Una guía completa para la batería de litio ternaria

El uso de baterías de litio ha crecido exponencialmente en los últimos años, y se espera que el mercado global alcance los $53.300 millones de USD para 2027. La batería de litio ternaria es una opción cada vez más popular para aquellos que buscan soluciones de almacenamiento de energía confiables y eficientes. Esta guía completa proporcionará una descripción general detallada de esta importante tecnología, examinando sus ventajas en comparación con otras opciones y brindando consejos prácticos sobre la mejor manera de implementarla.

Ternario Las baterías de litio ofrecen varios beneficios. incluyendo mayor seguridad, mejor rendimiento y rentabilidad en comparación con las tecnologías tradicionales de plomo ácido o níquel-cadmio. También son altamente modulares y escalables debido a su factor de forma, lo que los hace capaces de satisfacer una amplia gama de requisitos de energía, desde aplicaciones a pequeña escala hasta grandes instalaciones industriales.

Al armar a los lectores con una comprensión de los principios básicos involucrados y los recursos disponibles a su disposición, esperamos inspirar confianza en cualquiera que busque más información sobre este nuevo y emocionante desarrollo en la tecnología de almacenamiento de energía.

¿Qué es la Batería de Litio Ternaria?

un ternario litio La batería es un tipo de batería recargable que utiliza tres componentes diferentes para su funcionamiento. Emplea materiales de electrolito, cátodo y ánodo para generar energía. Este tipo de batería tiene ventajas sobre las baterías de plomo-ácido tradicionales debido a su alta densidad de energía y su capacidad de carga rápida. La mayoría de las baterías ternarias de litio que se encuentran actualmente en el mercado están hechas de sal de níquel, sal de cobalto y sal de manganeso.

Los principios operativos de estas celdas involucran la utilización de reacciones químicas entre los electrolitos, ánodos y cátodos cuando están en contacto entre sí. Cuando están cargados, los iones cargados positivamente se mueven a través de electrolitos líquidos hacia el electrodo negativo, mientras que los iones cargados negativamente viajan por el mismo camino pero a la inversa hacia el electrodo positivo. Este proceso crea una corriente eléctrica que se puede utilizar como fuente de alimentación. Además, las baterías de litio ternario tienen tasas de autodescarga más bajas que sus contrapartes, lo que proporciona una vida útil más prolongada sin perder capacidad de carga.

Parámetros técnicos de litio ternario

Las ventajas de la batería de litio ternaria

(1) Buen rendimiento a baja temperatura

"Capacidad relativa a 25 °C" se refiere a la relación entre la capacidad de descarga a diferentes temperaturas y la capacidad de descarga a 25 °C.

Este valor puede reflejar con precisión la atenuación de la vida útil de la batería en diferentes condiciones de temperatura. Cuanto más cerca de 100%, mejor será el rendimiento de la batería.

En el experimento de la figura siguiente se puede ver que el rendimiento de descarga de la batería de litio ternaria es mejor cuando la temperatura es de 25 °C como punto de referencia.

Incluso a una temperatura baja de -20 °C, puede mantener más de 70% de capacidad de descarga, mientras que otras baterías de iones de litio pueden mantener una capacidad de hasta 50%-60%.

(2) Alta densidad de energía

En la actualidad, según datos relevantes, la densidad de energía de la batería cilíndrica de material ternario 18650 ha alcanzado los 232 Wh/kg y seguirá aumentando hasta los 293 Wh/kg en el futuro.

Además, para los vehículos eléctricos domésticos, las baterías con baja densidad de energía no solo ocuparán más espacio, sino que también serán más pesadas y la vida útil de la batería se verá muy afectada cuando esté en uso.

Por lo tanto, en términos relativos, la batería de litio ternaria ahorra más espacio que otras baterías y, al mismo tiempo, resuelve el problema del peso excesivo.

(3) Mayor eficiencia de carga

En la actualidad, el método de carga más común en el mercado es la carga de corriente constante y voltaje constante. Generalmente, la carga de corriente constante se usa al comienzo de la carga. En este momento, la corriente es mayor y la eficiencia de carga es relativamente mayor. Después de que el voltaje alcance un cierto valor, reduzca la corriente y cambie a carga de voltaje constante, para que la batería se pueda cargar más completamente.

