En el rápido{0}}mundo actual de la electrónica portátil, la energía renovable y el diseño de hardware moderno, elegir la fuente de energía adecuada puede tener un impacto importante en el rendimiento del producto.
Para ingenieros, desarrolladores de productos y compradores de negocios, elBatería de polímero de litio vs batería de iones de litioLa decisión suele reducirse a unas cuantas preguntas prácticas: ¿Cuánta energía necesitas? ¿Cuanto espacio tienes? ¿Cuánta corriente consume el producto? ¿Y cuánto tiempo debe durar la batería?
Ambas tecnologías pertenecen a la familia de las baterías de litio recargables. Pero difieren en la construcción de las células, el embalaje, la fabricación, el diseño mecánico y el rendimiento en el mundo real-.
En esta guía, comparamos sus estructuras centrales, características de rendimiento, consideraciones de seguridad y aplicaciones típicas. El objetivo es ayudarle a elegir la opción correcta.solución de batería personalizadapara su producto, con conocimientos de ingeniería de Blumoti Battery.
Comprensión de la arquitectura central: Li-Ion frente a LiPo
Para entender la diferencia entre unbatería de polímero-de litio, a menudo llamado unbatería lipooBatería de li-polietileno, y un estándarbatería-de iones de litio, también conocido comoBatería de iones de litio-ocelda de iones de litio, es útil comenzar con lo que hay dentro de la célula.[1]
Baterías-de iones de litio
Las baterías cilíndricas tradicionales de iones de litio-, incluidas las celdas comunes 18650 y 21700, suelen utilizar un electrolito líquido elaborado a partir de sales de litio, como LiPF₆, disueltas en disolventes de carbonato orgánico.[1]
El electrolito transporta iones de litio entre el cátodo y el ánodo durante la carga y descarga.
Estas celdas normalmente están alojadas en una carcasa metálica rígida. Las celdas cilíndricas suelen utilizar acero o acero niquelado-, mientras que muchos diseños prismáticos utilizan aluminio u otra carcasa metálica rígida.[2]
La carcasa rígida proporciona protección mecánica, ayuda a gestionar la presión interna y admite una fabricación estandarizada de gran-volumen.[2]
Descubra más baterías cilíndricas de iones de litio-en el sitio web de Blumoti:
https://www.blumoti-battery.com/cylindrical-batería de litio-
A batería de polímero de iones de litionormalmente utiliza un sistema separador/electrolito a base de polímero-y normalmente se empaqueta en una bolsa de aluminio laminada liviana.[1][2]
Dependiendo del diseño específico de la celda, el electrolito puede ser similar a un gel-, estar soportado por un polímero- o contener un electrolito líquido inmovilizado dentro de la estructura del separador.[1]
Debido a que la celda no requiere una lata de acero rígida y pesada, los fabricantes tienen mucha más flexibilidad en las dimensiones de la batería.
