Diverso

Tipos de baterías de iones de litio

Tipos de baterías de iones de litio


Aunque todas las baterías de iones de litio o las baterías de iones de litio tienen muchos aspectos en común, hay una variedad de diferentes tipos de baterías de iones de litio disponibles.

Cada tipo de batería de iones de litio tiene sus propias características y esto significa que se utilizarán diferentes tipos de batería de iones de litio en diferentes áreas.

Por lo tanto, es necesario elegir el tipo correcto de batería de iones de litio para cualquier aplicación; comprender los diferentes tipos y sus características permite elegir el tipo correcto para cualquier aplicación en particular.

Descripción general de los tipos de baterías de iones de litio

Los parámetros como la química, el costo, el tamaño, el peso, la capacidad y muchos más atributos varían entre los diferentes tipos de baterías de iones de litio.

Los artículos como los artículos portátiles de equipos electrónicos que van desde teléfonos móviles a tabletas, juegos, lectores electrónicos y más requieren altos niveles de densidad de energía combinados con altos niveles de seguridad. Para estas aplicaciones se utilizan normalmente tipos de batería de óxido de cobalto de litio.

En otras aplicaciones, se puede tolerar una densidad de energía más baja, pero puede ser necesaria una mayor duración de la batería. El tipo de batería de iones de litio que se usa para estas aplicaciones es a menudo el tipo de batería de fosfato de iones de litio o de óxido de níquel-manganeso y cobalto de litio, ya que estos tipos de baterías de iones de litio ofrecen una vida útil más larga a expensas de la densidad de energía muy alta.

Para aplicaciones automotrices donde se necesita alta corriente, a menudo se usa el tipo de batería de óxido de cobalto, manganeso y níquel de litio.

También hay otros tipos de baterías de iones de litio que se utilizan para funciones particulares. Con la tecnología de baterías de iones de litio avanzando rápidamente, es probable que aparezcan en el mercado nuevos tipos de baterías de iones de litio a intervalos frecuentes.

Existe una buena variedad de diferentes tipos de baterías de iones de litio. Las principales diferencias son los materiales del ánodo y del cátodo.

Cada uno de los diferentes tipos de batería de iones de litio proporciona características diferentes y, en consecuencia, tienden a utilizarse en diferentes aplicaciones. Los tipos principales se resumen en las secciones siguientes.

Óxido de litio y cobalto, LCO

La batería de óxido de cobalto de litio, LiCoO2, es un tipo de batería de iones de litio que se utiliza en muchos artículos de consumo de equipos electrónicos. Proporciona un nivel muy alto de densidad de energía específica junto con un buen nivel de seguridad.

La batería consta de un cátodo de óxido de cobalto con una estructura en capas. El ánodo es grafito (carbono). Durante el ciclo de descarga, los iones de litio se mueven del ánodo al cátodo y en la dirección inversa durante la carga.

El ánodo de grafito limita la vida útil de la batería a medida que cambia la interfaz del electrolito sólido y también como resultado del engrosamiento del ánodo. Las baterías más nuevas pueden incorporar níquel o manganeso para mejorar la vida útil y reducir los costos de fabricación.

Uno de los inconvenientes de la batería LCO es que su capacidad actual tanto de carga como de descarga es limitada. Como guía, no debe cargarse ni descargarse a una velocidad superior a su capacidad, es decir, una batería de 2400 mAh no debe cargarse ni descargarse con una corriente superior a 2400 mA. A menudo se recomiendan cifras de 0,8 del nivel de carga.

La batería LCO ahora está siendo reemplazada en algunas aplicaciones por litio manganeso, así como por los tipos NMC y NCA. Esto ocurre como resultado del desempeño mejorado de estos otros tipos, ya que el desarrollo mejora el desempeño y como resultado del costo.

Resumen de la batería de óxido de cobalto de litio, LCO
AtributoDetalles
Características claveDensidad energética alta; alto nivel de seguridad
Principales desventajasVida útil relativamente corta; capacidad limitada de alta carga.
Aplicaciones principalesElectrónica de consumo: - teléfonos móviles, juegos, portátiles, tabletas, lectores electrónicos, etc.
voltaje3,60 V nominal con una tasa de funcionamiento típica entre 3,0 - 4,2 V / celda
Energía específica (capacidad)150-200Wh / kg típico
Duración de la batería500 - 1000 ciclos

Batería de fosfato de hierro y litio, LFP

La batería de iones de litio de tipo LFP de fosfato de hierro y litio proporciona una baja resistencia interna y una alta capacidad de corriente.

Para proporcionar su alta capacidad de corriente, este tipo de batería de iones de litio utiliza un material de cátodo de fosfato a nanoescala.

En términos de rendimiento, este tipo de batería de iones de litio proporciona un voltaje terminal ligeramente más bajo y tiene una tasa de autodescarga ligeramente más alta que otras formas. Sin embargo, frente a esto, proporciona una alta clasificación de corriente y una buena estabilidad térmica combinada con un buen nivel y una buena estabilidad térmica.