En la siguiente tabla se puede ver que cuando la batería de litio ternaria se carga por debajo de 10C, no hay una diferencia obvia en la relación de corriente constante. Cuando la tasa se carga por encima de 10C, aún puede mantener una relación de corriente constante de más de 50%, mientras que otras baterías ni siquiera se pueden cargar por encima de la tasa de carga de 10C.

Desventajas de las baterías de litio ternarias

Las baterías de litio ternarias tienen varias desventajas que deben tenerse en cuenta antes de su implementación. Los más comunes son los problemas de costo, longevidad y seguridad.

• Alto costo: En comparación con la química tradicional de iones de litio, el precio de las baterías de litio ternario es relativamente alto.
• Corto periodo de vida: La vida útil de las baterías de litio ternario suele ser más corta que otros tipos de baterías químicas recargables, solo alrededor de 500-800 ciclos de vida útil.
• Mala seguridad: Debido al uso de una variedad de materiales de electrodos en las baterías de litio ternarias, se producirán diferentes grados de reacciones químicas a diferentes temperaturas, por lo que existe un mayor riesgo de fuga térmica. Además, generan significativamente más calor que otros productos químicos durante el funcionamiento y la carga, por lo que es posible que se requiera refrigeración adicional cuando se usan en ciertos entornos.

Comparación de batería de litio ternaria y otra batería

Las baterías de iones de litio incluyen baterías de polímero de litio (Li-PO), baterías lifepo4 (LFP) y baterías de litio ternarias (NCM).

(1) Comparación de densidad de energía

Las baterías de litio ternarias y las baterías LiFePO4 son dos tipos populares de baterías recargables. Es importante tener en cuenta la densidad de energía al decidir qué tipo de batería usar para una aplicación en particular. Las baterías de litio ternarias tienen densidades de energía más altas que las baterías LiFePO4, lo que significa que se puede almacenar más energía en la misma cantidad de espacio. Esto los hace ideales para aplicaciones donde las restricciones de tamaño o peso limitan la capacidad disponible.

La densidad de energía también varía dependiendo de otros factores como la temperatura, la tasa de carga y profundidad de descarga. En términos generales, las baterías de litio ternarias tienden a mantener su alta densidad de energía mejor que las baterías LiFePO4 en diversas condiciones. Esto les permite ofrecer niveles más altos de rendimiento durante períodos de tiempo más largos sin sacrificar la capacidad o la estabilidad. Como resultado, a menudo se eligen para aplicaciones que requieren un rendimiento alto y constante durante períodos de tiempo prolongados.

(2) Comparación de seguridad

El electrolito líquido de las baterías de litio ternarias es inflamable y explosivo. Es fácil desencadenar una fuga térmica durante el uso a largo plazo, y el crecimiento de dendritas de litio durante la carga y descarga es fácil de perforar el separador, lo que provoca un cortocircuito en la batería y provoca riesgos de seguridad.

Las baterías de fosfato de hierro y litio tienen las ventajas de resistencia a altas temperaturas, gran seguridad y estabilidad, y un mejor rendimiento del ciclo en el uso real.

(3) Resistencia a baja temperatura

Para empezar, se sabe que las baterías de litio ternario tienen una mayor tolerancia que las baterías Lifepo4 cuando se someten a temperaturas extremas. En particular, tienden a vivir mejor a temperaturas extremadamente bajas; mientras que ambos tipos alcanzan tasas máximas de descarga cercanas a -20 °C (o menos), las baterías de litio ternarias mantienen niveles de voltaje más altos, así como tasas de autodescarga mucho más bajas en comparación con las baterías lifepo4. Esto proporciona mayor confiabilidad y estabilidad durante las operaciones de invierno o en el Ártico, donde pueden existir climas más fríos.

(4) Comparación de vida

El ciclo de vida de una batería es un factor importante a considerar cuando se comparan baterías de litio ternarias y baterías LiFePO4. La cantidad de ciclos de carga que las celdas pueden soportar antes de que su capacidad caiga por debajo de ciertos niveles determina cuánto tiempo durarán en determinadas condiciones. Se espera que las baterías de litio ternarias tengan un ciclo de vida ligeramente más bajo que el LiFePO4, solo 500-800 ciclos en general. En comparación, LiFePO4 ofrece entre 1000 y 5000 ciclos. Esta diferencia podría verse afectada por otros factores, como la temperatura, pero normalmente no es demasiado significativa.

