¡El progreso técnico es una máquina que rueda sin parar! Cada vez más problemas de nuestro mundo moderno sirven como combustible para esta máquina. Recuerde, no hace mucho tiempo se usaban baterías de níquel-cadmio (NiCd), fueron reemplazadas por níquel-hidruro metálico (NiMH). Pero hoy el lugar de iones de litio (Li-ion) está tratando de tomar baterías de polímero de litio (Li-pol). ¿Cuál es la diferencia entre Li-pol y Li-ion? ¿Cuáles son las ventajas del polímero de litio sobre las baterías de iones de litio? Intentemos resolverlo.

Cuando compramos un teléfono o una tableta, pocas personas se preguntan: ¿qué hay dentro de la batería? Solo más tarde, ante el problema de la descarga rápida del dispositivo, comenzamos a examinar con más detalle el "interno" de nuestro dispositivo.

Se conoció sobre las baterías de litio en 1912, luego comenzaron los primeros experimentos, pero no encontraron una amplia aplicación. Y solo en los años 70, después de seis décadas, estos elementos de carga ocuparon su lugar en casi todos los dispositivos domésticos. Recalcamos que la conversación es solo sobre baterías, no sobre baterías.

El litio es el metal más ligero, proporciona la densidad de energía más alta y tiene un potencial electroquímico significativo. Las baterías, que se basan en electrodos de metal de litio, tienen una gran capacidad y alto voltaje. En los años 80, como resultado de numerosos estudios, resultó que el funcionamiento cíclico de las baterías de litio (proceso de carga / descarga) conduce al encendido de los cargadores y, después, a los propios dispositivos. Entonces, en 1991, varios miles de teléfonos fueron retirados del mercado en Japón debido a la amenaza de incendio. Debido a estas peligrosas propiedades del litio, los científicos han centrado todos sus esfuerzos en baterías de litio no metálicas basadas en iones de litio. Y después de un tiempo, se creó una versión más segura del cargador, que se llamó iones de litio (Li-ion).

Hoy en día, una batería de iones de litio se encuentra en casi todos los dispositivos móviles, tiene una gran cantidad de variedades, tiene muchas cualidades positivas, pero también desventajas, que discutiremos con más detalle.

Las ventajas de las baterías de iones de litio:

Alta densidad de energía y, por tanto, alta capacidad.

Baja autodescarga

Alto voltaje de celda única. Esto simplifica el diseño; a menudo, la batería consta de una sola celda. Hoy en día, muchos fabricantes usan una batería de una sola celda en teléfonos celulares (recuerde Nokia)

Bajo mantenimiento (costos operativos)

Ningún efecto de memoria requiere ciclos de descarga periódicos para restaurar la capacidad.

Desventajas:

La batería requiere un circuito de protección incorporado (que conduce a un aumento adicional en su costo), que limita el voltaje máximo en cada celda de la batería durante la carga y protege el voltaje de la celda para que no sea demasiado bajo durante la descarga.

La batería es susceptible al envejecimiento, incluso cuando no está en uso y simplemente está en el estante. El proceso de envejecimiento es común en la mayoría de las baterías de iones de litio. Por razones obvias, los fabricantes guardan silencio sobre este problema. Una ligera disminución de la capacidad se hace evidente después de un año, independientemente de si la batería estaba en uso o no. Después de dos o tres años, a menudo se vuelve inutilizable.

Mayor costo en comparación con las baterías de NiCd.

Baterías de iones de litio están mejorando constantemente, la tecnología está mejorando. Y todo el mundo estaría bien con esta batería, si no fuera por los problemas de seguridad durante su uso y el alto precio. Todas estas razones se convirtieron en la base de la creación. baterías de polímero de litio (Li-pol o Li-polímero)... La más obvia y básica diferencia entre Li-pol y Li-ion Es el tipo de electrolito utilizado. El uso de electrolito de polímero sólido reduce significativamente el costo de crear una batería y la hace más segura, además de permitirle crear cargadores más delgados. ¿Por qué la batería de polímero de litio no ha reemplazado completamente a su predecesora? Una de las posibles versiones, expresadas por expertos: inversores que han invertido grandes sumas en el desarrollo y la introducción masiva de baterías de iones de litio, están tratando de devolver sus inversiones.

Resumamos. En términos generales, la batería de polímero de litio es una versión más avanzada de la batería de iones de litio. Juzga por ti mismo:

Ventajas de las baterías Li-pol y Li-ion

En resumen, podemos decir que, gracias a la tecnología moderna, tenemos dos tipos de baterías externas fiables. Con el desarrollo de las tecnologías móviles, con la llegada de los teléfonos inteligentes, tabletas y muchos otros dispositivos digitales, con la creación de aplicaciones que consumen mucha energía, los usuarios se enfrentan al problema de la "batería muerta". Por supuesto, tanto las baterías de iones de litio como las de polímero de litio encontraron inmediatamente su camino hacia los cargadores externos.

Ésta es la solución perfecta para la vida moderna. Lo más importante al elegir una batería externa es no encontrarse con estafadores (para obtener más detalles sobre cómo distinguir una falsificación del original, escribimos , sino sobre cómo entender el sitio web de la tienda con un 100% de certeza de que le venderán una falsificación.

27.10.2018

En la producción de almacenamiento de energía, las tecnologías obsoletas están siendo reemplazadas rápidamente por nuevas soluciones. Al principio, las pilas de NiCd fueron reemplazadas por pilas de NiMH. En cambio, crearon generaciones más avanzadas de baterías de almacenamiento: Li-ion, LiFePO4, Li-Pol. En este artículo, consideraremos las diferencias entre las baterías de iones de litio y las de polímero de litio, sus ventajas y preferencias de elección, teniendo en cuenta las peculiaridades del próximo uso de la batería.