Esta es la razóncélulas de bolsa, baterías de bolsa de polímero, ybaterías delgadas de polímero de litiose utilizan ampliamente en aplicaciones donde el espesor, el peso o las dimensiones personalizadas son importantes.[2]
Descubra más baterías cilíndricas de iones de litio-en el sitio web de Blumoti:
https://www.blumoti-battery.com/lithium-batería-celda/
Resumen de diferencias estructurales y empíricas clave
|
Parámetro clave |
Batería-de iones de litio (Li-ion) |
Batería de polímero de litio (LiPo) |
Referencia científica/empírica |
|
Tipo de electrolito |
electrolito liquido |
Sistema de electrolitos compatible con polímeros,-tipo gel o relacionado |
[1] |
|
Caja / Carcasa |
Carcasa metálica rígida, típicamente cilíndrica o prismática. |
Bolsa de aluminio laminado flexible |
[2] |
|
Flexibilidad del factor de forma |
Formas y dimensiones mayoritariamente estandarizadas |
Opciones de batería ultra-delgadas y- personalizadas |
[2][3] |
|
Densidad de energía gravimétrica |
Generalmente alrededor de 150 a 250 Wh/kg, según la química y el diseño. |
Por lo general, alrededor de 100 a 265 Wh/kg, según la química y el diseño. |
[4] |
|
Tasa de alta (C-Tasa) |
Depende del diseño de la celda; Muchas celdas estándar están optimizadas para descarga continua moderada. |
Las celdas especializadas de alta-potencia pueden soportar 30 °C o más. |
[5] |
|
Longevidad del ciclo de vida |
Los puntos de referencia comunes pueden alcanzar entre 500 y 1000 ciclos en condiciones controladas |
Los puntos de referencia de células de bolsa-comunes pueden estar en el rango de 300 a 500 ciclos, según el diseño y el uso. |
[6] |
|
Comportamiento de fuga/hinchazón |
La carcasa rígida contiene electrolito y gas interno hasta que se ventile o falle. |
La expansión de la bolsa facilita la observación de la generación de gas y la hinchazón. |
[7] |
Los números anteriores deben tratarse como rangos de ingeniería generales, no como especificaciones universales.
La química de la celda, el diseño de los electrodos, el voltaje de carga, la temperatura, la profundidad de la descarga, la configuración del BMS y la calidad de fabricación pueden tener un impacto importante en el rendimiento real.[4][6]
Análisis detallado de rendimiento: polímero de litio frente a iones de litio
Al seleccionar un paquete de baterías para producción comercial, es necesario evaluar varios factores de ingeniería.
- Densidad de energía gravimétrica, medido en Wh/kg, indica cuánta energía almacena una batería en relación con su peso.
- Densidad de energía volumétrica, medido en Wh/L, indica cuánta energía almacena en relación con el volumen físico.[4]
Las baterías tradicionales de iones de litio-de celda-rígida funcionan muy bien cuando el producto puede acomodar celdas cilíndricas o prismáticas estandarizadas.
Las celdas cilíndricas modernas de alta-energía pueden lograr una fuerte densidad de energía volumétrica a nivel de celda-. Esto los convierte en una buena opción para aplicaciones donde la máxima energía almacenada y la construcción estandarizada del paquete son importantes.[4]
Las baterías de polímero de litio ofrecen una ventaja diferente.
Al quitar la pesada lata exterior de acero y evitar el espacio no utilizado que se crea cuando las celdas redondas se colocan dentro de carcasas rectangulares,celdas delgadas de polímero de litiopuede aprovechar mejor el espacio disponible en productos electrónicos delgados.[2][4]
Esto resulta especialmente importante en diseños de dispositivos de menos de 5 mm.
Para un reloj inteligente, un dispositivo médico portátil, un rastreador compacto o un dispositivo de consumo ultrafino, la mejor batería a menudo no es la celda con la mayor cantidad teórica de Wh/kg.
Es la batería que utiliza de forma más eficiente la sobre de producto disponible.
Si su producto necesita un suministro rápido de energía, la velocidad máxima de descarga-se vuelve crítica.
Esto es especialmente importante para motores eléctricos, vehículos aéreos no tripulados, drones, dispositivos RC, robótica y otras aplicaciones de alto-rendimiento.[5]
A batería de polímero de alta tasa de descargaSe puede diseñar con pestañas de recolección de corriente-más grandes, estructuras de electrodos optimizadas y rutas de corriente de baja-resistencia.
Estas características ayudan a reducir la impedancia interna y la caída de voltaje bajo cargas pesadas.[3][5]
Las baterías LiPo especializadas de alta-potencia pueden admitir tasas de descarga continua de 30 °C o más, según la química de la celda, la construcción de los electrodos, las condiciones térmicas y las especificaciones del fabricante.[5]
Esta es una de las razones por las que las baterías LiPo se utilizan ampliamente en drones y aplicaciones de RC.
