16 tipos de pilas de litio

Este es un artículo sobre la clasificación de las pilas de litio. Abarca las seis categorías comunes de pilas y también presenta las pilas de litio que aún no se han comercializado ampliamente. Siga leyendo para ver si contiene la información que busca.

Qué es una pila de litio？

“Baterías de litio” is a broad term that typically refers to batteries with lithium as the electrolyte. They transfer energy through the movement of ions between the positive and negative electrodes. You’re probably familiar with lithium batteries, as the lithium-ion batteries and lithium iron phosphate batteries we commonly use fall into this category. We usually classify lithium batteries based on their appearance, application areas, and the chemical substances they use. So, let’s explore the specific types of lithium batteries together! 

Los distintos tipos de pilas de litio

Las "pilas de litio" son un tipo de pilas químicas que suelen utilizar una sustancia química específica como material del electrodo positivo. La elección del material del electrodo positivo afecta al rendimiento de la pila. Hay muchas opciones disponibles para materiales de electrodos positivos, incluyendo óxido de cobalto de litio, óxido de manganeso de litio, fosfato de hierro de litio y materiales ternarios de níquel-cobalto-aluminio.

Empecemos presentando seis tipos de pilas de litio que quizá conozcas por su uso habitual.

6 Main Types Of Lithium Batteries Based on Battery Chemistry

• Batería de litio fosfato de hierro (LFP)

Como su nombre indica, una batería de litio hierro fosfato (también conocida como Batería LiFePO4 o LFP) es un tipo de batería de litio que utiliza fosfato de hierro y litio como material del electrodo positivo.

Ventaja

1. Excelentes prestaciones de seguridad:

El material del electrodo positivo de las pilas lifepo4 les confiere una estructura química muy estable. Además, son resistentes a altas temperaturas, por lo que es poco probable que se incendien o exploten. Puedes utilizarlas en casa con toda confianza.

2. Mayor vida útil

The chemical properties of lithium iron phosphate determine its extended cycle life. Under optimal conditions, it can withstand over 10,000 cycles, which is significantly higher than NMC batteries. This is why lifepo4 batteries are increasingly used as power sources in your daily environment. 

Por ejemplo, las baterías lifepo4 de la fábrica Delong tienen una vida útil de 6.500 ciclos y, en condiciones ideales, pueden durar aproximadamente 12 años.

3. Respetuoso con el medio ambiente

Los materiales utilizados en las pilas LFP se encuentran habitualmente en el medio natural. Estas pilas no contienen metales raros, evitan la extracción excesiva de recursos y no contaminan el medio ambiente. 

4. Adecuada como batería de sustitución de plomo-ácido

A LiFePO4 battery has a rated voltage of 3.2V per individual cell. By connecting cells in series, you can achieve higher voltages. For example, when four battery cells are connected in series, the total voltage reaches 12.8V. In fields where stable, safe, and long-lasting energy supply is required, lifepo4 batteries are the preferred alternative to lead-acid batteries.

Desventaja

1. Coste ligeramente superior

Según los informes, el precio mínimo de las baterías lifepo4 en 2020 era de $80 por kilovatio-hora. En general, el coste de fabricación sigue siendo ligeramente superior al de otros tipos de baterías.

2. Densidad energética relativamente baja

En 2020, las baterías lifepo4 fabricadas por CATL (un conocido fabricante) tenían una densidad energética máxima de 160 vatios-hora por kilogramo (Wh/kg). Sin embargo, la densidad energética máxima de las baterías NMC ya ha superado los 300 Wh/kg.

Aplicación

1. Sistemas de almacenamiento de energía

Due to the safety performance and longer lifespan of lifepo4 batteries, significant manufacturers are keen to use them in residential energy storage systems and solar energy storage systems. Perhaps your house is already equipped with a wall-mounted battery made from lifepo4 cells. 

2. Vehículos eléctricos

Las baterías Lifepo4 suministran energía de forma instantánea y se utilizan habitualmente como fuente de energía para vehículos eléctricos. Por ejemplo, las bicicletas eléctricas, carretillas elevadorascoches eléctricos, autocaravanasy los barcos suelen utilizar Batería de 12 V LFPs.

3. Dispositivos móviles

Esto incluye cigarrillos electrónicos, linternas, modelos controlados por radio, dispositivos electrónicos portátiles, sensores industriales y los ordenadores portátiles que utiliza en el trabajo. 

• Batería de óxido de litio y cobalto (LCO)

La batería de óxido de litio y cobalto (batería LiCoO2) es un tipo de batería de iones de litio que utiliza óxido de litio y cobalto (LiCoO2) como polo positivo. electrodo y grafito como electrodo negativo. Además de los electrodos positivo y negativo, también consta de un electrolito y un separador. 

Ventaja

1. Alta densidad energética

Las baterías de litio-óxido de cobalto tienen una densidad de energía relativamente alta, lo que les permite almacenar más energía y prolongar la vida útil de sus dispositivos.

