¿Qué batería de iones de litio es mejor?

Batería ternaria de iones de litio

La batería de polímero ternario de litio es una batería de iones de litio que utiliza material de cátodo ternario de litio níquel, cobalto y manganeso. Hay muchos tipos de materiales de cátodo de la batería de iones de litio, principalmente ácido de cobalto de litio, manganeso de litio, ácido de níquel de litio, material ternario, fosfato de hierro de litio y así sucesivamente.

El material ternario combina las ventajas del cobalto de litio, el níquel de litio y el manganeso de litio con una alta capacidad, un bajo coste, una buena seguridad y otras excelentes características, y ocupa gradualmente una cierta cuota de mercado de las baterías de iones de litio. Y tiene buenas perspectivas de desarrollo en el campo de las baterías de litio de potencia.

El cobalto es esencial para la batería de iones de litio. Sin embargo, el cobalto es caro y tóxico. Las principales empresas japonesas y coreanas, así como los fabricantes chinos de baterías, se han esforzado en los últimos años por reducir el cobalto en las baterías. Bajo esta tendencia, se están promoviendo gradualmente los materiales ternarios de níquel-cobalto-manganato de litio preparados a partir de sal de níquel, sal de cobalto y sal de manganeso. Desde el punto de vista de las propiedades químicas, los materiales ternarios pertenecen a los óxidos metálicos excesivos, y la densidad energética de la batería es alta.

Aunque el papel del cobalto en los materiales ternarios sigue siendo indispensable, la fracción de masa suele controlarse en torno a 20%, y el coste se reduce considerablemente. Además, presenta las ventajas del cobalto de litio y del níquel de litio. En los últimos años, con el aumento de la producción, la tendencia de la batería de iones de litio con material ternario como material de cátodo para sustituir al óxido de litio y cobalto comercial ha sido muy evidente.

Desde coches eléctricos a teléfonos inteligentes, dispositivos wearables o bancos de energía, esta nueva tecnología funciona a la perfección.Tesla es la primera en aplicar la batería ternaria de iones de litio en vehículos eléctricos. La autonomía del Model S puede alcanzar los 486 kilómetros, y la capacidad de la batería, los 85 kWh. Se utilizan 8142 baterías Panasonic 18650 de 3,4AH.

Desde una perspectiva global, el desarrollo y la producción de materiales ternarios avanzan constantemente. En este proceso, se ha mejorado mucho el rendimiento de los materiales y se ha ampliado una y otra vez el campo de aplicación. Las empresas japonesas y coreanas son líderes en investigación y desarrollo de baterías ternarias de iones de litio. La producción de materiales ternarios en China comenzó en torno a 2005, y hasta ahora ha habido más de diez empresas a gran escala.

Batería de litio hierro fosfato

El litio-hierro-fosfato no ha surgido como material para baterías de litio-energía hasta hace pocos años, y la batería de litio-hierro-fosfato de gran capacidad se desarrolló en China en 2005. Sus prestaciones de seguridad y vida útil son comparables a las de otros materiales, y son también los indicadores técnicos más importantes de las baterías de litio.

El ciclo de vida de la batería de litio hierro fosfato con 1C de carga y descarga puede hasta 2000 veces. Si se sobrecarga la batería de litio hierro fosfato de 30V, no se quema, y no explota cuando se pincha. La batería de iones de litio de gran capacidad hecha de material de cátodo de fosfato de hierro y litio es más fácil de usar en serie para satisfacer las necesidades de carga y descarga frecuentes de los vehículos eléctricos.

El fosfato de hierro y litio es un material catódico ideal para una nueva generación de baterías de iones de litio por sus ventajas: no es tóxico, no contamina, es seguro, tiene una amplia fuente de materias primas, un precio bajo y una larga vida útil. Pero la batería de litio hierro fosfato también tiene sus desventajas. Por ejemplo, la densidad de vibración del material del cátodo de fosfato de hierro y litio es pequeña, y el volumen de la batería de fosfato de hierro y litio con igual capacidad es mayor que el del ácido de cobalto de litio y otras baterías de iones de litio, por lo que no tiene ventajas en la microbatería.

Debido a las características inherentes del litio hierro fosfato, su rendimiento a baja temperatura es inferior al de otros materiales positivos como el litio manganeso ácido. En circunstancias normales, para una sola célula (nota: hablamos de una sola batería, no del pack de baterías. 

El rendimiento medido a baja temperatura puede ser ligeramente superior, lo que está relacionado con las condiciones de disipación del calor), La tasa de retención de capacidad de la misma es de aproximadamente 60~70% cuando la temperatura es 0℃, y 40~55% para-10℃, 20~40% para-20℃. Este rendimiento a baja temperatura obviamente no puede cumplir con los requisitos de la fuente de alimentación. En la actualidad, algunos fabricantes mejoran el rendimiento a baja temperatura del fosfato de hierro y litio mediante muchos métodos, como la mejora del sistema de líquido electrolítico, la mejora de la fórmula del cátodo, la mejora del rendimiento del material y la mejora del diseño de la estructura de la célula.

La batería tiene un problema de consistencia. La vida útil de una sola batería de fosfato de hierro y litio supera actualmente los 2.000 ciclos, pero la del paquete de baterías se reducirá considerablemente, quizá 500 ciclos. Como un paquete de baterías está formado por un gran número de celdas individuales ensartadas, funciona como un grupo de personas que corren juntas por una cuerda.

Aunque todos sean buenos velocistas, si sus movimientos no son constantes, el equipo no correrá rápido y la velocidad total será incluso menor que la del corredor individual más lento. Del mismo modo, la duración de una batería sólo puede acercarse a la de una sola batería cuando su rendimiento es muy constante.

Batería de iones de litio con ácido de manganeso

El ácido de manganeso-litio es un prometedor material para ánodos de baterías de iones de litio. En comparación con los materiales de ánodo tradicionales, como el litio ácido de cobalto, el litio ácido de manganeso tiene algunas ventajas, como la riqueza de recursos, el bajo coste, la ausencia de contaminación, la alta seguridad y la buena relación de rendimiento, entre otras. Es el material ideal para el cátodo de las baterías de energía, pero su escasa circulación y estabilidad electroquímica limitan enormemente su industrialización. El manganato de litio incluye principalmente el manganato de litio de tipo espinela y el manganato de litio de estructura laminar, en los que la estructura del manganato de litio de tipo espinela es estable y fácil de conseguir para la producción industrial. 

Actualmente, todos los productos del mercado utilizan este tipo de estructura. El manganato de litio tipo espinela pertenece al sistema cristalino cúbico, grupo espacial Fd3m, la capacidad específica teórica es de 148mAh/g. Debido a la estructura de túnel tridimensional, los iones de litio pueden retirarse reversiblemente de la red de espinela, y no causarán el colapso de la estructura. Por lo tanto, tiene un rendimiento y una estabilidad excelentes.

En la actualidad, los inconvenientes tradicionales de la baja densidad energética y el escaso rendimiento cíclico del litio-manganeso se han mejorado considerablemente. La modificación de la superficie y el dopaje pueden modificar eficazmente sus propiedades electroquímicas, y la modificación de la superficie puede inhibir eficazmente la disolución del manganeso y la descomposición del electrolito.

El dopaje puede inhibir eficazmente el efecto Jahn-Teller en los procesos eléctricos de carga y descarga.La combinación de modificación superficial y dopaje puede, sin duda, mejorar aún más las propiedades electroquímicas de los materiales, y se cree que se convertirá en una de las direcciones de investigación para la modificación del manganato de litio espinela en el futuro.