Por otro lado, las celdas cilíndricas estándar de iones de litio- suelen ser una excelente opción para un suministro de energía constante y un tiempo de funcionamiento prolongado.
Es importante señalar que el formato de la celda por sí solo no determina la capacidad de descarga.
Una celda de iones de litio-cilíndrica de alta-potencia puede superar a una celda de bolsa enfocada en energía-. Del mismo modo, una batería LiPo de alta velocidad-diseñada específicamente-C-puede suministrar mucha más corriente que una celda cilíndrica estándar.
Compare siempre la corriente continua real, la corriente de pulso, la resistencia interna, la caída de voltaje y los datos térmicos para la celda específica.
Una pregunta común es:
¿Las baterías de polímero-de litio se cargan más rápido que las baterías de iones de litio-?
No necesariamente.
La velocidad de carga depende de la química de la celda, el diseño del electrodo, la resistencia interna, la temperatura y los límites de carga recomendados por el fabricante.[3][5]
Algunas baterías LiPo diseñadas para aplicaciones de alto consumo-utilizan electrodos optimizados y estructuras de baja-resistencia que permiten velocidades de carga más altas-.
Dependiendo del diseño específico, ciertas celdas de alto-rendimiento pueden admitir carga rápida a 2C o más.[5]
Pero eso no significa que todas las baterías LiPo puedan cargarse rápidamente-de forma segura.
Tanto las baterías Li-ion como las LiPo normalmente requieren una carga controlada.CC/CV - Corriente constante / Voltaje constanteproceso de carga.
También necesitan el voltaje de carga y los límites de corriente correctos.
Para paquetes de baterías comerciales, un diseño adecuadosistema de gestión de batería (BMS)es igualmente importante.
Cargar fuera de los límites especificados por el fabricante de la celda puede acelerar la degradación y aumentar el riesgo de seguridad.
La vida útil de la batería generalmente se evalúa mediante la cantidad de ciclos de carga-descarga que la batería puede completar antes de que su capacidad caiga por debajo de un umbral definido.
Un punto de referencia común es80% Estado de Salud, o 80% SOH.[6]
-
Longevidad de las celdas de iones de litio-
En condiciones controladas, las baterías cilíndricas estándar de iones de litio-a menudo se asocian con ciclos de vida-de aproximadamente 500 a 1000 ciclos antes de alcanzar aproximadamente el 80 % de su capacidad inicial.[6]
La construcción mecánica rígida también puede proporcionar un fuerte soporte físico para el conjunto de electrodo interno.
-
Longevidad de las celdas de polímero-de litio
Muchas baterías de polímero de litio de bolsa blanda suelen tener una clasificación de 300 a 500 ciclos en condiciones de prueba típicas.[6]
Las células de la bolsa pueden experimentar cambios dimensionales y generación de gas a medida que envejecen. El soporte mecánico, la gestión térmica, el voltaje de carga, la temperatura de funcionamiento y la profundidad de la descarga pueden afectar el rendimiento a largo plazo.[6][7]
Estos números no deben tratarse como una regla fija.
Una celda de bolsa bien-que funciona en condiciones suaves puede durar más que una celda cilíndrica mal administrada.
Para la selección de ingeniería, compare siempre los datos del ciclo-de vida útil según los mismos criterios de tasa de carga, tasa de descarga, temperatura, profundidad de descarga y fin-de-vida útil.
Perfiles de seguridad, estabilidad térmica y certificaciones
La seguridad de la batería depende de mucho más que si una celda está etiquetada como Li-ion o LiPo.
La validación de la seguridad generalmente implica pruebas eléctricas, térmicas y mecánicas. Dependiendo de la aplicación y el mercado, los requisitos relevantes pueden incluir estándares comoUL 1642yCEI 62133-2, mientras que las baterías de litio destinadas al transporte están sujetas a las normas aplicablesONU 38.3requisitos de prueba.[7][8]
-
Mecánica de sobrecalentamiento y fuga térmica
La fuga térmica de la batería de iones de litio-implica una serie de reacciones que generan calor-dentro de la celda.