2. Larga vida útil

La vida útil de las baterías de litio-óxido de cobalto suele oscilar entre varios cientos y mil ciclos. Aunque puede que no iguale la vida útil de las baterías de LFP o de iones de litio, sigue siendo bastante buena en comparación con otros tipos de baterías.

3. Buena coherencia

Las baterías de litio-óxido de cobalto presentan un rendimiento estable y una excelente consistencia del producto.

Desventaja

1. Coste ligeramente superior

El cobalto es un recurso metálico escaso, con una oferta limitada y precios relativamente altos. Por eso, las baterías de litio-óxido de cobalto tienen un coste ligeramente superior.

2. Seguridad

Las baterías de litio-óxido de cobalto son poco seguras. Debido a su intolerancia a las altas temperaturas, son propensas al desbordamiento térmico durante la sobrecarga, lo que puede provocar incendios o explosiones.

Aplicación

El voltaje nominal de una batería de óxido de cobalto y litio es de 3,7 V, y se utiliza principalmente en dispositivos electrónicos portátiles como teléfonos móviles y ordenadores portátiles.

• Lithium Manganese Oxide Battery (LMO)

Una batería de litio que utiliza óxido de litio y manganeso como material del electrodo positivo se denomina batería de óxido de litio y manganeso. Dentro de la batería de OVM también hay materiales de electrodos negativos, un electrolito y un separador. En función de este material de electrodo positivo, se pueden observar las siguientes ventajas y desventajas:

Ventaja

1. Bajo coste de fabricación

Las baterías de litio-óxido de manganeso tienen un coste bajo, ya que los recursos de materia prima son abundantes y relativamente baratos.

2. Alta densidad energética

Ofrecen una gran densidad energética, lo que les permite suministrar energía sostenida a los dispositivos durante un periodo prolongado.

3. Impacto medioambiental mínimo

Las materias primas utilizadas en estas baterías tienen la toxicidad más débil entre todos los materiales de electrodos positivos de las baterías de litio, lo que se traduce en un impacto medioambiental mínimo.

4. Resistencia a altas temperaturas

Las baterías de OVM pueden funcionar en un intervalo de temperaturas de -50 °C a 45 °C, y su riesgo de desbordamiento térmico es relativamente bajo.

Desventaja

1. Menor capacidad específica

Las baterías de litio-óxido de manganeso tienen una capacidad específica menor y su capacidad disminuye gradualmente al aumentar los ciclos de carga.

2. Alta resistencia al calor

Aunque presentan una gran resistencia a los choques térmicos, existe riesgo de incendio y explosión en caso de cortocircuito o sobrecarga.

3. Ciclo de vida limitado

Estas baterías tienen menos ciclos de carga, lo que se traduce en una vida útil relativamente más corta.

Aplicación

La batería de litio-óxido de manganeso tiene una buena tasa de rendimiento y puede utilizarse como fuente de energía para algunos vehículos eléctricos. También tiene aplicaciones en dispositivos electrónicos portátiles, herramientas eléctricas y otros campos.

• Batería de titanato de litio (LTO)

La batería de litio-titanato, también conocida como batería de litio-óxido de titanio (LTO), tiene óxido de litio-titanio como material de electrodo positivo y grafito como material de electrodo negativo. La batería LTO es un nuevo tipo de batería de iones de litio, recargable y que funciona a una tensión de 2,4 V.

Ventaja

• Larga vida útil

En condiciones ideales, las baterías LTO pueden soportar decenas de miles de ciclos de carga y descarga.

• Carga y descarga a alta velocidad

Estas baterías pueden cargarse y descargarse rápidamente a altas velocidades.

• Buenas prestaciones de seguridad

Las baterías LTO presentan una tensión de descarga estable, lo que contribuye a su seguridad.

• Amplia gama de temperaturas de funcionamiento

Amplia gama de temperaturas de funcionamiento. Funcionan bien incluso en entornos de altas y bajas temperaturas.

• Respetuoso con el medio ambiente

Estas pilas son verdes y ecológicas, ya que no contienen metales como el cobalto.

Desventaja

• La densidad energética es ligeramente inferior a la de otras baterías de iones de litio.
• Los costes de fabricación son relativamente altos.
• Sigue habiendo problemas de hinchazón.
• Hay diferencias en la consistencia de la batería.

Aplicación

Debido a su gran seguridad, estabilidad y vida útil, las baterías de titanato de litio tienen una gran demanda en vehículos de nueva energía, vehículos eléctricos, barcos, sistemas de almacenamiento de energía y equipos industriales.

• Batería de litio, níquel, manganeso y óxido de cobalto (NMC)

Los elementos constitutivos de las baterías de óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto son el litio (Li), el níquel (Ni), el manganeso (Mn), el cobalto (Co) y el oxígeno (O). Su fórmula química es LiNiMnCoO2, abreviada como NMC, Li-NMC, LNMC o NCM.