Características de la tecnología Li-ion

Las baterías de litio comenzaron a producirse en masa a principios de la década de 1990. Las funciones del electrolito activo en la etapa inicial fueron realizadas por cobalto y manganeso. Ahora los dispositivos de almacenamiento de iones de litio utilizan cobaltato de litio, espinela de manganeso de litio, ferrofosfato de litio y otros compuestos como material del cátodo. Pero el papel clave no lo juega el tipo de sustancia, sino las peculiaridades de su ubicación en el bloque.

En ellos, los electrodos (cátodo base sobre papel de aluminio y ánodo de cobre) están separados por un separador poroso, que está impregnado de electrolito. El cátodo y el ánodo en el bloque están conectados por terminales colectores de corriente. La carga es mantenida por iones de Li cargados positivamente. Pasan fácilmente a las redes cristalinas de diversas sustancias, crean enlaces, inician reacciones y provocan la liberación de energía. El principio de funcionamiento de los dispositivos de almacenamiento de energía de iones de litio es similar al de las baterías de gel de formato completo.

Los principales pros y contras de las baterías de iones de litio se enumeran en la tabla:

Ventajas	desventajas
Pequeña autodescarga: en el primer mes hasta un 6%, en el siguiente, más débil. El circuito de protección consume alrededor del 3% de la energía acumulada por mes.	La necesidad de utilizar una placa de protección integrada. Limita la tensión máxima durante la carga y no permite su caída crítica durante la descarga, limita las corrientes limitantes y controla la temperatura.
Alta densidad energética y corrientes de descarga.	Susceptibilidad al envejecimiento incluso sin explotación.
Alto voltaje de celda en comparación con las de NiCd y NiMH: 3,6 V.	Una caída significativa de la capacidad en heladas.
Sin efecto memoria y fácil mantenimiento.	Costo relativamente alto (en comparación con las baterías de NiCd).
Larga vida útil.
Tamaño pequeño, peso ligero.
Sin requisitos de mantenimiento (excepto para recarga).

La tecnología para la creación de baterías de iones de litio mejora cada año, lo que aumenta la seguridad de su funcionamiento y reduce los costos.

¿Cuál es la diferencia con la tecnología Li-ion Li-Pol?

La mejora de las baterías de iones de litio tenía como objetivo mejorar la seguridad de su uso y abaratar la tecnología. Fue posible resolver este problema cambiando el electrolito; en lugar de un separador poroso con impregnación de un electrolito, comenzaron a usar un electrolito de polímero. Anteriormente, se usaba como película plástica para conducir corriente. En los dispositivos de almacenamiento de energía Li-pol, el espesor del elemento parte de 1 mm, lo que permite obtener productos de todo tipo de formas y tamaños.

Pero la respuesta fundamental a la pregunta, cuál es la diferencia entre las baterías Li-Pol y los modelos Li-ion, es la no utilización de electrolito en estado líquido y minimizar el riesgo de ignición. Las baterías de polímero de litio no tienen electrolitos líquidos o en gel. El principio activo es una placa sólida y no permite la formación de dendritas durante el ciclo en el área de contacto con el litio. Esto elimina el riesgo de explosiones e incendios en las baterías de polímero de litio.

Inicialmente, las fuentes de corriente de Li-Pol tenían una conductividad débil y no eran adecuadas para dispositivos portátiles. Pero este inconveniente se eliminó utilizando un electrolito similar a un gel. Los dispositivos avanzados de almacenamiento de energía de polímero de litio tienen una membrana de electrolito. Para su fabricación se utiliza un separador de propileno o polietileno poroso, que contiene un polímero. Al interactuar con el electrolito líquido, se vuelve gelatinoso.

Ventajas y desventajas de las fuentes de corriente Li-Pol

Una ventaja importante de las baterías de polímero de litio es su excelente relación capacidad / peso. Debido a esta calidad, las fuentes de energía Li-Pol se utilizan ampliamente en el equipamiento de cuadricópteros y otros modelos controlados por radio, en teléfonos móviles y tecnología digital. Los pros y contras clave de las baterías de polímero de litio se muestran en la tabla:

Ventajas	desventajas
Peso ligero combinado con alta capacidad.	Costo relativamente alto.
La capacidad de crear una batería de dimensiones y formas arbitrarias, incluidas las muy delgadas.	La necesidad de un modo de carga especial.
Carga rápida.	La necesidad de equilibrar las células.
Falta de efecto memoria.	Sensible a descargas profundas, sobrecargas, bajas temperaturas.
Poco desgaste.
Alto grado de fiabilidad y funcionamiento seguro.
Pequeña autodescarga: hasta un 5% por mes.
Mantenimiento sin pretensiones.
Menor desgaste y autodescarga.

¿Qué es mejor, una batería de polímero de litio o de iones de litio?

La respuesta a esta pregunta depende de dónde y bajo qué condiciones se utilizará la fuente de corriente seleccionada. Las principales características de las baterías Li-ion y Li-Pol son similares. Se recopilan varios parámetros geométricos y características técnicas de las celdas de iones de litio. Está permitido usarlos en el rango de -20 a +60 ° C, pero a temperaturas límite, se produce un envejecimiento más rápido.

Las baterías de Li-Pol se fabrican en todas las geometrías posibles, se caracterizan por una densidad de energía significativa y son extremadamente seguras. Tienen mayor demanda cuando se requiere una fuente de energía compacta y confiable. El rango de temperatura de funcionamiento de las baterías de Li-Pol producidas actualmente es idéntico al rango de temperatura de Li-ion.

