¿Por qué se hinchan las baterías de litio?

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¿Por qué se hinchan las baterías de litio?

Las baterías de iones de litio se promocionan ampliamente por su larga vida útil y capacidad. Sin embargo, con el uso prolongado, algunas baterías de iones de litio pueden hincharse debido a las siguientes razones:

  1. Expansión causada por sobrecarga La sobrecarga hace que todos los átomos de litio en el material del electrodo positivo se muevan hacia el material del electrodo negativo. Esto provoca la deformación y el colapso de las rejillas originalmente llenas del electrodo positivo, un factor importante que contribuye a la disminución de la capacidad de la batería. Durante este proceso, se acumula una cantidad cada vez mayor de iones de litio en el electrodo negativo, lo que provoca una sobreacumulación de átomos de litio que crecen hasta convertirse en cristales parecidos a tocones de árboles y provocan que la batería se hinche.

  2. Expansión causada por sobredescarga La película de interfaz de electrolito sólido (SEI) cumple una función protectora para el material del electrodo negativo, evitando que la estructura del material colapse y extendiendo el ciclo de vida del material del electrodo. La película SEI sufre cambios reversibles durante la carga y descarga, y algunos compuestos orgánicos experimentan transformaciones reversibles. La descarga excesiva de la batería provoca la destrucción reversible de la película SEI y, una vez que se daña el SEI que protege el material del electrodo negativo, el material del electrodo negativo colapsa, lo que provoca la expansión de las baterías de iones de litio.

  3. Problemas en los procesos de producción y fabricación Debido a la diversidad de fabricantes, algunos pueden priorizar medidas de reducción de costos, lo que lleva a entornos de producción adversos y al uso de equipos obsoletos. Esto puede provocar un recubrimiento desigual de la batería y la introducción de partículas de polvo en el electrolito. Estos factores pueden contribuir a la hinchazón de las baterías de iones de litio durante el uso del usuario, lo que potencialmente plantea mayores riesgos.

¿Por qué son mejores las baterías de litio?

Las baterías de litio se han vuelto ampliamente favorecidas por varias razones desde el desarrollo de la primera batería, la pila voltaica. Con el tiempo, se han producido mejoras que han llevado al uso popular de baterías desechables de carbono y zinc, baterías recargables de hidruro metálico de níquel (NiMH), níquel-cadmio (NiCd) y baterías de plomo-ácido. En 1992, Sony introdujo con éxito la batería de iones de litio y sus ventajas han tenido un impacto significativo en muchos aspectos de la vida moderna.

  1. Mayor densidad de energía: Las baterías de litio tienen una mayor densidad de energía, aproximadamente 2,5 veces la de las baterías de níquel-cadmio y alrededor de 6 a 7 veces la de las baterías de plomo-ácido. Esto significa que las baterías de litio pueden proporcionar la misma capacidad en un paquete más pequeño y liviano.

  2. Alto voltaje de funcionamiento: Las baterías de litio tienen un voltaje nominal más alto en comparación con baterías como las de níquel-cadmio o níquel-hidruro metálico, lo que las hace más versátiles en diversas aplicaciones.

  3. Respetuoso con el medio ambiente y no contaminante: Las baterías de litio no contienen metales nocivos como cadmio, plomo o mercurio, lo que las hace respetuosas con el medio ambiente y menos contaminantes.

  4. Vida de ciclo largo: Las baterías de litio pueden soportar una gran cantidad de ciclos de carga y descarga, con un número de ciclos que oscila entre 800 y 2000. Esto supera significativamente a las baterías de plomo-ácido (aproximadamente 300 ciclos) y a las baterías de hidruro metálico de níquel (alrededor de 500 ciclos), lo que resulta en una mayor duración. esperanza de vida general.

  5. Baja tasa de autodescarga: Las baterías de iones de litio presentan una tasa de autodescarga muy baja. La tasa de autodescarga mide la pérdida espontánea de carga almacenada cuando la batería está en estado de circuito abierto. Las baterías de iones de litio, como las de fosfato de hierro y litio, suelen tener una tasa de autodescarga de alrededor del 2% por mes a temperatura ambiente, que es mucho menor que la tasa de autodescarga del 25% de las baterías de hidruro metálico de níquel.

  6. Fuerte adaptabilidad a temperaturas extremas: Las baterías de litio pueden funcionar en un amplio rango de temperaturas, desde -20°C hasta 60°C. Algunas baterías de litio están diseñadas para entornos específicos con requisitos de temperatura variables, y ciertos tipos pueden incluso funcionar en entornos con temperaturas superiores a los 100 grados Celsius.

¿Por qué las baterías de litio duran más?