(5) Costo

El "elemento de cobalto" en el material del electrodo positivo de la batería de litio ternaria es un metal precioso, que tiene un alto costo, y la vida útil de la batería de litio ternaria es corta, lo que aumenta aún más el costo. Dado que la batería lifepo4 no contiene materiales de metales preciosos, el costo de las materias primas se puede comprimir muy bajo. El paquete de baterías está compuesto por lifepo4, las celdas de la batería son relativamente simples y el equipo auxiliar no necesita demasiada protección. Por lo tanto, las baterías de litio ternarias son generalmente más caras que las baterías lifepo4.

¿Cómo cargar correctamente la batería de litio ternaria?

Cargando un ternario La batería de litio es una parte importante de su mantenimiento.. Para garantizar que la batería funcione de manera óptima y se mantenga en buen estado, es fundamental comprender cómo cargarla correctamente.

A continuación se presentan algunas consideraciones clave al cargar un ternario Batería de Litio:
- Cargue con el cargador adecuado para su modelo particular de batería: los diferentes modelos tienen diferentes requisitos.
- Controle la temperatura durante la carga cuidadosamente; el sobrecalentamiento puede provocar daños permanentes e incluso riesgos de incendio.
- Evitar sobrecarga ya que esto reducirá significativamente el rendimiento del ciclo de vida.
- Asegúrese de que el voltaje se mantenga dentro de los rangos especificados en todo momento; fuera de ellos podría causar fallas catastróficas.

También es recomendable utilizar un software especializado que controle el estado de carga (SOC) u otros parámetros en tiempo real y proporcione alertas si algún valor supera sus niveles de umbral o cae por debajo de ellos de forma demasiado drástica. Esto ayuda a realizar un seguimiento de las condiciones relacionadas con la seguridad, la pérdida de capacidad, la vida útil, etc. mientras se carga la batería. Además, la calibración frecuente de las mediciones de parámetros internos permite realizar un seguimiento de los cambios con mayor precisión y garantiza un mejor control de todo el proceso.

El procedimiento correcto para cargar debe incluir una preparación adecuada, como asegurarse de que no haya entrado líquido en las celdas, verificar si las baterías necesitan reparación o reemplazo, limpiar los contactos correctamente antes de conectarlos con los cargadores, etc. También es muy importante el monitoreo posterior a la carga en busca de anomalías o discrepancias en las lecturas a intervalos regulares después de la desconexión de las fuentes de energía, si se detectan, deben ser abordadas de inmediato por personal calificado. El cuidado adecuado de su batería de litio ternaria puede ayudar a prolongar sustancialmente su vida útil y evitar la degradación debido al uso inadecuado o al manejo indebido.

¿Son seguras las baterías de litio ternarias?

La seguridad es una prioridad primordial cuando se considera el uso de baterías de litio ternarias. Están diseñados para ser fiables, duraderos y seguros para consumidores, empresas y otras organizaciones. Para garantizar su seguridad en funcionamiento, se han tomado varias medidas.

En primer lugar, características como los dispositivos de protección contra sobrecargas (OCP), los circuitos limitadores de corriente (CLC) y los sistemas de control de temperatura (TCS) ayudan a evitar la acumulación excesiva de calor durante los ciclos de carga o descarga. Además, muchos de estos componentes están fabricados con materiales ignífugos que contienen productos químicos retardantes de llama que protegen aún más contra daños potenciales debido a incendios o explosiones.

Además, todas las celdas de baterías ternarias de litio deben pasar estrictas pruebas de control de calidad antes de ser lanzadas al mercado; esto incluye pruebas de resistencia a cortocircuitos; estabilidad de voltaje bajo carga; desempeño del ciclo de vida; características de carga/descarga; Temperaturas de funcionamiento y parámetros de seguridad como resistencia a la fuerza de impacto..

