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Tipos de baterías de litio y sus ventajas y desventajas
- Aug 27, 2018 -

Con el desarrollo de la sociedad, los seres humanos necesitan cada vez más energía. La energía fósil tradicional no solo puede regenerarse, sino que el uso excesivo ha agravado el deterioro del medio ambiente. Aunque la estructura energética actual se basa básicamente en combustibles fósiles, las personas también han aprendido la importancia de hacer un uso completo de la energía renovable, como la eólica y la solar. Sin embargo, estas fuentes de energía no son continuas y requieren un dispositivo de almacenamiento de energía. La batería es muy adecuada como un dispositivo para almacenar energía eléctrica en forma de energía química. En particular, las baterías secundarias se utilizan en teléfonos móviles modernos, relojes e incluso automóviles. En el desarrollo de las baterías durante décadas, el rendimiento se optimiza gradualmente, y la alta energía específica es el objetivo que las personas persiguen constantemente. Como el litio tiene una gravedad específica pequeña (M = 6.94 g / mol) y un potencial de electrodo extremadamente bajo (potencial de electrodo estándar -3.045 V) en todos los metales, es un metal con una densidad de energía extremadamente alta y el sistema de batería de litio puede obtenerse teóricamente El más largo. La densidad de energía, por lo que entró lógicamente en el campo de visión del investigador.

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锂电池 的 主要 种类

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Las baterías de litio se dividen además en baterías primarias de litio (también conocidas como baterías de litio primarias) y baterías secundarias de litio (baterías recargables de litio), y fueron propuestas por primera vez por Gilbert N. Lewis en 1912, que llamaron la atención de las personas sobre las baterías de metal. . Sobre la base de baterías secundarias de litio, se han desarrollado baterías de iones de litio. El proceso general de desarrollo se muestra en la Figura 1.

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Batería de Li-MnO2 (batería primaria de litio) La batería de Li-MnO2 es una batería de electrolito orgánico que se usa ampliamente en baterías de litio. Por lo general, está hecho de tipo botón o forma cilíndrica. El voltaje de circuito abierto es 3.5V y el voltaje de carga es 2.8V. La energía puede alcanzar 200W · h / kg y 500W · h / L. La batería tiene una vida útil de almacenamiento de más de 10 años a temperatura normal, y no se libera gas durante el almacenamiento y la descarga, y el rendimiento de seguridad es bueno.

(-) Li|LiClO4, PC + DMG|MnO2 (+)

Reacción negativa: Li-e- → Li +

Reacción positiva del electrodo: MnO2 + Li ++ e- → MnOOLi

Reacción de la batería: Li + MnO2 → MnOOLi

De acuerdo con la reacción anterior, Li-MnO2 descarga Li + en la solución de electrolito y el dióxido de manganeso positivo se reduce electrónicamente a manganeso trivalente, y los iones de litio entran en la red de dióxido de manganeso para formar MnO2 (Li), es decir, MnOOLi. Este tipo de batería se utiliza principalmente para baja tasa de descarga. Su relación de energía es de aproximadamente 5 a 7 veces mayor que la de una batería de plomo-ácido. Durante el almacenamiento y la descarga de la batería, no se libera gas, y la autodescarga es pequeña, y la presión interna de la batería no aumenta debido a la descomposición del material activo. La batería pequeña y mediana es adecuada para el suministro de energía de pequeñas computadoras electrónicas, cámaras y pequeñas máquinas de comunicación. La batería de gran capacidad es adecuada para aplicaciones que requieren una gran energía de la batería y una larga vida útil, por lo que puede utilizarse como fuente de alimentación ideal para aplicaciones militares.

Batería Li-SOCl2 (batería primaria de litio)

La batería Li-SOCl2 es una batería de electrolito orgánico relativamente madura. El voltaje del circuito abierto es tan alto como 3.6 ~ 3.7V, y el voltaje es estable, la precisión del voltaje de carga es alta, y hay una energía específica más alta. La Tabla 1 ofrece una comparación del costo de los materiales activos para algunas series de baterías pequeñas comúnmente utilizadas. Se puede observar que las baterías de Li-SOCl2 son las de menor costo entre las baterías de uso común.