Tabla de comparación de baterías Li-ion y Li-Pol

Para averiguarlo, teniendo en cuenta las prioridades individuales, que es mejor, una batería de polímero de litio o de iones de litio, debe comparar sus características. Es fácil de hacer con una tabla de comparación:

Característica	Baterías de iones de litio	Baterías Li-Pol
El número de ciclos
Selección de tamaños estándar	Estrecho, hay modelos en forma de cilindro y prisma, el tamaño cilíndrico más popular es 18650.	Ancho, sin marcos de formato de batería estándar, es posible crear celdas con un grosor de 1 mm.
	Un poco más	Ligero: mediante el uso de un electrolito gelificado y la reducción de elementos metálicos.
Capacidad con idénticas dimensiones		Más alto, casi el doble.
Densidad de energía por unidad de masa	De 100 a 190 Wh / kg, según el material del cátodo.	130 a 200 Wh / kg.
Vida de servicio	Aproximadamente lo mismo: para iones de litio - de 500 a 2000 ciclos de carga-descarga, según el material del cátodo, para polímero de litio - 800 - 1000 ciclos.
Riesgo de explosión o incendio.	Presente, pero el uso de la placa de protección elimina este riesgo.	Minimizado: debido a la ausencia de fugas de electrolito y al uso de protección de sobrecarga integrada.
Temperaturas admisibles	De -20 a +60 ° С, óptimamente - de 0 a +30 ° С.
Duración de la carga
Voltaje (nominal)
Voltaje límite de descarga
Corriente de carga máxima y óptima	<1С и ˃2С, где С – значение емкости.
Funciones de carga	Con una corriente de 0.1 ... 1C hasta llegar a 4.1 ... 4.2 V, y luego a voltaje constante.
Tasa de desgaste (envejecimiento natural)	Aproximadamente el 0,1% por mes.	Por debajo, 20% en 2 años.
Sobretensiones durante la descarga

De acuerdo con esta tabla, es fácil comparar mejor y en qué parámetros son inferiores a los análogos de polímero de litio.

Resumiendo

Las fuentes de alimentación de iones de litio se utilizan ampliamente en varios campos. Se utilizan para equipar electrónica digital, vehículos eléctricos personales, robots, herramientas inalámbricas, sillas de ruedas y muchos otros dispositivos. Tienen tamaños estandarizados, se adaptan fácilmente a los parámetros requeridos y son bien conocidos por los consumidores. Las baterías potentes se utilizan con éxito para dispositivos que requieren un alto consumo de corriente a corto plazo.

Los dispositivos de almacenamiento de energía de polímero de litio le permiten obtener la capacidad requerida con un tamaño y masa de fuente de energía más pequeños, por lo tanto, tienen demanda en dispositivos portátiles, cuadricópteros, juguetes y pistolas de airsoft. Las principales diferencias entre las baterías de polímero de litio son su mayor precio, mayor variabilidad de formas y menores cargas internas.

En la práctica, ambos tipos de baterías tienen características similares, por lo que las preferencias de selección dependen principalmente del área de uso. Además del tipo de batería y la sustancia del cátodo, la calidad de las materias primas utilizadas y la tecnología de producción afectan las características de la fuente de corriente.

Traemos a su atención material informativo sobre.

Características de las baterías de polímero de litio y reglas para su funcionamiento.

La batería de polímero de litio es una versión modificada de la batería de iones de litio. La principal diferencia radica en el uso de un material polimérico que actúa como electrolito. A este polímero se le añaden inclusiones conductoras con compuestos de litio. Estas baterías se han desarrollado activamente en los últimos años y se utilizan en teléfonos móviles, tabletas, computadoras portátiles, modelos controlados por radio y otros equipos. A pesar de que las baterías de litio no pueden proporcionar altas corrientes de descarga, algunos tipos especiales de baterías de polímero pueden entregar una corriente que excede significativamente su capacidad. Dado que las baterías de polímero de litio se están extendiendo rápidamente en el mercado, es necesario comprender su diseño, las reglas de uso y la seguridad al manipularlas. Esto se discutirá en nuestro material de hoy.

La ventaja de reemplazar el electrolito orgánico líquido por uno de polímero es la mayor seguridad del funcionamiento de la batería. Esto es muy importante para las baterías de tipo litio. Fue el uso comercial seguro lo que frenó su desarrollo desde el principio. Además, el electrolito de polímero le brinda mucha más libertad para elegir la forma de la batería.

El dispositivo de batería de almacenamiento Li-Pol se basa en el proceso de transición de varios polímeros a un estado semiconductor cuando se introducen iones de electrolito en ellos. En este caso, la conductividad aumenta varias veces. Los investigadores se dedicaron principalmente a la selección de electrolitos poliméricos para baterías con modelos de litio metálico y Li─Ion. En teoría, se permite un aumento en la densidad de energía de las baterías con polímero varias veces en comparación con las baterías de iones de litio. Hoy en día, existen varios grupos de baterías de Li-Pol que se diferencian en su composición de electrolitos:

Con un electrolito homogéneo en forma de gel. Se obtiene como resultado de la introducción de sales de litio en la estructura del polímero;
Con electrolito de polímero seco. Este tipo está hecho a base de óxido de polietileno con diversas sales de litio;
Electrolito en forma de matriz polimérica microporosa en la que se absorben soluciones no acuosas de sales de litio.

Si comparamos el polímero y el electrolito líquido, entonces vale la pena señalar la conductividad iónica más baja del primero. Disminuye significativamente a temperaturas negativas. Entonces, un problema fue encontrar una composición para el electrolito con alta conductividad. Y la segunda tarea importante fue ampliar el rango de temperatura de funcionamiento de las baterías de polímero. Los modelos de baterías de polímero de litio utilizados en la tecnología moderna no son inferiores en sus características al Li-Ion.

Dado que no hay electrolito líquido en una batería de polímero, su seguridad operativa es mucho mayor. Además, se pueden fabricar en casi cualquier forma y configuración.

