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Características de la batería de carbonato de litio

2021-11-04 10:35:32

lithium carbonate battery

 

Características de Batería de carbonato de litio

Batería de iones de litio: Una batería secundaria (batería recargable) que depende principalmente del movimiento de iones de litio entre los electrodos positivos y negativos. En el proceso de carga y descarga, Li está incrustado y desincrustado hacia adelante y hacia atrás entre los dos electrodos: cuando se carga, Li se separa del electrodo positivo y se incrusta en el electrodo negativo a través del electrolito, y el electrodo negativo está en un estado rico en litio; ocurre lo contrario durante el alta.

Las baterías de litio se dividen en baterías de litio y baterías de iones de litio. Los teléfonos móviles y las computadoras portátiles utilizan baterías de iones de litio, que se conocen comúnmente como baterías de iones de litio. Las baterías generalmente usan materiales que contienen litio como electrodos, que es el representante de las baterías modernas de alto rendimiento. Sin embargo, las baterías de litio reales rara vez se utilizan en productos electrónicos diarios debido a su alto riesgo.

Las baterías de los teléfonos móviles son generalmente baterías de iones de litio. La batería de iones de litio se compone de electrodo positivo, electrodo negativo, diafragma y electrolito. Los electrodos positivo y negativo se infiltran en el electrolito, y el ion litio se mueve entre los electrodos positivo y negativo con el electrolito como medio para realizar la carga y descarga de la batería. Para evitar el cortocircuito de los electrodos positivo y negativo a través del electrolito, los electrodos positivo y negativo deben estar separados por un diafragma.

Para aumentar la densidad de energía de la batería, los fabricantes de teléfonos móviles utilizan un diafragma más delgado para almacenar más electricidad en un volumen limitado. La disminución del espesor aumenta la dificultad de la producción del diafragma, que es fácil de causar defectos de calidad, por lo que el diafragma no puede aislar eficazmente los electrodos positivos y negativos, lo que conduce al cortocircuito y la explosión de la batería.

La batería de iones de litio fue desarrollada por primera vez por Sony de Japón en 1990. Incluye iones de litio en carbono (coque de petróleo y grafito) para formar electrodos negativos (las baterías de litio tradicionales utilizan aleaciones de litio o litio como electrodos negativos). LixCoO2 se usa comúnmente como material de cátodo, LixNiO2 y LixMnO4 también se usan, y LiPF6 dietileno carbonato (EC) dimetil carbonato (DMC) se usa como electrolito.

El coque de petróleo y el grafito como materiales de ánodo no son tóxicos y tienen recursos suficientes. El ion litio está incrustado en el carbono, que supera la alta actividad del litio y resuelve los problemas de seguridad de la batería de litio tradicional. El LixCoO2 positivo puede alcanzar un mayor nivel en el rendimiento de carga y descarga y vida útil, por lo que el costo se reduce. En resumen, se mejora el rendimiento integral de la batería de iones de litio. Se espera que las baterías de iones de litio ocupen un gran mercado en el siglo XXI.

La fórmula de reacción de la batería secundaria de iones de litio durante la carga y descarga es LiCoO2 C = Li1-xCoO2 LixC

Las baterías de iones de litio se confunden fácilmente con los siguientes dos tipos de baterías:

(1) Batería de litio: Usando metal litio como electrodo negativo.

(2) Batería de iones de litio: Utilice electrolito orgánico líquido no acuoso.

(3) Baterías de polímero de iones de litio: Use polímeros para gelificar disolventes orgánicos líquidos o use directamente electrolitos totalmente sólidos. Los materiales de carbono similares al grafito se utilizan generalmente como electrodos negativos para las baterías de iones de litio.

 

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En 1970 , M.S.Whittingham de Exxon utilizó sulfuro de titanio como material de cátodo y metal de litio como material negativo para fabricar la primera batería de litio. El material del cátodo de la batería de litio es dióxido de manganeso o cloruro de tionilo, y el electrodo negativo es litio. Después de ensamblar la batería, la batería tiene un voltaje y no necesita ser recargada. La batería de iones de litio (Li-ionBatteries) se desarrolla a partir de la batería de litio. Por ejemplo, las baterías de botón utilizadas en las cámaras solían ser baterías de litio. Este tipo de batería también se puede recargar, pero el rendimiento del ciclo no es bueno, en el ciclo de carga y descarga, es fácil formar cristales de litio, lo que resulta en un cortocircuito dentro de la batería, por lo que este tipo de batería generalmente está prohibido de carga.

En 1982 , R.R.Agarwal y J.R.Selman del Instituto de Tecnología de Illinois (theIllinoisInstituteofTechnology) encontraron que el ion litio tiene la propiedad de intercalar el grafito. El proceso es rápido y reversible. Al mismo tiempo, los riesgos de seguridad de las baterías de litio hechas de metal de litio han atraído mucha atención, por lo que las personas intentan usar las características de iones de litio incrustadas en grafito para hacer baterías recargables. El primer electrodo de grafito de iones de litio disponible fue producido con éxito por Bell Laboratories.

