¿Qué son las pilas de alta capacidad?

1.¿Qué son las pilas de alta capacidad?

Baterías de alta capacidad se refieren generalmente a las baterías de litio. Las baterías de iones de litio son un tipo de batería recargable de alta velocidad que depende del movimiento de iones de litio entre los electrodos positivo y negativo para funcionar. Durante el proceso de carga y descarga, los iones Li+ van y vienen entre los dos electrodos: durante la carga, los iones Li+ se desintercalan del electrodo positivo y se intercalan en el negativo a través del electrolito, poniendo el electrodo negativo en un estado rico en litio; durante la descarga, ocurre lo contrario. Las baterías suelen utilizar materiales que contienen elementos de litio como electrodos y representan el epítome de las baterías modernas de alto rendimiento.

2.Introducción a las pilas de alta capacidad

Las baterías de litio se dividen en baterías de alta capacidad y baterías de iones de litio. Actualmente, lo que la gente suele denominar baterías de alta capacidad en teléfonos móviles y ordenadores portátiles son baterías de iones de litio. Las verdaderas baterías de alta capacidad rara vez se utilizan en productos electrónicos de uso diario debido a su alto riesgo.

3.Eficacia del funcionamiento con batería de alta capacidad

Baterías de iones de litio tienen una alta densidad energética y una tensión de salida uniforme. Presentan una baja autodescarga, ya que las baterías buenas pierden menos de 2% de su carga al mes (recuperable). No presentan efectos de memoria. Funcionan en un amplio rango de temperaturas de -20°C a 60°C. Las baterías de iones de litio tienen un rendimiento cíclico superior, pueden cargarse y descargarse rápidamente, alcanzan una eficiencia de carga de hasta 100% y ofrecen una alta potencia de salida. También tienen una larga vida útil. Son respetuosas con el medio ambiente, no contienen sustancias tóxicas y se las conoce como baterías ecológicas.

4.Carga de baterías de alta capacidad

La carga es un paso importante en el uso repetido de las baterías. El proceso de carga de las baterías de iones de litio se divide en dos etapas: la etapa de carga rápida a corriente constante y la etapa de disminución de corriente a tensión constante. En la etapa de carga rápida a corriente constante, el voltaje de la batería aumenta gradualmente hasta alcanzar el voltaje de escala de la batería y, a continuación, pasa a la etapa de voltaje constante bajo el control del chip, en la que el voltaje ya no aumenta para garantizar que no se produzca una sobrecarga. Mientras tanto, la corriente disminuye gradualmente con el aumento de la capacidad de la batería hasta que alcanza el valor establecido, completando finalmente el proceso de carga. La capacidad de la batería puede calcularse tomando muestras de la curva de descarga mediante un chip de monitorización de baterías. Después de varios usos, la curva de descarga de las baterías de iones de litio puede cambiar. Aunque las baterías de iones de litio no presentan efectos de memoria, una carga y descarga inadecuadas pueden afectar significativamente a su rendimiento.

5.Consideraciones para baterías de alta capacidad

La sobrecarga y la sobredescarga de las baterías de iones de litio pueden causar daños permanentes en los electrodos positivo y negativo. Una descarga excesiva provoca el colapso de la estructura de la capa de carbono del electrodo negativo, lo que provoca que los iones de litio no puedan intercalarse durante la carga; una carga excesiva provoca que un exceso de iones de litio se incruste en la estructura de carbono del electrodo negativo, lo que provoca que algunos iones de litio no puedan liberarse. La capacidad de carga es el producto de la corriente de carga y el tiempo de carga. Bajo un determinado voltaje de control de carga, cuanto mayor sea la corriente de carga (cuanto más rápida sea la velocidad de carga), menor será la capacidad de carga. Una carga demasiado rápida y un control inadecuado de la tensión de terminación también pueden dar lugar a una capacidad insuficiente de la batería. Esto ocurre cuando algunos materiales activos del electrodo no experimentan suficientes reacciones antes de que se detenga la carga, y este fenómeno de carga insuficiente empeora con el aumento del número de ciclos.

6.Descarga de baterías de alta capacidad

Para la carga y descarga iniciales, si el tiempo lo permite (generalmente 3-4 horas son suficientes), se pueden llevar los electrodos al estado de oxidación más alto posible (completamente cargados), y durante la descarga (o uso), se descargan hasta el voltaje especificado o hasta que se produzca la desconexión automática. Esto puede activar la capacidad de uso de la batería. Sin embargo, en el uso normal de las baterías de iones de litio, estas operaciones no son necesarias. La carga puede realizarse en función de las necesidades en cualquier momento, y no es necesario cargar o descargar completamente la batería. Tales operaciones como la carga y descarga iniciales sólo deben realizarse una vez cada 3-4 meses.

7.Tecnología para baterías de alta capacidad

En los vehículos eléctricos e híbridos, el núcleo de la tecnología reside en la batería. Comparadas con otros tipos de baterías, las de iones de litio tienen el inconveniente de su elevado precio y su escasa seguridad, pero presentan importantes ventajas, como su elevada energía específica y su larga vida útil, lo que les confiere mayores perspectivas de desarrollo. El desarrollo tecnológico de las baterías de iones de litio también avanza rápidamente, con mejoras en su capacidad y estructura. Los expertos en la materia han afirmado que, independientemente de la ruta tecnológica elegida por los fabricantes de baterías, ésta debe cumplir con una alta seguridad, un amplio rango de temperaturas, una fuerte funcionalidad de carga y descarga, y un buen rendimiento de tasa de descarga.

