Con el desarrollo de la tecnología de las pilas de litio y la disminución gradual del coste de las pilas industriales y de sistemas comerciales de almacenamiento de energía, las baterías de litio se han utilizado ampliamente en diversos campos. Destacan sus ventajas, como su alta densidad energética, su larga vida útil y su mayor adecuación a los conceptos de protección medioambiental. En el futuro de la era digital, se electrificarán más equipos.
Dado que las nuevas energías son la piedra angular de la sociedad digital, la tendencia de desarrollo futuro de las baterías de litio no tiene límites. En este artículo se explica qué contiene una batería de litio.
1.¿qué contiene una pila de litio en diferentes partes?
- Tensión: unidad voltio V
La tensión es la diferencia de potencial a través de la batería, que puede compararse con la presión del agua a través de una tubería de agua.
- Actual : Amperio A
El movimiento direccional de las cargas crea una corriente eléctrica. La corriente eléctrica puede ser el movimiento de electrones en conductores como los cables, o el movimiento de iones en el electrolito en los electrodos positivo y negativo.
- Capacidadamperios-hora Ah
La cantidad de electricidad almacenada en una batería se mide en amperios por hora, lo que representa la cantidad de electricidad que se carga o descarga continuamente de la batería en una hora. Por ejemplo, una batería de 20Ah significa que puede descargarse continuamente durante 1 hora con una corriente de 20A, y que puede descargarse durante 2 horas con una corriente de 10A.
Valor aproximado de la tensión adecuada marcado por el fabricante Este valor durará el mayor tiempo de descarga. Por ejemplo, el voltaje de trabajo de la batería ternaria de litio está entre 2,8V y 4,2V, y el voltaje nominal es de 3,7V. La tensión de trabajo del litio hierro fosfato está entre 2,5 V y 3,65 V, y la tensión nominal es de 3,2 V. Estamos diseñando un pack de baterías Para calcular la tensión, se utiliza como base la tensión nominal.
- Capacidad nominal
La capacidad de la célula de la batería para almacenar energía eléctrica marcada por el fabricante se expresa generalmente en mAh o Ah (1000mAh=1Ah). La capacidad nominal es una base importante para diseñar baterías, calcular la capacidad y garantizar la coherencia.
- Aumento C
La relación entre la corriente y la capacidad nominal de la batería cuando ésta se está cargando y descargando. Se trata de un parámetro muy importante para las baterías de litio. El tiempo máximo de carga y descarga y la corriente de carga y descarga de la batería pueden calcularse en función de la tasa. Por ejemplo, para una batería de 2Ah 5C, 5C significa que se pueden descargar 2Ah de electricidad en 0,2 horas a la mayor velocidad, que es la descarga continua máxima de la batería. La corriente puede alcanzar los 10A.
La fórmula del tiempo de descarga más rápido: 1÷5C=0,2 horas
Fórmula de la corriente de descarga máxima: 2Ah×5C=10A.
La batería también puede compararse con un cubo. 1C significa que hay un grifo. Cuando el grifo está completamente abierto, el agua del cubo se vacía en sólo una hora. 5C significa que el cubo tiene 4 grifos más del mismo tamaño que antes. El grifo está completamente abierto.
En condiciones normales, el caudal de 5C es cinco veces superior al de 1C, y el tiempo que se tarda en vaciar un cubo de agua es sólo una quinta parte del de 1C. Las pilas con mayores aumentos son más caras. Las pilas con los aumentos adecuados deben seleccionarse en función del escenario de uso.
Por ejemplo, los drones, los aeromodelos, las herramientas eléctricas, etc. tienen restricciones de tamaño y peso, pero la potencia del motor es grande y la corriente de descarga continua también. En términos de batería de litio, es imposible conseguir que el voltaje y la capacidad de la batería sean lo suficientemente grandes.
En este caso, se puede compensar con baterías de alta capacidad, generalmente por encima de 10C. Los vehículos de baja velocidad suelen tener un voltaje y una capacidad mayores, y las baterías de 3C o 5C son básicamente suficientes. Cuanto mayor sea el aumento, menor será la resistencia interna.
2. ¿Qué es un cortocircuito en una batería de litio?
La corriente forma un bucle entre los electrodos positivo y negativo directamente a través de los cables internos o externos de la pila sin pasar por aparatos eléctricos externos, lo que hace que toda la corriente fluya de vuelta a la pila. Esta situación se denomina cortocircuito.
Los cortocircuitos internos incluyen principalmente cortocircuitos internos forzados causados por objetos metálicos que perforan la carcasa de la batería, y la expansión y deformación de las celdas de la batería tras la sobrecarga, lo que provoca cortocircuitos de contacto entre los materiales positivo y negativo dentro de las celdas de la batería.
Los cortocircuitos externos son causados principalmente por la disposición poco razonable de los cables del tablero de protección, y la extrusión que hace que la goma aislante de los cables se caiga y cause un cortocircuito. Cortocircuitos entre la carcasa de la batería y la barra colectora, la carcasa y la carcasa, etc. causados por medidas de aislamiento insuficientes cuando se disponen las celdas de la batería.
Cuando se produce un cortocircuito, la corriente será muy grande, lo que tendrá consecuencias de accidente aéreo. La mayoría de los accidentes de las baterías de litio son causados por cortocircuitos, por lo que el peligro oculto de los cortocircuitos debe ser eliminado en las operaciones prácticas. Si está interesado, aquí tiene más información sobre los mejores fabricantes de bes.