A medida que aumenta la temperatura interna, laInterfase de electrolito sólido (SEI)puede comenzar a degradarse. Pueden seguir reacciones adicionales que involucren al electrolito, el separador, los electrodos y otros componentes de la celda.[7]
La degradación del SEI se asocia comúnmente con temperaturas que comienzan aproximadamente en el rango de 80 a 120 grados, aunque la temperatura de inicio exacta depende de la química, el estado de carga y la construcción de la celda.[7]
El comportamiento de apagado del separador puede ocurrir a temperaturas más altas, a menudo alrededor de 130 grados para ciertos sistemas de separador.[7]
Si la generación de calor se vuelve más rápida que la disipación de calor, el proceso puede volverse autosostenible.
En las celdas cilíndricas rígidas, el gas generado durante un abuso severo o una falla interna genera presión dentro del recinto metálico.
Por lo tanto, las celdas cilíndricas de calidad suelen utilizar dispositivos de seguridad diseñados, como respiraderos, mecanismos de apagado o dispositivos de interrupción-de corriente.[2][7]
-
Hinchazón de la batería frente a fugas
Las baterías LiPo de formato-bolsa se comportan de forma diferente.
El gas generado por la descomposición del electrolito u otras reacciones de degradación puede hacer que la bolsa laminada se expanda.[7]
Esto crea lo familiarbatería de polímero hinchadacondición.
Debido a que la bolsa es flexible, la hinchazón suele ser más fácil de ver que la acumulación de presión interna dentro de una celda cilíndrica rígida.
La hinchazón visible debe tratarse como una señal de advertencia.
Una batería hinchada, perforada, con fugas o anormalmente caliente debe retirarse del servicio y manipularse de acuerdo con las instrucciones de seguridad del fabricante.
Si bien la construcción de la bolsa puede reducir el riesgo asociado con-fugas de electrolitos que fluyen libremente durante el funcionamiento normal, una batería LiPo aún puede tener fugas si la bolsa se perfora, se rompe, se aplasta o se daña de otro modo.[1][7]
-
Integración de protección BMS
Los paquetes de baterías OEM desarrollados por Blumoti Battery pueden integrar protección BMS multi-capa según los requisitos eléctricos de la aplicación.
Las funciones de protección típicas incluyen:
- Protección contra sobre-temperatura
- Protección contra sobrecarga
- Protección contra sobre-descarga
- Sobre-protección actual
- Protección contra cortocircuitos-
- Equilibrio celular cuando sea necesario
Para el cumplimiento, es importante separar la funcionalidad BMS de los requisitos de certificación y transporte.
ONU 38.3cubre las pruebas de calificación del diseño de celdas y baterías de litio destinadas al transporte.[8]
CEI 62133-2especifica los requisitos de seguridad y las pruebas para pilas y baterías de litio secundarias selladas portátiles que contienen electrolitos no-ácidos.[8]
UL 1642es un estándar de seguridad ampliamente utilizado para las celdas de litio.[8]
La ruta de certificación exacta depende del diseño de la batería, el producto terminado, el mercado objetivo y la aplicación.
Aplicaciones de destino: elección de la solución adecuada
Cuándo elegir polímero de litio (LiPo)
Electrónica ultrafina y portátil
Las baterías de polímero de litio son una buena opción para relojes inteligentes, rastreadores de salud, dispositivos médicos y otros productos donde el grosor y el factor de forma son importantes.
Su construcción en bolsa permite a los fabricantes desarrollar dimensiones de celda delgadas y personalizadas que serían difíciles de lograr con celdas cilíndricas estándar.[2][3]
Drones, UAV y dispositivos RC
Las baterías LiPo se utilizan ampliamente en plataformas aéreas y RC porque estas aplicaciones a menudo requieren una fuerte relación potencia-a-peso y una corriente de descarga máxima alta.[5]
Las baterías LiPo especializadas de alta-descarga pueden soportar tasas de descarga superiores a 30 °C cuando se diseñan adecuadamente para un funcionamiento de alta-potencia.[5]
Hardware de consumo delgado
Los teléfonos inteligentes, tabletas, dispositivos electrónicos portátiles y otros dispositivos delgados se benefician de las celdas tipo bolsa que pueden utilizar espacios rectangulares planos de manera eficiente.