El tamaño de la capacidad de la batería tiene que ver con la tecnología y el coste. Las baterías de iones de litio pueden dividirse en pequeñas y grandes según su volumen. Las baterías pequeñas suelen utilizarse en productos electrónicos 3C, y las tecnologías e industrias relacionadas han alcanzado una gran madurez, con unos beneficios globales en descenso. En la actualidad, más del 85% de los productos de baterías de iones de litio son baterías pequeñas.

Las baterías grandes, también conocidas como baterías de potencia, también son de dos tipos: baterías de potencia pequeñas y baterías de potencia grandes. Las primeras se utilizan principalmente en herramientas eléctricas, bicicletas eléctricas, etc., mientras que las segundas se emplean en vehículos eléctricos y campos de almacenamiento de energía. En la actualidad, los vehículos eléctricos puros (EV), los vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) y los vehículos eléctricos híbridos (HEV) están experimentando un rápido desarrollo y están recibiendo una gran atención por parte de la industria. Como núcleo de la futura industria automovilística, el desarrollo de la industria de baterías de iones de litio ha recibido una atención sin precedentes y ha sido elevado a nivel estratégico por los principales países. Yang Rukun, Presidente de Shenzhen Jiyang Automation Technology Co., Ltd., afirmó que las baterías pequeñas no pueden compararse con las grandes en términos de rentabilidad del producto o escala de desarrollo. Aunque la industria de las baterías de iones de litio es todavía pequeña, la producción masiva de vehículos eléctricos ha brindado importantes oportunidades de desarrollo a la industria de las baterías de iones de litio. Según cálculos de prestigiosas instituciones del sector, en los próximos años el mercado de baterías de iones de litio superará al de baterías de iones de litio para teléfonos móviles, lo que desencadenará una nueva ronda de inversiones en equipos y fábricas. Al mismo tiempo, la entrada de grandes fabricantes en la industria de las baterías de iones de litio intensificará la competencia tecnológica en los campos relacionados.

En la actualidad, la adopción de una única solución tecnológica de baterías de gran capacidad o de una solución tecnológica paralela de baterías de pequeña capacidad ha sido un tema polémico en el sector. Sin embargo, la clave de qué ruta tecnológica adoptar depende de los resultados del pack de baterías, y de si es competitivo en términos de volumen, peso, calidad del producto, rendimiento, precio y comodidad de instalación.

8.Papel de aluminio recubierto de carbono para pilas de alta capacidad

(1) Descripción del material

El papel de aluminio recubierto de carbono se fabrica aplicando una lechada compuesta principalmente de carbono conductor y papel de aluminio electrónico de gran pureza mediante un proceso de recubrimiento por transferencia.

(2) Ámbito de aplicación

Baterías de litio con materiales activos de partículas finas
Electrodos positivos compuestos de fosfato de hierro y litio
Electrodos positivos compuestos de finas partículas de óxido de manganeso ternario/litio
Se utiliza como alternativa al papel de aluminio grabado en supercondensadores y baterías primarias de litio (litio, litio manganeso, litio hierro, pilas botón, etc.)

(3) Efectos sobre el rendimiento de la batería/capacitor:

Suprime la polarización de la batería, reduce la generación de calor y mejora el rendimiento de la tasa;
Reduce la resistencia interna de la batería y disminuye significativamente el aumento de la resistencia dinámica durante los ciclos;
Mejora la consistencia y aumenta la vida útil de la batería;
Mejora la adherencia entre los materiales activos y los colectores de corriente, reduciendo el coste de fabricación de los electrodos;
Protege los colectores de corriente de la corrosión por el electrolito;
Mejora el rendimiento a altas y bajas temperaturas de las baterías de litio hierro fosfato y mejora el rendimiento de procesamiento de los materiales de litio hierro fosfato y litio óxido de titanio.

(4) Parámetros recomendados:

El material activo recubierto correspondiente D50 no debe exceder preferiblemente de 4-5 μm, la densidad compactada no debe exceder de 2,25 g/cm³, y la superficie específica debe estar dentro del rango de 13-18 m²/g.

(5) Precauciones de uso:

a. Requisitos de almacenamiento: Almacenar en un ambiente con temperatura de 25±5°C y humedad no superior a 50%. Durante el transporte, evite la exposición al aire y al vapor de agua que puedan corroer el papel de aluminio.
b. Este producto está disponible en dos versiones, A y B, cada una con sus características clave: La versión A tiene un aspecto negro, con un grosor de revestimiento típico de 4-8 μm en ambas caras, exhibiendo una mejor conductividad. La versión B tiene un aspecto gris claro, con un grosor de revestimiento típico de 2-3 μm en ambas caras. El área de revestimiento se puede soldar con menos capas, y la máquina de revestimiento puede identificar huecos de puente.
c. La versión B (gris) de la lámina de aluminio al carbono revestida puede soldarse directamente por ultrasonidos en la zona de revestimiento, lo que resulta adecuado únicamente para enrollar lengüetas de soldadura de baterías (hasta 2-3 capas de lengüetas). Sin embargo, puede ser necesario realizar ajustes en la potencia y el tiempo de ultrasonidos.
d. La conductividad térmica de la capa de carbono es ligeramente inferior a la del papel de aluminio, por lo que es necesario ajustar la velocidad de la cinta y la temperatura de cocción durante el recubrimiento.
e. Este producto mejora significativamente el rendimiento general de las baterías y condensadores de litio. Sin embargo, no debe considerarse el factor principal para modificar determinados aspectos del rendimiento de las baterías, como la densidad energética, el rendimiento a altas y bajas temperaturas, la alta tensión, etc.