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La expresión electroquímica de la batería Li-SOCl2 es: (-) Li|LiAlCl4-SOCl2|C (+)

El electrolito era una solución de SOCl2 de LiAlCl4. SOCl2 es un solvente para el electrolito y un material activo de electrodo positivo. Reacción de la batería:

4Li + 2SOCl2 → 4LiCl + S + SO2

El dióxido de azufre del producto de descarga se disuelve parcialmente en SOCl2, y se precipita una gran cantidad de azufre y se deposita en el negro de carbón positivo, y el LiCl es incompatible.

Cuando el litio negativo del litio de esta batería está en contacto con SOCl2, se produce la siguiente reacción.

8Li + 3SOCl2 → 6LiCl + Li2S2O4 + S2Cl2

Dado que el producto LiCl forma una película protectora densa que dificulta el progreso de la reacción, y dado que también es una membrana de electrolito sólida, se dejan pasar los iones, de modo que la disolución normal del ánodo del electrodo de litio no se ve obstaculizada.

Sin embargo, hay dos problemas importantes con las baterías SOCl2, a saber, la "histéresis de voltaje" y los "problemas de seguridad". La histéresis de voltaje se debe a la producción de LiCl, que cubre la superficie del ánodo de litio en forma de una película delgada, aunque puede evitar que la batería se autodescargue, pero provoca un retraso de voltaje. Además, cuanto mayor sea el tiempo de almacenamiento, mayor será la temperatura de almacenamiento, más gruesa será la película y más pronunciada será la histéresis.

Cuando la batería SOCl2 está en cortocircuito, causará una reacción térmica entre Li y S:

2Li + S → Li2S

Li2S reacciona violentamente con SOCl2 a 145 grados, causando una explosión.

Otra causa de la explosión es que el litio depositado en el electrodo positivo forma dendritas, causando un cortocircuito. Li reacciona con S, o SO2 también puede reaccionar en el electrodo negativo, eventualmente produciendo Cl2O, una sustancia explosiva muy inestable.

Ventajas y desventajas de las baterías de litio:

Ventaja

1. La energía es relativamente alta. Con una alta densidad de energía de almacenamiento, ha alcanzado 460-600Wh / kg, que es aproximadamente 6-7 veces la batería de plomo-ácido;

2. Tiene una larga vida útil y puede durar más de 6 años. El fosfato de hierro y litio es una carga y descarga positiva de la batería 1C (100% DOD), y se puede usar por 10,000 veces;

3. Alto voltaje nominal (voltaje de trabajo simple es 3.7V o 3.2V), que es igual al voltaje en serie de 3 baterías recargables de níquel-cadmio o níquel-hidrógeno, que es conveniente para los paquetes de energía de la batería; la batería de litio puede pasar un nuevo tipo de tecnología del regulador de la batería de litio, el voltaje se ajusta a 3.0V, adecuado para el uso de pequeños electrodomésticos;

4. Con una gran capacidad de carga, la batería de ión litio con fosfato de hierro y litio para vehículos eléctricos puede alcanzar una capacidad de carga y descarga de 15-30C, lo que es conveniente para la aceleración de arranque de alta intensidad;

5. La tasa de autodescarga es muy baja, que es una de las ventajas más destacadas de la batería, generalmente puede ser de 1% / mes o menos, menos de 1/20 de la batería de níquel-hidrógeno;

6. Ligero, el peso en el mismo volumen es aproximadamente 1 / 6-1 / 5 del producto ácido de plomo;

7. Alta temperatura y baja adaptabilidad, se puede utilizar en el entorno de -20 ° C - 60 ° C, después del tratamiento de proceso, se puede utilizar en un entorno de -45 ° C;

8. Verde, no importa si se produce, utiliza o desecha, no contiene elementos tóxicos y nocivos de metales pesados y sustancias como plomo, mercurio y cadmio.

9. La producción básicamente no consume agua, lo que es muy beneficioso para China, que carece de agua. 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 vatios, h es hora; kg es kilogramo (unidad de peso) y L es litro (unidad de volumen).

Desventaja

1. Las baterías de litio primarias tienen poca seguridad y existe peligro de explosión.

2. Las baterías de iones de litio de óxido de cobalto y litio no se pueden descargar a una corriente grande, son caras y tienen poca seguridad.

3. Las baterías de iones de litio deben proteger la línea para evitar que la batería se sobrecargue y se descargue.

4. Los requisitos de producción son altos y el costo es alto.

5. Existen restricciones en las condiciones de uso, y el uso de altas y bajas temperaturas es peligroso.


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