Esto brinda a los ingenieros mecánicos y diseñadores industriales más libertad al trabajar con pantallas, PCB, cámaras, sensores y otros componentes internos.
Cuándo elegir-iones de litio (Li-ion)
Sistemas de almacenamiento de energía (ESS) y energía de respaldo
Las celdas-de iones de litio se utilizan ampliamente ensistemas de almacenamiento de energía (ESS)y aplicaciones de respaldo-de energía porque los formatos de celdas estandarizados pueden respaldar la fabricación escalable, cadenas de suministro maduras y una arquitectura de empaque predecible.[4][6]
En proyectos de ESS más grandes, la química celular, la gestión térmica, el costo a nivel del sistema-, la seguridad y el ciclo de vida suelen ser más importantes que la simple etiqueta de LiPo-versus-Li-.
Vehículos eléctricos (EV) y E-movilidad
Formatos cilíndricos estandarizados comoCeldas cilíndricas de formato-18650, 21700 y mayoresSe utilizan ampliamente en aplicaciones de movilidad eléctrica.
Su geometría estandarizada admite la fabricación automatizada y el ensamblaje de paquetes repetible.[2][4]
Las celdas de iones de litio-de bolsa y prismáticas también se utilizan ampliamente en las plataformas de vehículos eléctricos, por lo que el formato de celda debe seleccionarse en función de la arquitectura general del sistema-de batería.
Herramientas eléctricas y equipos industriales
Las herramientas eléctricas y los equipos industriales necesitan una gran durabilidad mecánica y una alta capacidad de corriente.
Las celdas cilíndricas rígidas-de iones de litio son muy adecuadas para estos entornos porque la carcasa metálica proporciona protección mecánica contra golpes y vibraciones.[2]
Las celdas cilíndricas de alta-potencia también pueden generar una corriente de descarga sustancial, por lo que siguen siendo comunes en las herramientas eléctricas profesionales.
¿Por qué asociarse con Blumoti Battery para baterías personalizadas OEM/ODM?
Si su producto necesita unbatería de iones de litio de alta-capacidado unCelda delgada de polímero de litio diseñada-personalizadamente, la batería tiene que ajustarse a más de un objetivo de capacidad.
También debe cumplir con los requisitos eléctricos, mecánicos, térmicos, de seguridad y de producción del producto.
La batería Blumoti proporcionaServicios de fabricación OEM y ODM de baterías personalizadas.para aplicaciones comerciales e industriales.
Factores de forma personalizados
Blumoti admite dimensiones de batería, tamaños de bolsa, diseños de paquetes, posiciones de cables, opciones de conectores y configuraciones de voltaje personalizados.
Esto brinda a los equipos de productos más flexibilidad cuando trabajan con espacios internos reducidos o inusuales.
Ingeniería BMS integrada
Se pueden diseñar paquetes de baterías personalizados con funciones de protección BMS basadas en los requisitos operativos reales del dispositivo.
Estos pueden incluir protección contra sobrecarga, sobre-descarga, sobre-corriente, cortocircuito-, temperatura y-equilibrio celular.
Cuando corresponda, el desarrollo de baterías también puede incluir requisitos de cumplimiento y pruebas relevantes, comoEstándares UN 38.3, IEC 62133-2 y ULen cuenta.[8]
Rentabilidad optimizada
El costo de la batería no se trata sólo del precio de la celda.
La arquitectura del paquete, los materiales, el diseño de BMS, la soldadura, el ensamblaje, las pruebas, la certificación y el volumen de producción afectan el costo final.
