Baterías de polímero de litio

El desarrollo constante de la tecnología afecta favorablemente muchos aspectos de la vida de las personas. La necesidad de tener fuentes de energía de alto rendimiento con un buen equilibrio de seguridad, costo y rendimiento ha llevado a la creación de elementos de polímero de litio.

¿Qué es una batería de polímero de litio?

Las baterías de polímero de litio son fuentes de energía galvánica que utilizan materiales poliméricos saturados de litio como electrolito.

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

Al comprar y usar dichas baterías, debe comprender las marcas que se les aplican, que tiene las siguientes características:

• la capacidad de la batería se indica en mAh;
• el número al lado de la letra S en inglés en la marca indica el número de elementos individuales (latas) en la batería, cada uno de los cuales tiene un voltaje nominal de 3.7 voltios y un máximo de 4.2 voltios;
• el número al lado de 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 al lado de la letra P indica el número de latas conectadas en paralelo. Cuando se usa una lata, este valor generalmente no se indica.

Por lo tanto, la designación 2600 mAh 3S 20C denota una batería de polímero de litio 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 permisible de 52 amperios (2600x20 = 52000 mA).

¿Cómo es la producción de baterías de polímero de litio?

En la fabricación de fuentes de alimentación de polímero de litio, esta tecnología se utiliza:

1. La suspensión se aplica de manera controlada con los materiales activos del cátodo y el ánodo (dos procesos diferentes) en la superficie de la lámina de aluminio o cobre, que actúa como un colector de corriente.
2. La lámina con el material aplicado se seca, se corta en elementos del tamaño y forma requeridos.
3. Se lleva a cabo la preparación de un separador de electrolitos poliméricos, que luego se coloca entre las capas de papel de aluminio con los materiales activos del cátodo y el ánodo.
4. La batería multicapa se está ensamblando, sellando y secando.
5. Cuando se usa un separador de polímeros que requiere inclusiones de electrolito en gel, se llena con la cantidad correcta de electrolito líquido.
6. La instalación de almohadillas de contacto, el embalaje en una carcasa protectora y el recorte de sus partes sobresalientes.
7. Se instalan terminales de batería externa.
8. Se realiza un ciclo de control de carga / descarga y pruebas.
9. Se lleva a cabo el sacrificio, la clasificación por capacidad y el dibujo de las designaciones apropiadas.
10. Si es necesario, los cables se sueldan a los terminales de la batería.
11. El control de calidad se lleva a cabo, el embalaje de las celdas de la batería en la carcasa, en el que se aplican las marcas y el embalaje necesarios.

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

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

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

Hay tres tipos de electrolitos poliméricos:

1. Los electrolitos poliméricos completamente secos, que son de plástico 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 caros que las baterías de iones de litio ordinarias.
2. Los electrolitos poliméricos tipo gel, que son electrolitos poliméricos secos intercalados con plastificantes-solventes, tienen indicadores aceptables de capacidad, resistencia actual y costo, y se usan con mayor frecuencia en la práctica.
3. Soluciones no acuosas de sales de litio distribuidas en una matriz polimérica microporosa por absorción.

Las baterías Li Po de venta masiva son en realidad híbridos que combinan no solo electrolito de polímero seco puro, sino también una pequeña cantidad de electrolito en gel, que también contiene fuentes de iones de litio.

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

Batería de polímero de litio: ventajas y desventajas

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 energía de hidruro de níquel-metal;
• baja corriente de autodescarga y alta eficiencia de corriente;
• 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 monitorean la corriente y la temperatura de carga, así como un algoritmo de carga especial;
• el efecto de envejecimiento, que conduce a una disminución de la capacidad durante el almacenamiento y la operación a largo plazo (se cree que la batería pierde hasta el 20% de la capacidad por año);
• falla durante la descarga profunda (por debajo de 3 voltios);
• miedo a sobrecalentarse por encima de 60 grados y sobrecargar por encima de 4.2 voltios (con un voltaje superior a 4.5 voltios, es posible una explosión);
• El uso de una cubierta 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 usan las baterías Li Pol?

Debido a su peso ligero y alta potencia, este tipo de fuente de alimentación se utiliza ampliamente para proporcionar energía a dispositivos de pequeño y gran tamaño, que incluyen:

• teléfonos móviles y teléfonos inteligentes;
• modelos controlados por radio, cuadricópteros, microaviones;
• herramienta eléctrica;
• tecnología digital, ultrabooks;
• Autos eléctricos.

