
¿Qué limita la velocidad de carga de las baterías de iones de litio?
A fin de cuentas, siguen siendo los materiales y la tecnología. El proceso de carga completa de una batería de iones de litio es que los iones de litio viajan entre los electrodos positivo y negativo, y realizan la función de carga y descarga de la batería de litio al transportar y liberar electrones. Esto requiere un cierto tiempo de reacción. Una carga demasiado rápida causará una reacción anormal de la batería de litio que producirá cristalización, y si la velocidad de carga excede la tolerancia de la batería durante la carga, aumentará la resistencia interna de la batería de litio, por lo que la batería se sobrecalentará peligrosamente.
En la industria de las baterías, la tasa de carga-descarga se usa generalmente para describir la relación entre la velocidad de carga y la corriente. La velocidad cuando la batería está completamente cargada en 1 hora se llama 1C, y la velocidad cuando solo toma 30 minutos se llama 2C, y así sucesivamente, más de 1C se puede llamar carga rápida. Hoy en día, la velocidad de carga de las baterías de iones de litio generalmente puede alcanzar 1C-3C, y algunas incluso pueden alcanzar 5C. Sin embargo, en comparación con la tasa de descarga de 10C, sigue siendo mucho peor.
Además del cuello de botella de la velocidad de carga máxima, la velocidad de carga que la batería puede soportar bajo diferentes SOC (State of Charge) también es diferente. Generalmente, la velocidad de carga seguirá la ley de lento-rápido-lento, cuando el SOC alcanza más del 90%, la resistencia interna de la batería aumentará significativamente, lo que ralentizará la velocidad de carga.
Entonces, si eres un usuario de un vehículo eléctrico y quieres ahorrar el mayor tiempo posible en la carga, trata de no usar la potencia por debajo del 10%, y no tiene que estar completamente cargado al cargar, el 90% o más de energía que pueda cubrir millas de tu próximo viaje.
Además del cuello de botella de la propia batería, los dispositivos de carga periférica también tienen sus propias limitaciones.
En teoría, la velocidad de carga se puede aumentar aumentando la corriente. Sin embargo, si la corriente es demasiado grande, la velocidad de difusión de los iones de litio dentro de la batería no puede seguir el ritmo de la velocidad de difusión de los electrones, lo que hará que la operación electrón-ion no esté sincronizada, lo que afectará el rendimiento de la batería y la capacidad de carga alcanzable se reducirá en consecuencia, incluso existe el riesgo de incendio y explosión. Por lo tanto, en el caso de no tener prisa, recomendamos usar la carga lenta, que es beneficiosa para prolongar la vida útil de la batería, y las baterías de litio también son más seguras. Durante la carga, la tasa de difusión de los iones de litio dentro de una batería de litio está estrechamente relacionada con la temperatura, el material del cátodo y la estructura.
En primer lugar, cuanto mayor sea la temperatura, más rápida será la velocidad de difusión. Sin embargo, si la temperatura es demasiado alta, también provocará problemas como la reducción de la vida útil de la batería y la reducción de la seguridad de carga. Si la temperatura es demasiado baja, el litio metálico de la batería se depositará, lo que provocará el cortocircuito interno de la batería, especialmente de la batería LiFePO4. Generalmente, la capacidad de la batería común LiFePO4 es solo del 60-70% a 0 °C y solo del 20-40% a -20 °C. Por lo tanto, en el frío invierno del norte, los vehículos eléctricos deben tener la función de calentar el módulo de la batería, y el consumo de energía es obviamente más rápido.
El segundo es el material. La difusividad de los diferentes materiales es muy diferente. LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, NCM, NCA, etc. son materiales de cátodo con buen rendimiento.

Principio básico de funcionamiento y estructura de la batería de iones de litio
Principio básico: El electrodo positivo se somete a una reacción de reducción para ganar electrones; El electrodo negativo sufre una reacción de oxidación y pierde electrones. Los electrones pasan a través de la carga y fluyen desde el electrodo negativo al electrodo positivo, formando una corriente en la dirección del electrodo positivo al electrodo negativo.