Los contenedores de algunos modelos, en los que se encuentra la lata, están hechos de polímero metalizado. Debido a la cristalización del electrolito polimérico, los parámetros de estas baterías se reducen significativamente a temperaturas negativas.

Hay desarrollos de baterías de polímero con ánodo metálico. Los científicos lograron lograr una alta densidad de corriente y una expansión significativa del rango de temperatura de funcionamiento. Estos tipos de baterías también se pueden utilizar en varios aparatos electrónicos portátiles y electrodomésticos. Muchas empresas líderes ya se dedican a la producción de tales baterías.

Además, los diferentes fabricantes pueden diferir en los materiales de los electrodos, la composición del electrolito y la tecnología de ensamblaje en sí. Por esta razón, los parámetros de estas baterías también son muy diferentes. Sin embargo, todos los fabricantes coinciden en que la estabilidad del Li─Pol está fuertemente influenciada por la uniformidad del electrolito del polímero. Y depende de la temperatura de polimerización y la proporción de los componentes.

Ahora ya hay muchos experimentos que demuestran un mayor nivel de seguridad de las baterías de polímero en comparación con las iónicas. Esto incluye sobrecarga, sobrecarga, vibración, contracción, cortocircuito y perforación de baterías de polímero de litio. Entonces, este tipo de batería tiene las mejores perspectivas de desarrollo. A continuación se muestran los resultados de las pruebas para el funcionamiento seguro de las baterías Li─Pol.

Tipo de prueba
Tipo de prueba	Batería de electrolito de polímero de gel	Batería con electrolito líquido
Punción con aguja	No hubo cambios	Explosión, humo, fuga de electrolitos, aumento de temperatura hasta 250 ° С
Calentamiento hasta 200 ° С	No hubo cambios	Explosión, fuga de electrolitos
Corriente de cortocircuito	No hubo cambios	Fuga de electrolito, aumento de temperatura en 100 ° С
Recargar (600%)	Hinchazón	Explosión, fuga de electrolitos, aumento de temperatura en 100 ° С

Hay ejemplos de baterías de polímero de litio de 1 milímetro de espesor. Estos modelos permiten a los diseñadores móviles crear hardware muy compacto. Esto abre nuevas posibilidades para reducir el tamaño de los dispositivos electrónicos. Para reducir la resistencia interna de las baterías de Li-Pol, se agrega un electrolito en gel. Las baterías utilizadas en los teléfonos móviles utilizan este tipo de electrolito. Combinan las características de las baterías iónicas y de polímero.

¿Cuál es la diferencia entre las baterías recargables Li─Ion y Li─Pol? Pertenecen y están cerca de sus características eléctricas. Pero los modelos de polímeros usan un electrolito sólido. El componente de gel se introduce en el electrolito para reducir la resistencia interna de la batería y estimular los procesos de intercambio iónico.

En cuanto a su capacidad energética, las baterías de almacenamiento de polímero de litio tienen una capacidad energética específica de 4 a 5 veces más y de 3 a 4 veces más. Ambos tipos pertenecen a. La comparación se hace con ellos, ya que las baterías de litio han reemplazado principalmente a las alcalinas en la electrónica móvil.

Las baterías de Li-Pol tienen una vida útil de 500 a 600 ciclos de carga y descarga (a una corriente de descarga de 2C). Según este indicador, pierden a cadmio (mil ciclos) y corresponden aproximadamente a hidruros metálicos. La tecnología de producción y el diseño se mejoran constantemente y, en el futuro, tal vez, las características mejoren. También vale la pena señalar que en 1-2 años una batería de polímero pierde aproximadamente el 20% de su capacidad. Según este parámetro, corresponden a baterías iónicas.

Cabe señalar que hay 2 categorías principales entre las baterías de polímero para uso comercial. Estos son los regulares y de descarga rápida. Estos últimos también se denominan a menudo alta descarga. La diferencia entre estos grupos es la corriente de descarga máxima permitida. Puede indicarse en valor absoluto o en múltiplos de la capacidad nominal.

Por ejemplo, 3C. Para las baterías de almacenamiento convencionales, la corriente máxima de descarga no es más de 3 - 5C. Los modelos de descarga rápida tienen una corriente de descarga máxima de 8-10C. Las baterías de descarga rápida son aproximadamente un 20 por ciento más pesadas que los modelos estándar. Estas baterías están etiquetadas con HC o HD.

KKM2500 representa un modelo regular con una capacidad de 2500 mAh, y la etiqueta KKM2000HD representa una batería de descarga rápida de 2000 mAh. Los modelos de descarga rápida no se utilizan en electrodomésticos y electrónica de consumo. Las baterías de teléfonos móviles y tabletas no pueden soportar altas corrientes de descarga y, por lo tanto, están equipadas con protección contra dichos modos de funcionamiento.

Las áreas de aplicación de las baterías de polímero de litio se derivan de las tareas que se establecieron durante su desarrollo. Este es un aumento en el tiempo de funcionamiento del dispositivo y una disminución de su peso. Los modelos Li─Pol estándar operan en varios componentes electrónicos con corrientes de bajo consumo. Estos son computadoras portátiles, teléfonos inteligentes, libros electrónicos, tabletas.

Los modelos que proporcionan una descarga rápida también se denominan modelos de "potencia". Se utilizan en aplicaciones donde se requiere un alto consumo de corriente. El campo de aplicación más famoso de las baterías "eléctricas" son los modelos controlados por radio. Este mercado es el más atractivo para los fabricantes de baterías de polímero. En el campo de los dispositivos con corrientes de descarga muy elevadas (hasta 50 C), las baterías de polímero de litio son inferiores a las alcalinas. Quizás en el futuro, los modelos de litio superen esta limitación. En términos de precio, corresponden aproximadamente al hidruro metálico de níquel.