3. ¿Qué son la sobrecarga, la sobredescarga y la sobrecorriente de las baterías de litio?
El voltaje y la corriente de trabajo de una sola batería de litio, es decir, de la célula, deben estar dentro del rango nominal; de lo contrario, no sólo causará daños permanentes a la célula, sino que también puede provocar consecuencias catastróficas, como explosión y combustión.
- Sobrecarga: La tensión de funcionamiento más baja de la pila ternaria de litio es de 2,8 V y la más alta de 4,2 V. La tensión de funcionamiento más baja de la batería de litio hierro fosfato es de 2,5 V y la más alta de 3,65 V. En el sistema de carga de la batería La sobrecarga hará que la tensión de la célula supere la tensión máxima de funcionamiento, lo que supone una sobrecarga.
La sobrecarga puede provocar la dilatación y deformación del núcleo de la batería, daños permanentes o desbocamiento térmico causado por un cortocircuito interno, lo que a la larga puede provocar accidentes graves como combustión y explosiones.
- Sobredescarga: Una descarga excesiva hará que la tensión de la célula sea inferior a la tensión mínima de funcionamiento, lo que constituye una sobredescarga. En lo que es en una batería de litio, la sobredescarga también puede causar daños permanentes en el núcleo de la batería y causar riesgos de seguridad de embalamiento térmico causado por la gran cantidad de calor generado por el núcleo de la batería.
- Sobrecorriente: Si la corriente de carga y descarga de la batería es demasiado grande y supera la corriente nominal de la batería, se trata de sobrecorriente. La sobrecorriente también provocará daños irreversibles en la batería. La corriente nominal de carga y descarga de la batería está sujeta a las especificaciones del fabricante de las celdas de la batería.
4.¿qué contiene una pila de litio?
En lo que se refiere a las baterías de litio, las más utilizadas siguen siendo las de litio ternario y las de fosfato de hierro y litio. Las formas principales son 18650, pero las batería de iones de litio con celdas individuales de gran tamaño tiene un coste y unos requisitos de proceso de ensamblaje más bajos, y cada vez es más favorecido en el campo de las baterías de potencia de baja velocidad.
A la hora de diseñar un juego de pilas, los principales factores que hay que tener en cuenta son: tensión, capacidad, volumen, coste, etc. Tomemos como ejemplo un juego de pilas de 60V20Ah. Si está compuesto por una batería ternaria de litio 18650 de 2000mAh, la tensión total de 60V requerirá 60V÷3,7V=16,2 cadenas, es decir, se conectarán 17 cadenas en serie, y la capacidad total de 20Ah requerirá 20Ah÷2Ah = 10 celdas, es decir, cada cadena requiere 10 celdas en paralelo. El pack de baterías es 10P17S, lo que requiere un total de 10P × 17S = 170 celdas. La fórmula puede resumirse así:
La tensión total del pack de baterías V÷la tensión nominal de una sola célula V=el número de conexiones en serie del pack de baterías S
La capacidad total del pack de baterías Ah÷la capacidad nominal de una sola célula Ah=el número de conexiones en paralelo en cada cadena del pack de baterías P
Número de conexiones en serie de la batería S × número de conexiones en paralelo de la batería P = número total de elementos de la batería
Bien pilas de litio pueden fabricar buenas pilas, por lo que hay que cribar su consistencia antes del montaje. Si no hay máquina clasificadora automática, también hay que utilizarla. El medidor de resistencia interna se criba manualmente. Algunos principiantes omiten este paso porque el proveedor ya ha hecho el ajuste de capacidad, lo que causará grandes peligros ocultos al paquete de baterías. Lo que hay en una batería de litio sigue el principio del cribado de consistencia.
Se trata de una combinación de células del mismo fabricante y del mismo lote. La diferencia de tensión no supera los 5 mV y la diferencia de resistencia interna no supera los 3 mΩ.
Si el número de células adquiridas es pequeño, no se puede conseguir. Este requisito de error también debe ser capaz de seleccionar la tensión y hacerla coincidir con una pequeña diferencia de resistencia interna.
Por lo tanto, la consistencia y la capacidad son los principales indicadores a la hora de comprar pilas. En la actualidad, la mayoría de las pilas que se compran en pequeños lotes son de grado B o desmontadas, y la consistencia de las pilas es especialmente importante.
5. composición de una pila de litio
Qué contiene una batería de litio La composición del material de la batería de litio incluye principalmente material de electrodo positivo, material de electrodo negativo, separador y electrolito.
- Material del cátodo
Entre los materiales catódicos de las pilas de litio, los más utilizados son el óxido de cobalto y litio, el manganato de litio, el fosfato de hierro y litio y los materiales ternarios (polímeros de níquel, cobalto y manganeso).
- Material del electrodo negativo
Entre los materiales de electrodo negativo, los actuales materiales de electrodo negativo de las baterías de litio son principalmente el grafito natural y el grafito artificial. Entre los materiales para ánodos que se están explorando figuran los nitruros, el PAS, los óxidos basados en estaño, las aleaciones de estaño, los materiales para nanoánodos y otros compuestos intermetálicos.
- Diafragma
Los materiales separadores comercializados son principalmente separadores de poliolefina (Polyolefin) basados en polietileno (PE) y polipropileno (PP). En la estructura de las baterías de litio, el separador es uno de los componentes internos clave.
- Electrolito
El electrolito se prepara a partir de disolventes orgánicos de gran pureza, sales de litio electrolíticas, aditivos necesarios y otras materias primas en determinadas condiciones y proporciones.
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