Pautas de uso de la batería Li Pol

Para garantizar el nivel de seguridad necesario y extender la vida útil de las baterías saludables, debe cumplir con las siguientes reglas:

1. en presencia de daños, hinchazón de las baterías, no se pueden usar, pero se deben desechar;
2. Las baterías deben cargarse con un cargador de calidad bajo supervisión, evitando el sobrecalentamiento de la batería. Si durante la carga hay un olor a quemado, hinchazón, ignición, debe detenerlo inmediatamente y desconectar la batería del cargador;
3. es mejor cargar en una superficie no combustible, por ejemplo, en una placa de cerámica o porcelana, después de cargar completamente la fuente de alimentación, es mejor dejarla enfriar y solo luego comenzar a usarla;
4. no debe permitirse una descarga por debajo de 3 voltios, sobrecalentamiento o sobreenfriamiento, que reduzca la capacidad y el número total de ciclos de carga-descarga;
5. La mayor vida útil de las células LiPo se logra manteniendo su nivel de carga al 45%;
6. El mejor modo de carga para las baterías LiPo lo proporcionan los cargadores Sony durante aproximadamente tres horas. Se lleva a cabo en tres etapas:
   • Primero, durante aproximadamente una hora, la carga se realiza hasta un 70% con corriente continua de 0.5-1 desde la salida de corriente de la batería a un voltaje de 4.2 voltios;
   • Recarga con una duración de 1 hora a 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, la carga se realiza durante una hora al 100% con una pequeña corriente en constante disminución.

Los cargadores baratos finalizan la carga en la primera etapa, al alcanzar un voltaje de 4.2 v, por lo que la batería no alcanza su capacidad total.

• Evite descargas eléctricas en la batería, cortocircuitos o descargas con corrientes muy altas, sobrecargando por encima de 4.2 voltios por componente de batería de la celda; todo esto provoca un incendio;
• Si se usan baterías compuestas de varias celdas de Li Pol, es mejor cargarlas por separado o usar una carga de compensación especial con balanceo 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 funcionamiento las baterías nuevas, es mejor calibrarlas con doble carga y descarga completas.

En algunas baterías Li Pol, una descarga inferior a 2.5 voltios puede conducir a la metalización del litio, lo que conduce a la creación de puentes conductores dentro de la batería y cortocircuito. Al cargar dicha batería, se produce un calentamiento incontrolado, que puede provocar la explosión de dicha fuente de energía. Por lo tanto, es mejor no usar las baterías en las que el voltaje ha caído por debajo de un nivel crítico de 3 voltios, y si el voltaje cae a 2.5 voltios o menos, deben desecharse.

Cómo almacenar baterías de polímero de litio

Es deseable almacenar baterías LiPo cargadas en estuches protectores a temperatura ambiente mientras se carga a un nivel de 3.6-3.8 voltios.

Antes de almacenar celdas LiPo, se recomienda cargarlas hasta un 40-50%, desconectarse 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 de LiPo es de particular relevancia debido a su alto riesgo de incendio. Son menos tóxicos que las baterías de níquel-cadmio, pero aún contienen sustancias que son perjudiciales para el medio ambiente.

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

• Las baterías descargadas se desechan en recipientes de plástico con solución salina de agua (aproximadamente medio vaso de sal por 1 litro de agua) durante aproximadamente 2 semanas (hasta que se detenga la producción de gas) en un edificio no residencial. Después de eso, se pueden tirar con la basura ordinaria;
• Antes de desecharlas, las baterías deben descargarse al menos a un voltio (esto se puede hacer con una bombilla como carga);
• Si la carcasa de la batería está dañada, no es necesario descargarla, pero debe desecharse en una solución de agua y sal;
• si la descarga se produce por una corriente más que permisible, conectada con el valor de la salida de corriente máxima C, entonces la batería debe estar en un cubo de arena o en otro lugar con protección contra incendios;
• La destrucción mecánica de baterías no procesadas en solución salina no está permitida, lo que podría provocar un incendio. Especialmente peligrosos a este respecto son las baterías con un cátodo de cobalto.