Uso de baterías de polímero de litio

La seguridad

Las baterías de tipo litio en general, y las baterías de polímero en particular, requieren un manejo bastante delicado durante su funcionamiento. Lo que debe recordar al usar baterías Li─Pol:

La carga excesiva de la batería es dañina (más de 4,2 voltios por celda de batería);
No se debe permitir un cortocircuito;
La descarga por corrientes que provoquen un calentamiento de la batería superior a 60 grados Celsius es inadmisible;
Es imposible despresurizar la batería;
No descargue la batería por debajo de 3 voltios;
Calentar por encima de 60 grados es inaceptable;
No se permite el almacenamiento descargado.

El incumplimiento de estas reglas puede provocar un incendio en el peor de los casos y una pérdida significativa de capacidad en el mejor de los casos.

En este sentido, puede dar varias recomendaciones para el uso seguro de baterías de polímero de litio. Primero, debe comprar un cargador de alta calidad y configurarlo correctamente. Además, se recomienda utilizar conectores que no permitan cortocircuitos. Asegúrese de controlar la corriente que consume el dispositivo.

También vale la pena señalar que es necesario observar el régimen de temperatura y evitar el sobrecalentamiento de la batería de polímero. Este es el punto débil de todas las baterías de litio. Si la batería se calienta hasta 70 grados, entonces comienza una reacción espontánea en ella, que convierte la energía en calor. El resultado es ignición y, a veces, explosión. Si es posible controlar el voltaje de la batería, entonces debe monitorearse especialmente de cerca al final de la descarga.

Otra razón del fallo de las baterías de litio es la despresurización. Bajo ninguna circunstancia debe entrar aire en el interior de la batería de polímero. El estuche está inicialmente sellado y no debe someterse a golpes ni caídas. Si está soldando cables, debe hacerlo con mucho cuidado.

Antes de enviar la batería de polímero para su almacenamiento, se recomienda cargarla hasta la mitad. Guarde la batería en un lugar fresco fuera de la luz solar directa. Como todas las baterías recargables, el polímero de litio se autodescarga, pero menos que el plomo o las alcalinas.

El avance constante de la tecnología es beneficioso para muchos aspectos de la vida humana. La necesidad de fuentes de alimentación de alto rendimiento con un buen equilibrio entre seguridad, costo y rendimiento ha llevado al desarrollo de celdas de polímero de litio.

Frenar

¿Qué es la batería de polímero de litio?

Las baterías de polímero de litio son fuentes de alimentación galvánica en las que se utilizan materiales poliméricos saturados con litio como electrolito.

La tecnología de polímero de litio se ha convertido en una nueva etapa en el desarrollo de fuentes de alimentación de iones de litio, lo que ha reducido el costo de su proceso de producción y ha hecho posible la creación de baterías en miniatura y flexibles.

Al comprar y usar dichas baterías, debe comprender las marcas en ellas, que tienen las siguientes características:

la capacidad de la batería se indica en mAh;
el número junto a la letra inglesa S en la marca indica el número de celdas individuales (latas) en la batería, cada una de las cuales tiene un voltaje nominal de 3.7 voltios y un máximo de 4.2 voltios;
el número junto a la letra C indica la salida de corriente máxima en unidades de C. La corriente de descarga máxima en miliamperios por hora es igual a la capacidad de la batería multiplicada por este valor;
el número junto a la letra P indica el número de latas conectadas en paralelo. Cuando se usa una lata, este valor generalmente no se indica.

Así, la designación 2600 mAh 3S 20C denota una batería de polímero de litio con una capacidad de 2600 mAh con un voltaje nominal de 11,1 voltios (máximo 12,6 voltios), con tres bancos conectados en serie y una corriente de descarga admisible de 52 amperios (2600x20 \u003d 52000 mA).

Cómo se fabrican las baterías de polímero de litio

La siguiente tecnología se utiliza en la producción de fuentes de alimentación de polímero de litio:

Se lleva a cabo una aplicación controlada de una suspensión con materiales activos del cátodo y ánodo (dos procesos diferentes) sobre la superficie de una lámina de aluminio o cobre, que actúa como colector de corriente.
La lámina con el material aplicado se seca, se corta en elementos del tamaño y la forma requeridos.
Se está preparando un separador de electrolitos de polímero, que luego se coloca entre capas de láminas con materiales activos del cátodo y el ánodo.
La batería multicapa se ensambla, se sella y se seca.
Cuando se usa un separador de polímeros, que requiere inclusiones de electrolito en gel, se llena con la cantidad requerida de líquido electrolítico.
Se realiza la instalación de las almohadillas de contacto, el embalaje en una carcasa protectora y el recorte de sus partes salientes.
Se instalan terminales de batería externa.
Se realizan pruebas y un ciclo de control de carga / descarga.
Se lleva a cabo el rechazo, clasificación por capacidad y aplicación de designaciones adecuadas.
Si es necesario, se sueldan cables a los terminales de la batería.
Se lleva a cabo el control de calidad, las celdas de la batería se empaquetan en una caja, en la que se aplica el marcado y el embalaje necesarios.

El principio de funcionamiento y el dispositivo de una batería de polímero de litio.

El principio de funcionamiento de las baterías de Li pol se basa en el uso del efecto semiconductor en sustancias poliméricas con inclusiones de iones electrolitos. La adición de un electrolito a los polímeros provoca un aumento de su conductividad iónica manteniendo las propiedades aislantes del plástico con respecto a los electrones.

La fuerza electromotriz contra los iones de litio ocurre como resultado de una reacción química reversible entre un ánodo (más) hecho de carbono (generalmente grafito) y un cátodo (menos) hecho de cobalto, óxido de vanadio o manganeso, colocado en un electrolito polimérico con sales de litio.