1 (+1) ion de litio valente <—— (1-x) (+1/(1-x)) ion de litio valente + x (+1) ion de litio valente + x electrones.
Suponiendo que x=0.5, obtenemos:
1 (+1) < de iones de litio de valencia——0,5 (+2) iones de litio de valencia + 0,5 (+1) iones de litio de valencia + 0,5 electrones.
Multiplica ambos lados por 2 para obtener:
2 (+1) iones de litio valentes <——1 (+2) ion de litio valente + 1 (+1) ion de litio valente + 1 electrón.
Simplificado para obtener:
1 (+1) iones de litio de valencia <——1 (+2) ion de litio de valencia + 1 electrón.
Esta fórmula en realidad describe la reacción general, no las reacciones individuales.
Los átomos de litio del electrodo negativo pierden electrones y se oxidan a iones de litio de valencia (+1). Los electrones fluyen desde el electrodo negativo hacia el circuito de carga y los iones de litio fluyen hacia el electrodo positivo a través del electrolito;
El núcleo del electrodo positivo es un ion de litio de valencia (+1/(1-x), y el núcleo del electrodo negativo es un átomo de litio, los dos reaccionan para generar un átomo de litio de valencia (+1), y el flujo de electrones en la reacción redox forma una corriente eléctrica.
Cuando se procesa en la fabricación de baterías de litio, siempre se necesitan sustancias para transportar los iones de litio del electrodo positivo y los átomos de litio del electrodo negativo, al igual que los productos siempre necesitan estantes, entonces el estante de iones de litio son iones de fosfato, que junto con los iones de litio forman el electrodo positivo. Los átomos de litio del electrodo negativo están compuestos de materiales como el grafito poroso, que no hará que el electrodo negativo disminuya o incluso desaparezca después de la reacción. Entre el electrodo positivo y el electrodo negativo hay un electrolito y un separador, que se utiliza no solo para el flujo de iones de litio, sino también para aislar los electrodos positivo y negativo para evitar cortocircuitos internos.

Características de la batería de iones de litio
La característica de las baterías de iones de litio que más preocupa a los usuarios es la capacidad, como 2000 mAh, que se refiere a la cantidad de cargas que la batería de iones de litio puede liberar en condiciones normales de funcionamiento.
Echemos un vistazo a una hoja de especificaciones de una batería de iones de litio. Los parámetros más importantes de esta batería son:
Capacidad: 2000 mAh
Tensión de corte de carga: 4,2 V
Tensión de corte de descarga: 2,5 V
Corriente máxima de carga: 4000 mA
Corriente máxima de descarga: 20000 mA
En resumen, se trata de la capacidad de la batería y de la carga y descarga. La capacidad de la batería depende de la cantidad de electrones que puede liberar el electrodo negativo y de la cantidad de electrones que puede recibir el electrodo positivo.
¿Por qué hay un voltaje de corte de carga?
En otras palabras, ¿cuáles son las consecuencias de la carga por sobretensión? El electrodo negativo está compuesto por átomos de grafito y litio. De hecho, el litio no existe en forma de átomos, sino que coexiste con el grafito en forma de iones de litio. Después de la carga por sobretensión, los iones de litio se precipitarán en litio cristalino y el litio cristalino no puede participar en la carga y descarga, lo que reducirá la capacidad de la batería.
¿Por qué hay un voltaje de corte de descarga?
En otras palabras, ¿cuáles son las consecuencias de la descarga por sobretensión? Después de la sobredescarga, una gran cantidad de iones de litio en el electrodo negativo fluye hacia el electrodo positivo, lo que resulta en el vacío del grafito y el colapso de algunas áreas. El área colapsada ya no puede almacenar iones de litio, lo que también reducirá la capacidad de la batería.
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