Células e produtos químicos de bateria de íon de lítio: o guia definitivo

Quando falamos sobre a base das baterias, o único nome que vem à mente é nada menos que uma célula de íons de lítio. Do uso em aplicações práticas ao uso em aplicações específicas, células de bateria de íon de lítio sempre foram a prioridade.

Embora também existam outras opções de bateria eficientes, as células de lítio são consideradas as mais capazes do mercado. Seja para fornecer energia ou usá-la em veículos elétricos, as células de bateria de íons de lítio tiveram um desempenho brilhante em todos os campos.

No entanto, uma célula de lítio não é uma bateria autônoma. Diferentes outras conexões e montagens conectam e formam uma bateria de lítio. Quais são essas químicas? Vamos dar uma olhada profunda abaixo.

Formatos de Células de Íons de Lítio

A bateria de lítio, muitas vezes conhecida como a montagem de diferentes componentes, contém células individuais. Essas células se unem em série ou em paralelo. Além disso, o desempenho geral das células de lítio também depende desses conjuntos de células individuais.

Portanto, as baterias de lítio vêm em tipos de baterias primárias e secundárias que determinam seu desempenho e eficiência. Não apenas isso, mas o tamanho, material, peso, potência e tensão da célula também são medidos nessas células de bateria individuais. Vamos dar uma olhada nos formatos das células de íons de lítio em detalhes.

Tipos de células de bateria de íon de lítio

Células de lítio cilíndricas

Com potência e capacidade de tensão diferente, células cilíndricas de lítio chegaram ao mercado. Eles são como as células de bateria tradicionais e são o formato mais comum de uma bateria. O comprimento e a largura variam de acordo com o tamanho da bateria.

Por exemplo, uma bateria de lítio menor usará células cilíndricas contendo menor capacidade de tensão e potência. Assim, eles são mais amplamente utilizados em drones, ferramentas elétricas, equipamentos médicos e brinquedos infantis.

Células de lítio cilíndricas

Células de bolsa de lítio

Sendo fechadas em um filme de alumínio, as células de polímero de lítio são células mais leves e econômicas do que outras. Eles estão disponíveis em diferentes formas e tamanhos e são um tipo de célula de bateria cilíndrica ou prismática.

Além disso, a capacidade de energia e densidade dessas células são comparativamente mais altas do que outras. Assim, eles são facilmente colocados em uma caixa de célula e contêm duas extremidades terminais para melhor fixação.

Células de bolsa de lítio

Células Prismáticas de Lítio

Você deve ter observado que a maioria das células de bateria de lítio são quadradas. Isso é por causa da célula da bateria prismática. Sua grande capacidade de armazenamento e formato retangular os tornam células de lítio superiores no mercado.

Em termos de dimensões, células prismáticas de lítio são maiores que cilíndricos e, portanto, a maioria dos dispositivos de armazenamento de energia usa essas células para um melhor funcionamento. Baterias como laptops e outros pequenos dispositivos eletrônicos usam células prismáticas de lítio em sua operação.

Células de bolsa de lítio

Comparação

Embora todas as células prismáticas, cilíndricas e de bolsa sejam os componentes integrais de uma célula de bateria de lítio, elas também têm suas funcionalidades. o densidade de energia, tamanho, custo e eficiência de cada célula diferem em sua maneira.

Juntamente com alguns fatores comuns, essas células apresentam certas diferenças. Aqui está uma tabela que mostra as principais diferenças entre eles.

Funcionalidades Células Cilíndricas Células Prismáticas Células de Bolsa
Densidade de energia Melhores Melhor Média
Tamanho Melhores Média Pobre
Custo Melhores Média Média
Perfil Pobre Melhor Melhores
Peso Pobre Melhor Melhores
Eficiência Média Melhores Melhor
Inchaço Melhores Melhor Pobre

Tipos de Química de Células de Íons de Lítio

Com base na energia, potência, capacidade de tensão e desempenho geral, as células da bateria de íons de lítio são compostas por diferentes tipos de química. Quatro deles são descritos em detalhes abaixo.

Óxido de lítio-cobalto (LCO)

Um dos populares tipos de baterias de lítio é óxido de lítio-cobalto. Como o nome mostra, ele usa óxido de cobalto como cátodo e carbono de grafite como ânodo. O óxido de cobalto de lítio possui a mais alta energia e poder específico em comparação com outros tipos de química de lítio.

