Cuando el nivel de batería de tu teléfono se está agotando, la "ansiedad por la batería" puede ser abrumadora. Como resultado, los bancos de energía se han convertido en una "necesidad" durante los viajes o los viajes de negocios, al igual que una tarjeta de identificación o una billetera. Después de todo, en un entorno desconocido, un teléfono muerto se siente como un apagón digital. La navegación falla, los pagos son rechazados y no puedes contactar con nadie. Esa sensación de pánico realmente puede desestabilizarte. Sin embargo, los recientes incidentes de bancos de energía que se incendiaron han sacudido a la industria, provocando amplios debates sobre su seguridad. El 26 de junio de 2025, la Administración de Aviación Civil de China emitió nuevas regulaciones que prohíben los bancos de energía que no cumplen con las normas. La Administración exigió que estuvieran certificados 3C antes de abordar un avión. El problema comenzó el 20 de marzo de 2025, cuando una batería de litio se incendió en el maletero de un vuelo de Hangzhou a Hong Kong, lo que provocó un aterrizaje de emergencia.
1 ¿Por qué se incendian las baterías de litio?
La investigación reveló que el incendio se debió a un cortocircuito en una batería externa Romoss de 20 000 mAh. Posteriormente, el 31 de mayo y el 13 de junio, se produjeron dos incidentes similares en vuelos. Los problemas de seguridad con las baterías de iones de litio suelen manifestarse como incendios o incluso explosiones. La causa principal de estos problemas reside en la fuga térmica dentro de la batería. Además, factores externos como la sobrecarga, las fuentes de fuego, la compresión, las perforaciones y los cortocircuitos también pueden provocar problemas de seguridad. La liberación de gases es uno de los principales indicios de fallo de una batería de iones de litio.
Cuando una batería de iones de litio se incendia, emite rápidamente una gran cantidad de humo blanco, compuesto principalmente por vapor o productos de descomposición del electrolito de la batería. En las primeras etapas de un incendio, la diferencia de color del humo es una de las características más notables que distinguen los incendios de baterías de iones de litio de los incendios comunes. Tras la fuga térmica, los gases combustibles liberados por la batería se mezclan con el aire para formar una mezcla explosiva. Al exponerse a las partículas de alta temperatura emitidas por la batería, puede producirse una explosión localizada, a menudo acompañada de ruidos explosivos en las primeras etapas del incendio.
2 medidas para prevenir explosiones de baterías de litio
Los problemas de seguridad relacionados con las baterías de iones de litio son complejos y multifacéticos. El mayor riesgo para la seguridad es el cortocircuito interno aleatorio, que provoca un fallo inmediato y provoca una fuga térmica. Por lo tanto, el desarrollo y el uso de materiales con alta estabilidad térmica es fundamental para mejorar la seguridad de las baterías de iones de litio en el futuro.
1) Mejora de la estabilidad térmica de los materiales de las baterías
Materiales de cátodo: La estabilidad térmica se puede mejorar optimizando las condiciones de síntesis, refinando los métodos de síntesis o utilizando técnicas de dopaje y recubrimiento de superficies.
Materiales del ánodo: La estabilidad térmica de los materiales del ánodo depende del tipo de material, el tamaño de las partículas y la estabilidad de la película SEI (interfase electrolítica sólida). La calidad de la película SEI afecta directamente el rendimiento de carga y descarga, así como la seguridad de la batería. Oxidar ligeramente la superficie de los materiales de carbono o usar materiales de carbono reducidos, dopados o con superficie modificada puede mejorar la calidad de la película SEI. Los materiales de carbono esféricos o fibrosos también contribuyen a mejorar la calidad de la SEI.
Estabilidad del electrolito: La estabilidad del electrolito está relacionada con el tipo de sal de litio y disolvente utilizado. Las sales de litio con mejor estabilidad térmica y los disolventes con una ventana electroquímica más amplia pueden mejorar la estabilidad térmica de la batería.
2) Mejora de la protección contra sobrecargas
Para evitar la sobrecarga, se suelen utilizar circuitos de carga especializados para controlar el proceso de carga y descarga de la batería. Se pueden instalar válvulas de seguridad en baterías individuales para proporcionar protección adicional contra sobrecargas. También se puede utilizar una resistencia de coeficiente de temperatura positivo (PTC), que aumenta la resistencia interna de la batería a medida que se calienta durante la sobrecarga, limitando así la corriente de sobrecarga. También se pueden utilizar separadores especializados. Cuando la temperatura de la separador sube demasiado debido a condiciones anormales de la batería, los poros del separador se encogen y se bloquean, lo que impide la migración de iones de litio y evita la sobrecarga.
3) Baterías de estado sólido
Las baterías de estado sólido utilizan electrolitos sólidos para reemplazar los electrolitos líquidos inflamables presentes en las baterías líquidas tradicionales. Esto elimina fundamentalmente los riesgos de seguridad asociados con fugas y combustión de electrolitos, elevando la temperatura de desbordamiento térmico de 120 °C a más de 200 °C. Las baterías de estado sólido también son menos propensas a cortocircuitos, incendios o explosiones al ser sometidas a fuerzas externas como perforaciones. Incluso si la batería se perfora con un clavo, se corta o se dobla, puede permanecer estable.