Hay tres tipos de electrolitos poliméricos:

Los electrolitos poliméricos completamente secos, que son plásticos con la adición de sales de litio, dan una corriente baja a temperatura ambiente, insuficiente para la mayoría de los dispositivos modernos y son más caras que las baterías de iones de litio convencionales.
Los electrolitos poliméricos en gel, que son electrolitos poliméricos secos intercalados con plastificantes-disolventes, tienen valores aceptables de capacitancia, corriente y coste y se utilizan con mayor frecuencia en la práctica.
Soluciones no acuosas de sales de litio, distribuidas en una matriz de polímero microporoso por absorción.

Las baterías Li Po vendidas masivamente son en realidad híbridos que combinan no solo un electrolito de polímero seco puro, sino también una pequeña cantidad de electrolito en gel, que también está contenido en fuentes de iones de litio.

La adición de inclusiones de electrolito en gel a un electrolito de polímero sólido aumenta su conductividad iónica y sus características eléctricas, en particular, la corriente de operación aumenta al valor requerido para la mayoría de los dispositivos modernos de pequeño tamaño.

Batería de polímero de litio: pros y contras

Las fuentes de alimentación de polímero de litio tienen las siguientes ventajas:

alta densidad de energía en relación con su masa, 4-5 veces mayor que la de las baterías de níquel-cadmio y 3-4 veces mayor que la de las fuentes de alimentación de níquel-hidruro metálico;
baja corriente de autodescarga y alta eficiencia actual;
la capacidad de crear productos flexibles y muy delgados;
falta de efecto memoria;
mantener el voltaje dentro de los límites aceptables durante una descarga de trabajo;
una amplia gama de temperaturas permitidas durante el funcionamiento (de -20 a +40 grados).

Las baterías de polímero de litio tienen algunas desventajas:

peligro de incendio en caso de sobrecarga / sobrecalentamiento. Estas baterías requieren el uso de dispositivos electrónicos de protección que controlan la corriente y la temperatura de carga, y un algoritmo de carga especial;
efecto de envejecimiento, que conduce a una disminución de la capacidad durante el almacenamiento y el funcionamiento a largo plazo (se cree que la batería pierde hasta un 20% de su capacidad cada año);
falla con descarga profunda (por debajo de 3 voltios);
miedo a sobrecalentarse por encima de 60 grados y sobrecargarse por encima de 4,2 voltios (es posible que se produzca una explosión a un voltaje superior a 4,5 voltios)
el uso de una carcasa delgada (generalmente en forma de papel de aluminio) en algunas de estas baterías reduce el costo de las celdas de Li Pol, pero al mismo tiempo reduce su resistencia.

¿Dónde se utilizan las baterías de Li Pol?

Debido a su bajo peso y alta potencia, este tipo de fuente de alimentación se usa ampliamente para suministrar energía a dispositivos pequeños y grandes, que incluyen:

teléfonos móviles y teléfonos inteligentes;
modelos radiocontrolados, cuadricópteros, microaviones;
herramienta eléctrica;
tecnología digital, ultrabooks;
vehículos eléctricos.

Reglas para el uso de baterías Li Pol

Para garantizar el nivel de seguridad requerido y prolongar la vida útil de las baterías útiles, debe cumplir con las siguientes reglas:

en presencia de daños, hinchazón de las baterías, no se pueden utilizar, sino que se deben desechar;
las baterías deben cargarse con un cargador de calidad bajo supervisión, que no permita que la batería se sobrecaliente. Si durante la carga hay olor a quemado, hinchazón, inflamación, debe detenerlo inmediatamente y desconectar la batería del cargador;
es mejor cargar sobre una superficie incombustible, por ejemplo, sobre una baldosa cerámica o placa de porcelana; después de cargar completamente la fuente de alimentación, es mejor dejar que se enfríe y solo entonces comenzar a usarla;
no deben permitirse descargas por debajo de 3 voltios, sobrecalentamiento o hipotermia, que reducen la capacidad y el número total de ciclos de carga-descarga;
se logra la vida útil más larga de las celdas LiPo manteniendo su nivel de carga al 45%;
los cargadores Sony proporcionan el mejor modo de carga para las baterías LiPo durante unas tres horas. Se desarrolla en tres etapas:
- Primero, durante aproximadamente una hora, se carga hasta un 70% con una corriente constante de 0.5-1 desde la salida de corriente de la batería a un voltaje de 4.2 voltios;
- Recarga durante 1 hora al 90% con un voltaje de no más de 4,2 voltios con una corriente que disminuye gradualmente (hasta aproximadamente 0,2 de la salida de corriente);
- En la tercera etapa, se recarga durante una hora hasta el 100% con una pequeña corriente que disminuye constantemente.

Los cargadores baratos se quedan sin carga en la primera etapa, cuando el voltaje alcanza los 4,2 v, por lo que la batería no alcanza su capacidad total.

evite golpes en la batería, cortocircuitos o descargas con corrientes muy altas, sobrecargas superiores a 4,2 voltios por celda de la batería compuesta; todas estas razones pueden provocar un incendio;
si se utilizan baterías compuestas de varias celdas de Li Pol, entonces es mejor cargarlas por separado o usar una carga de compensación especial con equilibrio para cada celda. El principio de funcionamiento de dicho dispositivo es detener la carga de elementos individuales cuando alcanzan un voltaje de aproximadamente 4,17 voltios;
antes de poner en servicio baterías nuevas, es mejor calibrarlas cargándolas completamente y descargándolas dos veces.

En algunas baterías de Li Pol, con una descarga por debajo de 2,5 voltios, es posible la metalización del litio, lo que conduce a la creación de puentes conductores dentro de la batería y un cortocircuito. Cuando se carga una batería de este tipo, se produce un calentamiento incontrolado que puede provocar una explosión de dicha fuente de energía. Por lo tanto, es mejor no usar baterías en las que el voltaje haya caído por debajo del nivel crítico de 3 voltios, y cuando el voltaje caiga a 2.5 voltios o menos, deben desecharse.

