, mientras que la capacidad de la batería aumenta, la resistencia interna disminuye y el tiempo de suministro de energía se extiende.
Baterías de litio conectadas en serie: el voltaje aumenta, pero la capacidad no cambia.
Las baterías de litio generales conectadas en paralelo o en serie necesitan una combinación de celdas de litio. Estos son los criterios de coincidencia: diferencia de voltaje de la celda de litio≤ 10 mV, diferencia de resistencia interna de la celda de litio ≤5mΩ, diferencia de capacidad de la celda de litio≤20mA
Número de producto: 05BQ1413-06
Modelo de celda: 18650-3S16P / 40Ah / 11.1V
Voltaje nominal: 11,1 V
Capacidad nominal: 40Ah
Temperatura de carga: 0 ℃ ~ + 45 ℃
Temperatura de descarga: -20 ℃ ~ + 60 ℃
Dimensión del producto: 226 × 151 × 84 mm
Peso de la batería: 3 kg
Característica del producto: IP67 a prueba de agua / polvo, ignífugo 94-V0
La reacción de sobrecarga del cátodo de grafito.
Cuando la batería está sobrecargada, los iones de litio tienden a depositarse de forma reductora en la superficie del cátodo, y el litio depositado se recubre sobre la superficie del cátodo, bloqueando la incrustación del litio. Esto conduce a una reducción de la eficiencia de descarga y pérdida de capacidad.
Reacción de sobrecarga del ánodo
Cuando la proporción de material activo del ánodo es menor que la del cátodo, el ánodo puede sobrecargarse.
La pérdida de capacidad causada por la sobrecarga del ánodo se debe principalmente a la producción de sustancias inertes electroquímicas (como Co3O4, Mn2O3, etc.), lo que destruye el equilibrio de capacidad entre electrodos y la pérdida de capacidad es irreversible.
La reacción oxidante del electrolito durante la sobrecarga.
Cuando el voltaje es superior a 4,5 V, el electrolito se oxida y forma sustancias insolubles (como Li2Co3) y gases. Estas sustancias insolubles detendrán la migración de iones de litio en los microporos del electrodo, lo que provocará una pérdida de capacidad durante el proceso cíclico.
- Descomponer sobre el electrodo
Los electrolitos se descomponen en el ánodo:
El electrolito consta de disolvente y electrolito de soporte. Producirá productos insolubles Li2Co3 y LiF después de la descomposición del ánodo. Disminuya la porosidad del electrodo y reduzca la capacidad de la batería, la reacción de reducción electrolítica afectará la capacidad y la vida útil de la batería. Además, debido a la reducción del gas producido, la presión interna de la batería puede aumentar, lo que genera problemas de seguridad.
Los electrolitos se descomponen en el cátodo:
El electrolito no es estable en grafito y otros cátodos de litio y carbono, que es fácil de producir capacidad irreversible. Durante el proceso de carga y descarga inicial, la descomposición del electrolito formará una película de pasivación en la superficie del electrodo, y la película de pasivación puede separar el electrolito del cátodo de carbono para evitar una mayor descomposición del electrolito, a fin de mantener la estabilidad estructural. del cátodo de carbono. La reducción de electrolito en condiciones ideales se limita a la etapa de formación de la película de pasivación, que no volverá a ocurrir después de que el ciclo sea estable.
- Mecanismo de reducción de electrolitos.
Reducción de solvente
La reducción de PC y EC consiste en una reacción de electrones y un proceso de reacción de dos electrones. La reacción de dos electrones produce Li2CO3: en el primer proceso de descarga, cuando el potencial del electrodo está cerca de O.8V (en comparación con Li / Li +), PC / EC tiene una reacción electroquímica en el grafito, produciendo CH = CHCH3 (g) / CH2 = CH2 (g) y LiCO3 (s), resultando en una pérdida de capacidad irreversible en el electrodo de grafito.
Reducción de electrolitos
En general, se considera que la reducción de electrolitos está involucrada en la formación de la película superficial del electrodo de carbono, por lo que el tipo y la concentración del electrolito afectarán el rendimiento del electrodo de carbono. En algunos casos, la reducción de electrolitos contribuye a la estabilización de la superficie del carbono, dando como resultado la capa de pasivación requerida.
En general, se cree que el electrolito de soporte es más fácil de reducir que el disolvente, y los productos de reducción se mezclan con la película de deposición del cátodo, lo que afectará a la capacidad de atenuación de la batería.
La autodescarga se refiere al fenómeno de pérdida natural de capacidad de la batería en estado no utilizado. Hay dos condiciones que conducirán a la autodescarga de la batería de iones de litio: pérdida de capacidad reversible y pérdida de capacidad irreversible.
La pérdida de capacidad irreversible se refiere a la pérdida de capacidad que se recupera durante la carga, mientras que la pérdida de capacidad irreversible por el contrario. El ánodo y el cátodo pueden tener una función de microbatería con electrolito en el estado de carga, incrustar y desenterrar el ión de litio solo se relaciona con el ión de litio del electrolito, por lo que no hay equilibrio entre la capacidad del ánodo y el cátodo. La pérdida de capacidad durante la carga no se puede recuperar.
La temperatura afecta principalmente la actividad de los materiales de la placa interna y las propiedades de los electrolitos. Las temperaturas altas y bajas tienen un gran impacto en la capacidad de la batería.
La batería de iones de litio a baja temperatura tiene una actividad significativamente menor de la batería. La capacidad de incrustación y desintegración de litio disminuye, la resistencia interna de la batería y el voltaje de polarización aumentan, la capacidad útil real se reduce, la capacidad de descarga de la batería desciende, el estado de descarga no es tan bueno, la batería es más fácil de alcanzar el voltaje de corte de descarga la capacidad de la batería disminuye y la eficiencia del uso de energía de la batería disminuye.
De manera similar, la batería de iones de litio en un entorno de alta temperatura, el ión de litio se incrusta y desembarca activamente entre el ánodo y el cátodo. La resistencia interna de la batería se reduce, por lo que la resistencia interna es estable durante más horas, lo que hace que el número de transporte de electrones en el circuito externo aumente, entonces la batería tendrá mayor capacidad. Sin embargo, si la batería funciona en un entorno de alta temperatura durante mucho tiempo, la estabilidad de la estructura de la red del ánodo empeorará, la seguridad de la batería se reducirá y la vida útil del ciclo se acortará significativamente.
Por lo tanto, las condiciones de temperatura tienen un cierto impacto en la capacidad de las baterías de iones de litio. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, podemos asegurarnos de que la batería puede funcionar a una temperatura adecuada aumentando la gestión del calentamiento eléctrico de la batería, para asegurarnos de que la capacidad de la batería pueda alcanzar el estándar normal tanto como sea posible.
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