Devido à vida útil mais longa do óxido de cobalto de lítio, eles são a primeira escolha para uso em dispositivos digitais, incluindo câmeras e telefones celulares. Embora sua estabilidade térmica e capacidade de carga sejam menores, o revestimento de lítio a torna uma bateria super rápida e otimizada.

Óxido de lítio-níquel-cobalto-alumínio (NCA)

Com uma capacidade de energia específica de 200Wh/kg, o óxido de alumínio e cobalto de lítio-níquel é um dos melhores tipos químicos de células de bateria de lítio. Eles são mais amplamente utilizados em powertrains e têm uma densidade de energia específica muito alta. A composição envolve um grupo de óxidos metálicos que serve como material ativo nas células da bateria.

Além disso, NCA ou óxido de alumínio cobalto-níquel de lítio consiste em material catódico que ajuda a melhorar o desempenho da bateria. Junto com benefícios surpreendentes, tem uma desvantagem também na forma de uma vida útil curta. Aqui está um instantâneo que mostra os vários recursos do NCA.

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Óxido de Lítio Níquel Manganês Cobalto (NMC)

Sendo originado pela primeira vez de uma estrutura espinhal tridimensional, o óxido de cobalto manganês e níquel de lítio (NMC) é outro ótimo tipo de bateria de célula de lítio. A estrutura da coluna não só oferece benefícios estruturais, mas também ajuda a melhorar o fluxo de eletrodos.

No que diz respeito às características do Óxido de Cobalto Manganês e Níquel Lítio (NMC), eles possuem alta energia específica com baixa taxa de aquecimento. A composição envolve 33% de níquel, 33% de manganês e 33% de cobalto, o que faz uma excelente mistura de 1:1:1. Devido ao seu material catódico eficaz, eles são amplamente utilizados nas seguintes aplicações:

● Bicicletas elétricas
● Motores elétricos
● Tesla e outros carros mais recentes
● Equipamento médico

Fosfato de lítio e ferro (LFP)

Fosfato de Ferro Lítio ou Baterias LFP são mais conhecidos por sua composição de material catódico de baixo custo. Com um eletrodo de carbono grafite em sua composição, as células LFP podem facilmente carregar ou descarregar em altas velocidades. A melhor coisa sobre essas células de bateria de lítio é que elas têm uma vida útil mais longa e levam muito menos tempo para carregar.

O fosfato de ferro de lítio é frequentemente usado como substituto das baterias de chumbo-ácido no mercado. Isso se deve à sua vida útil prolongada e ao sistema de carregamento altamente durável. Abaixo estão listadas algumas das principais vantagens do LFP:

● Tem uma vida útil muito maior do que outras baterias
● Necessita de manutenção muito baixa
● Vem com uma excelente capacidade de carga e descarga
● Pode operar facilmente em baixa temperatura
● Estável resistente e seguro de usar

Aqui está uma tabela de resumo que mostra as principais características das baterias de fosfato de ferro de lítio ou LFP.

Tensões 3.20, 3.30V nominais; faixa de operação típica 2.5–3.65 V/célula
Energia específica (capacidade) 90–120Wh/kg
Carga (taxa C) 1C cargas típicas para 3.65V; 3h de tempo de carregamento típico
Descarga (taxa C) 1C, 25C em algumas células; pulso de 40A (2s); Corte de 2.50V (menor que 2V causa danos)
ciclo de vida 2000 e superior (relacionado com a profundidade de descarga e temperatura)
Escapamento térmico 270°C (518°F) Bateria muito segura mesmo quando totalmente carregada
Custo ~ $ 580 por kWh

Comparação

Neste ponto, você entendeu completamente os principais aspectos de cada tipo químico de lítio em detalhes. No entanto, como essas células de bateria diferem umas das outras ainda não está claro. Então, vamos comparar todos os quatro tipos de células de lítio e ver suas principais diferenças.

Diferença de tensão

A primeira e mais importante diferença está na voltagem dessas células de bateria. Seja um óxido de cobalto de lítio ou óxido de manganês de lítio, ambos têm sua capacidade de tensão e eficiência energética. Por exemplo, a tensão do óxido de lítio-cobalto é 3.60 V nominal com uma faixa de operação típica de 3.0–4.2 V/célula.

Por outro lado, o óxido de manganês de lítio tem uma tensão nominal de 3.70 V (3.80 V) com uma faixa de operação típica de 3.0 a 4.2 V/célula. Da mesma forma, os outros dois tipos, o óxido de lítio manganês cobalto tem uma tensão nominal de 3.70 e o fosfato de ferro lítio tem uma tensão nominal de 3.30. Ele mostra claramente a diferença de voltagem entre os quatro tipos de química, indicando que o LFP tem a maior capacidade de voltagem.