Cómo almacenar baterías de polímero de litio

Es recomendable almacenar las baterías LiPo cargadas en estuches protectores a temperatura ambiente cuando se cargan a 3.6-3.8 voltios.

Antes de almacenar las celdas LiPo, se recomienda cargarlas hasta un 40-50%, desconectarlas de los dispositivos que alimentan y periódicamente, al menos una vez cada seis meses, verificar el nivel de carga.

Eliminación de baterías de polímero de litio

La eliminación de las fuentes de alimentación LiPo es de especial relevancia debido a su alto riesgo de incendio. Son menos tóxicas que las baterías de níquel-cadmio, pero aún contienen sustancias nocivas para el medio ambiente.

Para desechar de forma completa y segura las baterías de polímero de litio, se deben cumplir los siguientes requisitos:

la eliminación de las baterías descargadas se realiza en recipientes de plástico con una solución de agua y sal (aproximadamente medio vaso de sal por 1 litro de agua) durante aproximadamente 2 semanas (hasta que cese la formación de gas) en una zona no residencial. Luego, pueden desecharse con los desechos habituales;
antes de desechar, las baterías deben descargarse al menos a un voltio (esto se puede hacer con una bombilla como carga);
si la caja de la batería está dañada, no es necesario descargarla, pero es necesario desecharla en una solución de agua y sal;
si la descarga se realiza con una corriente superior a la permitida, asociada al valor de la salida de corriente máxima C, entonces la batería debe estar en un balde de arena o en otro lugar con protección contra el fuego;
no se permite la destrucción mecánica de baterías sin tratar en solución salina, por lo que puede producirse un incendio. Las células con cátodo de cobalto son especialmente peligrosas a este respecto.

El creciente interés de los consumidores por los dispositivos móviles y la tecnología portátil de alta tecnología en general obliga a los fabricantes a mejorar sus productos de diversas formas. Al mismo tiempo, hay una serie de parámetros comunes, cuyo trabajo se lleva a cabo en la misma dirección. Estos incluyen el método de suministro de energía. Hace apenas unos años, los participantes activos del mercado pudieron observar el proceso de desplazamiento de NiMH por elementos más avanzados de origen níquel-hidruro metálico. Hoy en día, las nuevas generaciones de baterías compiten entre sí. La tecnología de iones de litio generalizada está reemplazando con éxito la batería de polímero de litio en algunos segmentos. La diferencia con el iónico en la nueva unidad no es tan notable para un usuario común, pero en algunos aspectos es significativa. Al mismo tiempo, como en el caso de la competencia entre elementos de NiCd y NiMH, la tecnología de reemplazo está lejos de ser perfecta y en algunos aspectos es inferior a su análogo.

Dispositivo de batería de iones de litio

Los primeros modelos de baterías de litio en serie comenzaron a aparecer a principios de la década de 1990. Sin embargo, luego se utilizaron cobalto y manganeso como electrolito activo. En los modernos, no es tanto la sustancia lo que importa, sino la configuración de su ubicación en el bloque. Tales baterías constan de electrodos que están separados por un separador de poros. La masa del separador, a su vez, está impregnada con el electrolito. En cuanto a los electrodos, están representados por una base de cátodo sobre una lámina de aluminio y un ánodo de cobre. Dentro del bloque, están interconectados por terminales colectores de corriente. La carga de servicio realiza una carga positiva en el ion de litio. Este material es ventajoso porque tiene la capacidad de penetrar fácilmente en las redes cristalinas de otras sustancias, formando enlaces químicos. Sin embargo, las cualidades positivas de tales baterías son cada vez menos suficientes para las tareas modernas, lo que llevó a la aparición de las células Li-pol, que tienen muchas características. En general, vale la pena señalar la similitud de las fuentes de alimentación de iones de litio con las baterías de helio de tamaño completo para automóviles. En ambos casos, las baterías están diseñadas teniendo en cuenta la usabilidad física. En parte, esta dirección de desarrollo fue continuada por elementos poliméricos.

Dispositivo de batería de polímero de litio

El impulso para mejorar las baterías de litio fue la necesidad de combatir dos deficiencias de las baterías de iones de litio existentes. En primer lugar, son inseguros de operar y, en segundo lugar, son bastante caros en términos de precio. Los tecnólogos decidieron deshacerse de estas desventajas cambiando el electrolito. Como resultado, el separador poroso impregnado fue reemplazado por un electrolito polimérico. Cabe señalar que el polímero se utilizó anteriormente en ingeniería eléctrica como una película de plástico que conduce la corriente. En una batería moderna, el grosor de la celda de Li-pol alcanza 1 mm, lo que también elimina las restricciones sobre el uso de varias formas y tamaños por parte de los desarrolladores. Pero lo principal es que no hay electrolito líquido, lo que elimina el riesgo de ignición. Ahora vale la pena observar más de cerca las diferencias con las celdas de iones de litio.

¿Cuál es la principal diferencia con una batería iónica?

La diferencia fundamental radica en el rechazo de helio y electrolitos líquidos. Para una comprensión más completa de esta diferencia, vale la pena consultar los modelos modernos de baterías de automóviles. La necesidad de reemplazar el electrolito líquido fue impulsada, nuevamente, por preocupaciones de seguridad. Pero si en el caso de las baterías de automóvil, el progreso se detuvo en los mismos electrolitos porosos con impregnación, entonces los modelos de litio recibieron una base sólida en toda regla. ¿Qué tiene de bueno una batería de polímero de litio de estado sólido? La diferencia con la iónica es que la sustancia activa en forma de placa en la zona de contacto con el litio evita la formación de dendritas durante el ciclo. Este factor excluye la posibilidad de explosiones e incendios de dichas baterías. Esto se trata solo de los méritos, pero también hay debilidades en las baterías nuevas.