3 El rendimiento de las baterías de litio
A continuación, presentaremos los métodos de análisis de las curvas de carga y descarga de baterías de litio, incluyendo la eficiencia de carga, las características de descarga, la evaluación de la capacidad, la evaluación de la resistencia interna y la evaluación del ciclo de vida. Al interpretar las curvas de carga y descarga, podemos comprender a fondo el rendimiento y las características de la batería, lo que proporciona una guía importante para la selección, el uso y la optimización de la misma.
El rendimiento de las baterías de litio es crucial para el funcionamiento de diversos dispositivos electrónicos y herramientas eléctricas. Las curvas de carga y descarga son uno de los métodos clave para evaluar el rendimiento de las baterías de litio, ya que reflejan visualmente los cambios de voltaje y corriente durante el proceso de carga y descarga. Al analizar estas curvas, podemos obtener información sobre parámetros clave como la capacidad, la resistencia interna y la eficiencia de la batería, lo que a su vez proporciona orientación para optimizar el diseño de la batería y mejorar su rendimiento.
4 Análisis de la curva de carga de la batería de litio
La curva de carga y descarga de una batería de litio representa la relación entre el voltaje y la capacidad de descarga de la batería, así como la curva de estado de carga (SOC). Durante el proceso de carga, el voltaje aumenta gradualmente mientras que la corriente disminuye. La pendiente de la curva de carga refleja la velocidad de carga: cuanto más pronunciada sea la pendiente, mayor será la velocidad de carga. Mientras tanto, la zona de meseta de la curva de carga indica que la batería está completamente cargada. El voltaje tiende a estabilizarse.
La eficiencia de carga es un indicador importante para evaluar el rendimiento de carga de la batería. Una mayor eficiencia de carga significa que la batería puede convertir con mayor eficacia la energía eléctrica de entrada en energía química almacenada. Al comparar la capacidad de carga real de la curva de carga con la capacidad de carga teórica, podemos evaluar la eficiencia de carga. Además, se puede observar la pérdida de energía durante el proceso de carga para identificar métodos para mejorar la eficiencia de carga.
La tensión de terminación de carga se refiere al valor de la tensión cuando la batería está completamente cargada. Ajustar correctamente la tensión de terminación de carga ayuda a evitar la sobrecarga y a prolongar la vida útil de la batería. Analizando la curva de carga, se puede determinar una tensión de terminación de carga adecuada para garantizar que la batería se cargue dentro de un rango seguro.
5 Análisis de la curva de descarga de la batería de litio
Durante la descarga, el voltaje disminuye gradualmente, y la corriente también disminuye en consecuencia. La forma y la pendiente de la curva de descarga pueden proporcionar información importante sobre el rendimiento de la batería. Una curva de descarga más plana suele indicar que la batería tiene una buena estabilidad de descarga y puede proporcionar una salida de energía estable. Además, al observar la región de meseta de la curva de descarga, podemos comprender la variación de voltaje de la batería a diferentes profundidades de descarga y evaluar su capacidad de descarga.
El área bajo la curva de descarga es proporcional al tiempo de descarga. Al calcular el área bajo la curva, podemos evaluar la capacidad de descarga de la batería. Esta capacidad influye directamente en el tiempo de uso y la duración de la batería.
6 Impacto de resistencia interna
La resistencia interna es la resistencia dentro de la batería, la cual afecta las características de descarga. Una mayor resistencia interna provoca una caída de voltaje más rápida y una menor potencia de descarga. Al analizar la curva de descarga, podemos estimar la resistencia interna de la batería y evaluar su impacto en su rendimiento.
7 Evaluación de la capacidad
La capacidad de una batería de litio se refiere a la cantidad de carga que puede almacenar. Generalmente se mide en miliamperios-hora (mAh) o amperios-hora (Ah). Al integrar las curvas de carga y descarga, podemos calcular la capacidad real de la batería. Además, se pueden realizar múltiples pruebas de ciclos de carga y descarga para observar la pérdida de capacidad y evaluar el ciclo de vida de la batería.
Evaluación de vida de 8 ciclos
La vida útil se refiere a la capacidad de una batería para mantener ciertos niveles de rendimiento tras múltiples ciclos de carga y descarga. Al observar los cambios en las curvas de carga y descarga a lo largo de varios ciclos, podemos evaluar la vida útil de la batería. Si la forma y las características de la curva se mantienen relativamente estables tras varios ciclos, indica que la batería tiene una buena vida útil. Además, la pérdida de capacidad durante el ciclo permite analizarla para predecir la vida útil total de la batería.
Conclusión
La curva de carga y descarga de una batería de litio representa la relación entre el voltaje y la capacidad de descarga de la batería, así como la curva de capacidad restante (SOC). Es un método importante para analizar y evaluar mejor el rendimiento de la batería. Al analizar la eficiencia de carga, las características de descarga, la capacidad, la resistencia interna y el ciclo de vida, se puede lograr una comprensión integral del rendimiento de la batería. Este enfoque analítico es crucial para la optimización del diseño de baterías, el control de calidad y la selección de aplicaciones. En la práctica, la combinación de diversos métodos de prueba y técnicas de análisis de datos permite una evaluación más precisa del rendimiento de la batería de litio, garantizando el funcionamiento confiable de diversos dispositivos electrónicos y herramientas eléctricas.
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