Generalmente utilizamos recuentos de ciclos para indicar la vida útil de las baterías de iones de litio. Si bien el recuento de ciclos varía entre las diferentes baterías de iones de litio, en general, su ciclo de vida suele alcanzar entre 5 y 6 años y, con un uso adecuado, puede extenderse aún más. Esto es significativamente más largo en comparación con la vida útil de las baterías de plomo-ácido, que ronda el año y medio. Las baterías de iones de litio pueden soportar una gran cantidad de ciclos de carga y descarga, con recuentos de ciclos que oscilan entre 800 y 2000 ciclos. En comparación, las baterías de plomo-ácido tienen aproximadamente 300 ciclos y las baterías de hidruro metálico de níquel tienen alrededor de 500 ciclos. Este mayor número de ciclos contribuye a una vida útil general más larga de las baterías de iones de litio.

¿Qué baterías de litio no están permitidas en los aviones?

Respecto a esta cuestión, es necesario distinguir entre baterías de litio cuyo transporte está restringido y aquellas cuyo transporte está prohibido.

  1. Transporte restringido de baterías de litio: Con la aprobación de la aerolínea, se permite llevar a bordo dispositivos electrónicos que contengan baterías de litio con una capacidad superior a 100 Wh pero no superior a 160 Wh. Cada pasajero puede llevar hasta dos baterías de repuesto y no deben facturarse. Los dispositivos que pueden contener baterías de litio que superen los 100 Wh incluyen equipos multimedia, equipos de producción audiovisual, accesorios de espectáculos, dispositivos médicos, juguetes eléctricos, herramientas eléctricas, cajas de herramientas, etc. .

  2. Transporte prohibido de baterías de litio: Está estrictamente prohibido transportar o facturar baterías de litio de gran tamaño o dispositivos electrónicos con una capacidad superior a 160 Wh.

Para determinar si las baterías de litio que lleva se pueden llevar a bordo, generalmente puede comprobar las marcas de las baterías. Si la energía nominal en vatios-hora (Wh) no está etiquetada directamente en la batería de litio, puede calcularla utilizando los siguientes métodos:

  • Si se conocen la tensión nominal (V) y la capacidad nominal (Ah): Calcule los vatios-hora nominales utilizando la fórmula: Wh = V x Ah. El voltaje nominal y la capacidad nominal suelen estar marcados en la batería.

  • Si la batería está marcada solo con miliamperios-hora (mAh): Divida el valor marcado por 1000 para obtener amperios-hora (Ah). Por ejemplo, si una batería de litio está marcada con un voltaje nominal de 3,7 V y una capacidad nominal de 760 mAh, los vatios-hora nominales serían: 760 mAh/1000 = 0,76 Ah; 3,7 V x 0,76 Ah = 2,9 Wh.

¿Cuándo se incendian las baterías de litio?

La causa fundamental de la ignición de una batería de iones de litio es la retención anormal de calor dentro de la batería, lo que provoca la ignición después de alcanzar el punto de ignición de los combustibles internos y externos. Las razones específicas de este suceso incluyen:

  1. Cortocircuito interno: El abuso de la batería, como la sobrecarga y descarga excesiva que provoca la formación de dendritas, impurezas o polvo durante la producción de la batería, puede deteriorar y perforar el separador, provocando microcortocircuitos. La liberación de energía eléctrica da como resultado un aumento de temperatura, y las reacciones químicas del material debido al aumento de temperatura expanden aún más la trayectoria del cortocircuito, creando una corriente de cortocircuito mayor. Esta destrucción acumulativa y que se refuerza mutuamente conduce a una fuga térmica. Los cortocircuitos internos en las baterías de iones de litio pueden hacer que fluya una gran corriente a través del punto de cortocircuito, generando una cantidad significativa de calor y provocando explosiones o incendios.

  2. Cortocircuito externo: Los cortocircuitos externos prolongados generalmente queman puntos débiles en el circuito y rara vez provocan eventos de fuga térmica en la batería.

  3. Temperatura alta externa: Debido a las características de la estructura de la batería de iones de litio, diversas reacciones generan una cantidad considerable de calor. La fusión del separador provoca cortocircuitos internos y la liberación de energía eléctrica aumenta la producción de calor. Este efecto destructivo acumulativo y que se refuerza mutuamente da como resultado la expulsión de electrolito y la combustión. Si las baterías de iones de litio se exponen a altas temperaturas durante un período prolongado, el disolvente del electrolito se evapora más rápido, el material del electrodo se expande, la resistencia interna aumenta y la capacidad de la batería disminuye gradualmente. Cuando la temperatura alcanza un cierto nivel, puede provocar fugas, cortocircuitos y provocar explosiones o incendios.

  4. Vibración mecánica o daño: Si las baterías de iones de litio experimentan fuertes vibraciones mecánicas o daños durante el transporte, uso o mantenimiento, puede dañar el separador o el electrolito de la batería, provocando el contacto directo entre el litio metálico y el electrolito. Este contacto desencadena una reacción exotérmica que, en última instancia, provoca explosiones o incendios.

Existen varias razones para la explosión e ignición de las baterías de iones de litio. Es fundamental utilizar y mantener las baterías de forma segura, ejercer una gestión eficaz de las mismas y estar atento a la identificación de los fabricantes de baterías para evitar el uso de productos de calidad inferior.

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