La combinación de estrictos estándares de fabricación junto con sofisticados mecanismos de protección incorporados significa que los usuarios pueden confiar en el funcionamiento seguro de sus paquetes de baterías de litio ternario. Además de este nivel inherente de seguridad, las instrucciones de uso adecuadas siempre deben seguirse correctamente para maximizar la seguridad y la longevidad.

¿Cómo almacenar baterías de litio ternario?

Las baterías de litio ternario deben almacenarse correctamente para maximizar la longevidad y el rendimiento. La temperatura es el factor principal, ya que almacenar una batería a una temperatura demasiado alta o baja puede provocar daños irreversibles. Por lo tanto, lo ideal es que todas las baterías de litio ternario se almacenen entre 10 y 40 °C (50 y 104 °F). También es importante mantener estas celdas alejadas de la luz solar directa y de cualquier otra fuente de calor o frío extremo.

Además, es fundamental que las baterías no se descarguen por debajo del estado de carga (SoC) 10% durante el almacenamiento; esto evitará la pérdida de capacidad permanente debido al ciclo de descarga profunda. Para una máxima seguridad, los niveles de carga deben permanecer por encima de 50% SoC antes de pasar al modo de almacenamiento a largo plazo. Además, al colocarlos en almacenamiento a corto plazo por períodos inferiores a un mes, los niveles de carga deben permanecer por encima de 20%. Estas precauciones aseguran que la batería permanezca saludable durante toda su vida útil.

Campo de aplicación de la batería de litio ternaria

(1) Campo de vehículos eléctricos

En los últimos años, la industria de fabricación de vehículos eléctricos se ha visto impulsada por la política actual y el costo de las baterías de iones de litio continúa disminuyendo, y el proceso de reemplazo de aplicaciones de las baterías de iones de litio se ha acelerado.

Los tipos clave de baterías de litio para vehículos eléctricos son las baterías ternarias y sus baterías recargables de sistema híbrido de fosfato de iones de litio. La tendencia de desarrollo de los vehículos eléctricos promoverá el mercado de ventas de baterías de polímero ternario.

(2) industria de la tecnología de almacenamiento de energía

En la actualidad, el mercado de ventas de baterías de litio de almacenamiento de energía en mi país todavía se encuentra en la etapa de desarrollo, y debido a que las baterías de litio de almacenamiento de energía son principalmente baterías lifepo4, y la aplicación de baterías ternarias es menor, la tendencia de desarrollo del mercado de ventas de baterías de litio de almacenamiento de energía actual es relativamente limitada.

Con la tendencia de desarrollo de la batería de litio de almacenamiento de energía mercado, la economía del futuro está entrando en un proceso de rápido crecimiento. A medida que su tecnología de almacenamiento de energía amplíe la participación de mercado de las baterías ternarias, las ventas de materiales ternarios en la industria de las baterías de litio para almacenamiento de energía aumentarán relativamente.

(3) Campos como robots de barrido, drones y dispositivos portátiles inteligentes

En la actualidad, con la mejora del nivel de vida, el crecimiento constante del consumo de los hogares y la mejora de los hábitos de consumo, nuevos productos como robots de barrido inteligentes, drones y dispositivos portátiles inteligentes están surgiendo en un flujo interminable.

Debido a la mejora gradual de las características, resistencia al calor y factor de seguridad del sistema de circulación de material ternario, así como su ventaja de precio, densidad relativa de capacidad de trabajo y otras ventajas y peligros.

(4) industria de herramientas neumáticas

En la actualidad, la comercialización de herramientas neumáticas ha pasado por todo el proceso de sustitución de herramientas neumáticas tradicionales por herramientas eléctricas de litio, aumentando la producción de herramientas neumáticas individuales y ampliando la producción de aparatos eléctricos de litio.

Las baterías ternarias se utilizan en herramientas neumáticas, especialmente la mayoría de las herramientas neumáticas de gama media y baja están hechas de materiales ternarios.

Reciclaje de Baterías Ternarias de Litio

El reciclaje de baterías de litio ternario es principalmente para extraer metales pesados no ferrosos con un valor relativamente alto, como el cobalto y el litio.

Al mismo tiempo, también reduce la contaminación ambiental y responde a los requisitos de la política de verde, bajo en carbono, ahorro de energía y protección del medio ambiente.