Resumen de fosfato de hierro y litio, batería LFP
AtributoDetalles
Características claveCapacidad de alta corriente, mayor vida útil del calendario.
Principales desventajasTasa de autodescarga ligeramente más alta; voltaje de celda bajo (3.3V)
Aplicaciones principalesHerramientas eléctricas, algunas herramientas médicas, aficionado

Óxido de litio y manganeso, OVM

Este tipo de batería de iones de litio utiliza óxido de manganeso de litio, LiMn2O4 como material de cátodo. Este tipo de batería de iones de litio está estructurada para permitir que fluyan altas corrientes y esto le permite proporcionar niveles de corriente muy altos y también cargarse rápidamente.

Generalmente usa una estructura de espinela tridimensional, es decir, una en la que la estructura cristalina en el sistema cúbico, isométrico, con los aniones de óxido dispuestos en una red cúbica compacta. Esta estructura mejora el flujo de iones en el electrodo, aumentando así la capacidad de corriente y reduciendo la resistencia interna de la celda. Una batería típica de 1500 mAh puede entregar corrientes constantes de hasta 20 A, obviamente durante un tiempo relativamente corto debido a la capacidad total de la batería.

La estructura de este tipo de batería de iones de litio también tiene la ventaja de que mejora la estabilidad térmica y mejora la seguridad de la celda.

Sin embargo, la desventaja de la celda es el número limitado de descargas / ciclos de carga, así como la vida útil limitada, es decir, la degradación con el tiempo desde la fabricación.

Resumen de óxido de litio y manganeso, batería MNO
AtributoDetalles
Características claveCapacidad de alta corriente para carga y descarga.
Principales desventajasDensidad de energía más baja que otros tipos de baterías de iones de litio, ciclo de vida y vida útil reducidos.
Aplicaciones principalesHerramientas eléctricas, algunas herramientas médicas, algunos vehículos.
voltaje~ 3,70 V nominal
Energía específica100 - 150 Wh / kg
Esperanza de vida400 - 750 ciclos

Óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio, NCA

La batería de óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio, o NCA, es un tipo de batería de iones de litio que rara vez se ve en aplicaciones de consumo, pero que se está investigando para la industria automotriz. Su principal ventaja es que tiene una buena vida útil y elevadas cifras de energía y densidad de potencia.

Sin embargo, estas características tienen un costo y, en vista de los elementos de seguridad, deben usarse con cuidado. También se requiere un mayor desarrollo para llevarlo a un estado en el que este tipo de batería de iones de litio se pueda utilizar más ampliamente.

Resumen de óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio, NCA
AtributoDetalles
Características claveAlta densidad de energía, alta densidad de potencia, buena vida útil.
Principales desventajasAlto costo; la seguridad requiere más cuidado en el diseño y uso.
Aplicaciones principales

Óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto, NMC

El tipo de batería de litio, níquel, manganeso, óxido de cobalto, utiliza un cátodo que comprende una combinación de níquel, manganeso y cobalto.

La clave de este tipo de batería de iones de litio es la combinación de níquel y manganeso. El níquel es conocido por su alta energía específica, pero su escasa estabilidad, mientras que el manganeso proporciona una baja resistencia interna pero a costa de una baja energía específica. Combinar ambos en una celda de la manera correcta es capaz de proporcionar el equilibrio requerido de las propiedades de ambos metales.

La combinación de cátodos a menudo consiste en una combinación de níquel, manganeso y cobalto en proporciones iguales en una combinación conocida como 1-1-1. Esta combinación reduce el costo al reducir el contenido de cobalto, al tiempo que conserva algunos de los parámetros clave de rendimiento.

Otra combinación popular consiste en 5 partes de níquel, 3 partes de cobalto y 2 partes de manganeso (5-3-2).

El tipo NMC de batería de iones de litio se puede optimizar para una potencia específica alta o una energía específica alta. Con el alto costo del cobalto, los fabricantes están tratando de alejarse de su uso, a menudo aumentando el uso de níquel, por lo que este suele ser un hecho importante en la elección de la composición de la batería.

Resumen de óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto, NMC
AtributoDetalles
Características claveAlta potencia o energía específica.
Principales desventajasLa densidad de potencia / energía no es tan alta como la de otros tipos.
Aplicaciones principalesHerramientas eléctricas y vehículos eléctricos.
voltaje3,60 - 3,70 V
Energía específica160 - 230 Wh / kg
Esperanza de vida1000-2000 ciclos.

Estos tipos de baterías de iones de litio son algunos de los más populares disponibles. Sin embargo, a medida que la tecnología se desarrolla continuamente, siempre se están desarrollando nuevas tecnologías de iones de litio y se están desarrollando las que existen. Esto ha surgido de las necesidades de los fabricantes de equipos. La tecnología de baterías en general está impulsando el desarrollo y se están invirtiendo cantidades importantes. Como resultado, esta es un área de tecnología que se mueve particularmente rápido donde siempre se están viendo mejoras.

Ver el vídeo: taladro de NiCd Vs taladro de Ión de Litio (Noviembre 2020).