Capacidade Específica de Energia

A quantidade de energia que uma bateria contém em resposta ao seu peso é a capacidade de energia específica dessa bateria. Assim como as diferenças de voltagem, todos os tipos de bateria diferem em sua capacidade de energia específica para um determinado intervalo. As baterias LFP têm uma capacidade de energia de 90–120Wh/kg.

Considerando que, o óxido de cobalto manganês de lítio-níquel tem uma capacidade de energia de 150–220Wh/kg. Óxido de manganês de lítio e óxido de cobalto de lítio apresentam energia específica de 100–150Wh/kg e 150–200Wh/kg, respectivamente. Entre todos, as células especiais de óxido de cobalto de lítio fornecem até 240Wh/kg de energia específica para a célula.

Taxa de carga e descarga

A capacidade de operação de uma bateria depende de sua taxa de carga e descarga. Portanto, todas as células da bateria têm suas taxas específicas de carga e descarga. A taxa de carregamento de óxido de cobalto de lítio é 0.7-1C. Isso significa que carrega em 4.20V (a maioria das células) com uma carga típica de 3h.

Da mesma forma, a taxa de descarga do óxido de cobalto de lítio é 1C com um corte de 2.50V. As taxas de carga e descarga das outras três células de lítio são mostradas como:

● Óxido de Manganês Cobalto Níquel Lítio (NMC)

Carga (taxa C) 0.7–1C, carrega para 4.20V, alguns vão para 4.30V; 3h de carga típica. A corrente de carga acima de 1C reduz a vida útil da bateria.
Descarga (taxa C) 1C; 2C possível em algumas células; Corte de 2.50V

● Óxido de Alumínio Cobalto Níquel Lítio (NCA)

Carga (taxa C) 0.7–1C típico, máximo de 3C, carrega até 4.20V (a maioria das células)
Descarga (taxa C) 1C; 10C possível com algumas células, pulso de 30C (5s), corte de 2.50V

Fosfato de lítio e ferro (LFP)

Carga (taxa C) 1C cargas típicas para 3.65V; 3h de tempo de carregamento típico
Descarga (taxa C) 1C, 25C em algumas células; pulso de 40A (2s); Corte de 2.50V (menor que 2V causa danos)

Ciclo da vida

O mais importante de tudo é a vida útil dos tipos de células de lítio. Devido ao alto desempenho e forte material de cátodo, as baterias de fosfato de ferro-lítio ou LFP têm a maior vida útil de qualquer outra bateria no mercado. A energia específica, estabilidade térmica e tensão das baterias LFP as tornam únicas das outras.

Estabilidade térmica

Outro fator importante que diferencia as células da bateria de lítio é sua estabilidade térmica ou fuga térmica. Enquanto o óxido de cobalto de lítio tem uma alta energia específica, a fuga térmica é de 150°C (302°F). Isso significa que o óxido de lítio-cobalto pode lidar com estados de aquecimento incontroláveis ​​e de emergência.

Assim como o óxido de cobalto, o óxido de cobalto manganês e níquel-lítio tem estabilidade térmica típica de 250°C (482°F). Além disso, NMC e fosfato de ferro de lítio (LFP) têm estabilidade térmica de 210°C (410°F) e 270°C (518°F), respectivamente. Assim, cada tipo tem sua capacidade de lidar com estados de superaquecimento ou temperatura em diferentes situações.

Melhor fabricante e fornecedor de células de íon de lítio na China

Agora, você está bem ciente do fato de que células de bateria de lítio são de longe as baterias mais comuns e altamente eficazes para usar em todos os campos. Portanto, você não pode substituir essas baterias por qualquer outra opção disponível. No entanto, você pode estar preocupado sobre como encontrar os melhores fabricantes de células de íons de lítio, especialmente se você mora na China.

Entre muitos fornecedores de baterias, é uma tarefa difícil escolher a melhor do mercado. Isso ocorre porque vários fabricantes de baterias vendem baterias defeituosas ou não funcionais em grande escala. Para evitar tal situação, você precisa ter muito cuidado e entrar em contato com os melhores fornecedores.

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Conclusão

Com todos os detalhes e especificações da bateria em mãos, agora você pode escolher facilmente sua próxima célula de bateria de lítio para sua área. Todas as células de lítio são altamente funcionais e você não pode ignorar seu uso em suas necessidades diárias. Lembre-se de verificar a manutenção, energia específica e vida útil antes de comprar qualquer bateria de sua escolha.

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