Duración de la batería de polímero de litio

En promedio, estas baterías pueden soportar entre 800 y 900 ciclos de carga. Este indicador es modesto en el contexto de los análogos modernos, pero incluso este factor no puede considerarse como un recurso de elemento determinante. El hecho es que tales baterías están sujetas a un envejecimiento intenso, independientemente de la naturaleza de su funcionamiento. Es decir, incluso si la batería no se usa en absoluto, su recurso se reducirá. No importa si es una batería de iones de litio o una celda de polímero de litio. Todas las fuentes de alimentación a base de litio se caracterizan por este proceso. Se puede notar una pérdida significativa de volumen dentro de un año después de la adquisición. Después de 2-3 años, algunas baterías fallan por completo. Pero mucho depende del fabricante, ya que dentro del segmento también existen diferencias en la calidad de la batería. Problemas similares son inherentes a las células de NiMH, que envejecen cuando se exponen a fluctuaciones bruscas de temperatura.

desventajas

Además de los problemas de envejecimiento rápido, estas baterías necesitan sistemas de protección adicionales. Esto se debe al hecho de que el estrés interno en diferentes áreas puede provocar agotamiento. Por lo tanto, se utiliza un circuito de estabilización especial para evitar el sobrecalentamiento y la sobrecarga. Este sistema también tiene otras desventajas. El principal es la limitación actual. Pero, por otro lado, los circuitos de protección adicionales hacen que la batería de polímero de litio sea más segura. También se produce la diferencia con el iónico en términos de coste. Las baterías de polímero son más baratas, pero no mucho. Su precio también está aumentando debido a la introducción de circuitos de protección electrónicos.

Características operativas de las modificaciones de gel

Para aumentar la conductividad eléctrica, el técnico aún agrega un electrolito en forma de gel a los elementos poliméricos. No se habla de una transición completa a tales sustancias, ya que esto contradice el concepto de esta tecnología. Pero en la tecnología portátil, a menudo se utilizan baterías híbridas. Su peculiaridad radica en su sensibilidad a la temperatura. Los fabricantes recomiendan utilizar estos modelos de batería en un entorno entre 60 ° C y 100 ° C. Este requisito también definió un nicho especial de aplicación. Los modelos de gel solo se pueden usar en climas cálidos, sin mencionar la necesidad de sumergirse en un estuche con aislamiento térmico. Sin embargo, la cuestión de qué batería elegir, Li-pol o Li-ion, no es tan grave en las empresas. Cuando la temperatura es particularmente importante, a menudo se utilizan soluciones combinadas. En tales casos, los elementos poliméricos se utilizan generalmente como respaldo.

Método de carga óptimo

El tiempo de recarga típico para las baterías de litio es de 3 horas en promedio, además, la unidad permanece fría durante la carga. El llenado se realiza en dos etapas. Al principio, la tensión alcanza sus valores máximos, y este modo se mantiene hasta el 70%. El 30% restante se contrata ya en condiciones normales de estrés. Otra pregunta también es interesante: ¿cómo cargar una batería de polímero de litio si necesita mantener su volumen completo en un modo constante? En este caso, se debe seguir el programa de carga. Se recomienda realizar este procedimiento aproximadamente cada 500 horas de funcionamiento con una descarga completa.

Precauciones

Durante el funcionamiento, debe usar solo un cargador de las características adecuadas, conectándolo a una red con un voltaje estable. También es necesario comprobar el estado de los conectores para que la batería no se abra. Es importante considerar que, a pesar del alto grado de seguridad, sigue siendo un tipo de batería sensible a las sobrecargas. La celda de polímero de litio no tolera sobrecorrientes, enfriamiento excesivo del entorno externo y golpes mecánicos. Sin embargo, según todos estos indicadores, los bloques de polímeros siguen siendo más fiables que los de iones de litio. Aún así, el aspecto principal de la seguridad es la inocuidad de las fuentes de alimentación de estado sólido, siempre que, por supuesto, se mantengan selladas.

¿Qué batería es mejor: Li-pol o Li-ion?

Este problema está determinado en gran medida por las condiciones de funcionamiento y el objetivo del suministro de energía. Las principales ventajas de los dispositivos de polímero son bastante tangibles para los propios fabricantes, que pueden utilizar las nuevas tecnologías con mayor libertad. La diferencia será sutil para el usuario. Por ejemplo, en la cuestión de cómo cargar una batería de polímero de litio, el propietario deberá prestar más atención a la calidad de la fuente de alimentación. En términos de tiempo de carga, estos son elementos idénticos. En cuanto a la durabilidad, la situación en este parámetro también es ambigua. El efecto de envejecimiento es más característico de los elementos poliméricos, pero la práctica muestra diferentes ejemplos. Por ejemplo, hay revisiones de celdas de iones de litio que se vuelven inutilizables después de un año de uso. Y el polímero en algunos dispositivos funciona durante 6-7 años.

Conclusión

En torno a las baterías, todavía existen muchos mitos y juicios falsos que se relacionan con diversos matices de funcionamiento. Por el contrario, los fabricantes silencian algunas de las características de las baterías. En cuanto a los mitos, uno de ellos refuta la batería de polímero de litio. La diferencia con el análogo iónico es que los modelos de polímeros experimentan menos estrés interno. Por esta razón, las sesiones de carga que aún no han agotado las baterías no afectan negativamente el rendimiento de los electrodos. Si hablamos de los hechos ocultos por los fabricantes, uno de ellos se refiere a la durabilidad. Como ya se mencionó, la duración de la batería se caracteriza no solo por una modesta tasa de ciclos de carga, sino también por la inevitable pérdida del volumen útil de la batería.