En 1983 , M.Thackeray y J.Goodenough encontraron que la espinela de manganeso es un excelente material de cátodo con bajo precio, estabilidad y excelente conductividad eléctrica y de litio. Su temperatura de descomposición es alta y su oxidabilidad es mucho más baja que la del cobalto de litio. Incluso si hay un cortocircuito y sobrecarga, puede evitar el peligro de combustión y explosión.

En 1989 , A.Manthiram y J.Goodenough encontraron que los electrodos positivos con aniones polimerizados producen voltajes más altos.

En 1992 , Sony Company of Japan inventó la batería de litio con material de carbono como electrodo negativo y compuesto que contiene litio como electrodo positivo. En el proceso de carga y descarga, no hay litio metálico, solo iones de litio, esta es una batería de iones de litio. Posteriormente, las baterías de iones de litio revolucionaron la cara de la electrónica de consumo. Este tipo de batería, que utiliza cobalto de litio como material de cátodo, sigue siendo la principal fuente de alimentación de los dispositivos electrónicos portátiles.

 

En 1996 , Padhi y Goodenough encontraron que el fosfato con estructura de olivino, como el fosfato de hierro y litio (LiFePO4), es más seguro que los materiales catódicos tradicionales, especialmente resistentes a altas temperaturas, y su resistencia a la sobrecarga es mucho mejor que la de los materiales tradicionales de baterías de iones de litio.

A lo largo de la historia del desarrollo de la batería, Podemos ver las tres características del desarrollo actual de la industria de la batería en el mundo:

 

Primero , El rápido desarrollo de baterías verdes, incluidas las baterías de iones de litio, baterías Ni-MH, etc.;

Segundo , La transformación de las baterías primarias en baterías, que está en línea con la estrategia de desarrollo sostenible;

Tercera , La batería se está desarrollando aún más en la dirección de pequeño, ligero y delgado. Entre las baterías recargables comerciales, las baterías de iones de litio tienen la energía específica más alta, especialmente las baterías de iones de litio de polímero, que pueden realizar el adelgazamiento de las baterías recargables. Es precisamente porque la energía específica del volumen y la energía específica de la masa de la batería de iones de litio es alta, recargable y libre de contaminación, y tiene tres características principales del desarrollo actual de la industria de la batería, por lo que tiene un rápido crecimiento en los países desarrollados. El desarrollo del mercado de las telecomunicaciones y la información, especialmente el uso extensivo de teléfonos móviles y portátiles, ha traído oportunidades de mercado para las baterías de iones de litio. La batería de polímero de iones de litio en la batería de iones de litio reemplazará gradualmente la batería de iones de litio de electrolito líquido y se convertirá en la corriente principal de la batería de iones de litio debido a su ventaja única en seguridad. La batería de polímero de iones de litio se conoce como "la batería del siglo XXI", lo que abrirá una nueva era de batería de almacenamiento y su perspectiva de desarrollo es muy optimista.

En marzo de 2015, Sharp en Japón y el profesor Gong Tanaka de la Universidad de Kyoto desarrollaron con éxito una batería de iones de litio con una vida útil de hasta 70 años. La batería de iones de litio de larga duración producida en prueba tiene un volumen de 8 centímetros cúbicos y se puede cargar y descargar 25000 veces. Y Sharp dijo que después de la carga y descarga reales de 10.000 veces, el rendimiento de la batería de iones de litio de larga duración sigue siendo estable.

 

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Cáscara de acero/carcasa de aluminio/cilindro/serie de embalaje flexible:

(1) los materiales activos con electrodos positivos son generalmente manganato de litio o cobalto de litio, materiales de manganato de cobalto de níquel litio, mientras que las bicicletas eléctricas generalmente usan manganato de cobalto de níquel litio (comúnmente conocido como ternario) o una pequeña cantidad de manganato de litio ternario. El manganato de litio puro y el fosfato de hierro y litio se desvanecen gradualmente debido a su gran tamaño, bajo rendimiento o alto costo. El fluido de electrodo conductor utiliza papel de aluminio electrolítico con un espesor de 10 Mel / 20 μ m.

(2) diafragma: una película de polímero especialmente formada con una estructura microporosa que permite que los iones de litio pasen libremente, pero los electrones no pueden pasar.

(3) el electrodo negativo: el material activo es grafito o carbono con una estructura de grafito similar, y el colector de corriente conductora utiliza una lámina de cobre electrolítico con un espesor de 7-15 micrones.

(4) Disolvente orgánico de electrolito-carbonato disuelto con hexafluorofosfato de litio y electrolito de gel para polímero.

(5) carcasa de la batería: dividida en carcasa de acero (rara vez se usa tipo cuadrado), carcasa de aluminio, carcasa de hierro niquelado (uso de batería cilíndrica), película de aluminio y plástico (embalaje flexible), etc., así como la tapa de la batería, que también es el extremo delantero del polo positivo y negativo de la batería.

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