De esta manera, los beneficios económicos y ambientales son notables, y al mismo tiempo, se resuelven los problemas de escasez de recursos y contaminación ambiental.

Los pasos principales del proceso de recuperación húmeda de electrodos de baterías de litio ternarias fuera de servicio incluyen pretratamiento, pretratamiento, lixiviación de metales valiosos y separación y extracción de metales valiosos.

Preprocesamiento

Es decir, descargar y desmontar físicamente el ternario de residuos. Batería de Litio.

El estado de carga de las baterías de iones de litio retiradas es desigual y habrá diferentes grados de energía residual. Las baterías de iones de litio están cargadas y el desmontaje es más propenso a la combustión espontánea, cortocircuito, explosión y otros fenómenos peligrosos.

Por lo tanto, desde el punto de vista de la seguridad, es necesario descargar completamente la batería antes de desmontarla.

Método 1: Realice la descarga física en el instrumento de carga y descarga.

Método 2: Remoje en una cierta concentración de solución salina para descargar completamente.

Los paquetes de baterías completamente descargados se desmontan y clasifican en celdas individuales, y las celdas individuales se clasifican en caja de batería, electrodo, diafragma, etc.

Desarrollo futuro de la batería de litio ternaria

Las baterías ternarias de litio se han convertido en una fuerza dominante en la industria de las baterías debido a su rendimiento superior, su forma compacta y su ciclo de vida prolongado. Como tal, muchos Principales fabricantes de baterías de litio del mundo. están invirtiendo mucho en investigación y desarrollo de tecnología de baterías de litio ternarias, con un enfoque cada vez mayor en optimizar el diseño para una mayor densidad de energía. Con las mejoras continuas en los protocolos de seguridad y la ciencia de los materiales, es probable que Las futuras generaciones de baterías ternarias de litio serán más potentes. que los modelos existentes.

Se pueden emplear varias estrategias para mejorar el rendimiento de las baterías de litio ternarias manteniendo sus características de peso ligero. Por ejemplo, la sustitución de componentes más pesados por otros más ligeros o el uso de una fórmula electrolítica avanzada podría conducir a una mayor eficiencia y tiempos de recarga más rápidos. Además, los investigadores están explorando cómo los aditivos incorporados en el material del cátodo pueden ayudar a aumentar la potencia de salida y maximizar la capacidad de carga. Por último, los sistemas de aglutinantes compuestos por polímeros novedosos pueden ofrecer una mayor estabilidad en comparación con los aglutinantes tradicionales que se utilizan en los diseños actuales.

Está claro que hay muchas vías prometedoras que vale la pena explorar cuando se trata de desarrollar baterías de litio ternarias de próxima generación. La innovación continua en este campo sin duda dará como resultado la introducción de nuevos productos en el mercado que se adaptan mejor a una variedad de aplicaciones que van desde la electrónica de consumo hasta los sistemas de propulsión de automóviles. Con esfuerzos persistentes para construir soluciones eficientes capaces de impulsar nuestra necesidad cada vez mayor de fuentes de energía confiables, estos avances seguramente beneficiarán a la sociedad en su conjunto con el tiempo.

Resumir

La batería de litio ternaria es una tecnología prometedora que ha ganado cada vez más atención en los últimos años. Este artículo ofrece una descripción general de sus ventajas, desventajas y campos de aplicación para brindar a los lectores una comprensión integral de la tecnología. También discutió la composición de electrolitos, los requisitos de almacenamiento y las opciones de reciclaje para este tipo de batería.

Se estima que para 2030, el tamaño del mercado mundial de ternarios Las baterías de litio alcanzarán siete veces $18 mil millones de dólares más alto que el valor de mercado actual. Este crecimiento significativo demuestra un interés creciente por parte de investigadores y empresas que reconocen los beneficios potenciales asociados con estas baterías.

En conclusión, las baterías de litio ternario ofrecen oportunidades interesantes para aquellos interesados en energías renovables y fuentes de energía. Con una cuidadosa consideración de sus características, las empresas pueden tomar decisiones informadas sobre la mejor manera de incorporarlas en sus operaciones o productos. Los investigadores deben continuar explorando formas de mejorar los diseños existentes y crear nuevas aplicaciones para aprovechar al máximo el potencial de esta tecnología de vanguardia.

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