Un diseño de batería escalable ayuda a reducir la complejidad innecesaria y al mismo tiempo mantiene los objetivos de rendimiento y seguridad requeridos.
Póngase en contacto con Blumoti Battery hoy para analizar su aplicación con nuestro equipo de ingeniería y solicitar una solución de energía personalizada para su próximo proyecto de hardware.
https://www.blumoti-battery.com/contact-us
Referencias y fuentes autorizadas
[1] Tarascón, JM y Armand, M.
"Problemas y desafíos que enfrentan las baterías de litio recargables".Naturaleza, Vol. 414, págs. 359–367, 2001.
Se utiliza para: fundamentos de electrolitos de iones de litio-, sistemas de electrolitos de polímeros, química de baterías de litio y arquitectura electroquímica general.
[2] Universidad de Baterías / Cadex Electronics.
Recursos técnicos de la serie BU-que cubren formatos de celdas de-iones de litio, celdas cilíndricas, celdas prismáticas, celdas de bolsa, construcción de baterías y mecanismos de seguridad.
Se utiliza para: carcasa metálica rígida versus construcción de bolsa, diferencias de factor de forma-, características mecánicas y comparaciones de formato de celda-.
[3] Chen, M. y Rincón-Mora, GA
"Modelo preciso de batería eléctrica capaz de predecir el tiempo de ejecución y el rendimiento I-V".Transacciones IEEE sobre conversión de energía, Vol. 21, No. 2, págs. 504–511, 2006.
Se utiliza para: comportamiento de la batería eléctrica, consideraciones de resistencia/impedancia interna, respuesta de voltaje y modelado del rendimiento de la batería.
[4] Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), Oficina de Tecnologías de Vehículos.
Informes de investigación y desarrollo de baterías, objetivos de rendimiento de baterías de vehículos eléctricos, recursos del manual de prueba de baterías y publicaciones de investigación y desarrollo de almacenamiento de energía.
Se utiliza para: puntos de referencia de densidad de energía-gravimétrica y volumétrica, rendimiento de baterías de vehículos eléctricos y aplicaciones de almacenamiento de energía-de iones de litio-a gran-escala.
[5] Scrosati, B. y Garche, J.
"Baterías de litio: situación, perspectivas y futuro".Revista de fuentes de energía, Vol. 195, No. 9, págs. 2419–2430, 2010.
Se utiliza para: rendimiento energético de la batería de litio, consideraciones sobre la tasa de descarga-, cinética de carga y desarrollo de baterías de litio de alta-potencia.
[6] Informes de talleres de baterías aeroespaciales de la NASA e investigación sobre el envejecimiento de las baterías.
Materiales de taller-de baterías de la NASA e investigaciones relacionadas con el envejecimiento, el ciclo-de vida útil y la degradación de los iones de litio-de iones de litio.
Se utiliza para: puntos de referencia del ciclo-de vida útil, estado de salud (SOH), factores de degradación y comparaciones del comportamiento de las células de iones de litio-en ciclos.
[7] Finegan, DP, et al.
"En-operando tomografía de alta-velocidad de baterías de iones de litio-durante la fuga térmica".Comunicaciones de la naturaleza, Vol. 6, Artículo 6924, 2015; junto con investigaciones relacionadas con la seguridad de las baterías de iones de litio- del NREL.
Se utiliza para: mecanismos de fuga térmica, fallas estructurales internas, generación de calor, desprendimiento de gases y comportamiento de seguridad de la batería.
[8] Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), UL Solutions y Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa (UNECE).
IEC 62133-2: Requisitos de seguridad para pilas y baterías de litio secundarias selladas portátiles; UL 1642: Estándar para baterías de litio; Manual de Pruebas y Criterios de las Naciones Unidas, Parte III, Subsección 38.3.
Se utiliza para:-requisitos de seguridad de celdas de litio, pruebas de seguridad y pruebas de calificación del diseño-de transporte de baterías de litio.