Ventaja

Entre los materiales que la componen, el níquel y el manganeso determinan que las baterías NMC tengan una mayor densidad de energía y duración de ciclo, mientras que el cobalto proporciona un buen rendimiento de seguridad.

Desventaja

El cobalto es escaso y caro, por lo que el coste de fabricación de las baterías NMC tiende a ser elevado.

Aplicación

Como puede ver, las baterías Li-NMC tienen muchas ventajas. Por eso, sus campos de aplicación también están muy extendidos, como los coches eléctricos para uso en exteriores, los dispositivos electrónicos móviles que utilizas y los sistemas de almacenamiento de energía solar utilizados con fines residenciales y comerciales.

• Batería de litio, níquel, cobalto y óxido de aluminio (NCA)

El material del electrodo positivo de la pila de litio níquel cobalto óxido de aluminio es el litio níquel cobalto óxido de aluminio, abreviado como Li-NCA, LNCA o NCA, que contiene litio (Li), níquel (Ni), cobalto (Co) y óxido de aluminio (Al₂O₃).

Ventaja

La densidad energética de la NCA es superior a la del óxido de cobalto de litio y el fosfato de hierro y litio. Tiene un ciclo de vida largo, por lo que las baterías de NCA pueden mantener su estado de funcionamiento durante mucho tiempo, y su velocidad de carga es vertiginosa. Esto le ahorrará mucho tiempo.

Desventaja

Los limitados recursos de elementos de níquel y cobalto han hecho que el coste de fabricación de las baterías NCA sea ligeramente superior.

Aplicación

Las baterías de litio-níquel-cobalto-óxido de aluminio tienen una alta densidad energética. Por eso son muy demandadas en sectores que requieren baterías de larga duración, como los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía.

Other Lithium Batteries Based on Battery Chemistry

• Batería de metal de litio

Las pilas de litio metal son pilas de litio con metal de litio como material anódico, que se dividen a su vez en pilas primarias no recargables y pilas secundarias recargables.

Ventaja

Las baterías de metal de litio tienen una alta densidad energética, lo que les permite almacenar una gran cantidad de energía, garantizando que sus dispositivos puedan funcionar durante largos periodos. Incluso si no utiliza la batería durante mucho tiempo, pueden mantener una carga relativamente alta gracias a su baja tasa de autodescarga. Además, tienen un ciclo de vida largo, lo que las hace adecuadas para dispositivos en los que no es necesario sustituir la batería con frecuencia. 

Desventaja

Del mismo modo, los recursos de metal de litio no son abundantes. Cuando se utiliza como materia prima de las baterías, su coste sigue siendo relativamente elevado. La extracción frecuente también tiene un impacto en el medio ambiente, y la eliminación inadecuada de las baterías puede provocar contaminación. Además, en términos de seguridad, las baterías de litio metálico son algo sensibles a la sobrecarga, la sobredescarga y las altas temperaturas. 

Aplicación

En campos como los dispositivos electrónicos portátiles, los vehículos eléctricos, los sistemas de almacenamiento de energía, la industria aeroespacial y otras áreas, las baterías de metal de litio siguen siendo bastante comunes.

• Batería de iones de litio

Lithium-ion batteries are familiar pilas recargables that provide energy through the flow of lithium ions between positive and negative electrodes.

Ventaja

1. Sin efecto memoria

Las baterías de iones de litio no presentan efecto memoria, lo que permite cargarlas en cualquier momento.

2. Almacenamiento de alta energía

Estas pilas pueden almacenar una gran cantidad de energía, lo que las hace convenientes para su uso a largo plazo.

3. Baja tasa de autodescarga

Incluso durante largos periodos de inactividad, las baterías de iones de litio mantienen un bajo índice de autodescarga.

4. Larga vida útil

Pueden soportar miles de ciclos de carga y descarga, lo que se traduce en una larga vida útil.

Desventaja

1. En las últimas fases de uso, las baterías de iones de litio experimentan una degradación de su capacidad.
2. Las prácticas inadecuadas, como la sobrecarga o la sobredescarga, pueden afectar a la vida útil de las baterías de iones de litio e incluso provocar una explosión.

Aplicación

El uso de las baterías de iones de litio está muy extendido, desde pequeños teléfonos móviles a coches eléctricos, y desde aplicaciones de interior a exteriores.

• Batería de polímero de litio 

Las baterías de polímero de litio son baterías recargables que utilizan polímeros como electrolitos. Pertenecen a la categoría de baterías de iones de litio, y también se conocen como baterías de polímero de iones de litio (abreviadas como LiPo, LIP, Li-poly, litio-poly, etc.).

Ventaja

1. Las pilas de polímero de litio no tienen efecto memoria, y su tasa de autodescarga también es baja. y no contienen metales nocivos. Además, no contienen metales nocivos, por lo que no hay que preocuparse por su impacto medioambiental.

2. Las baterías de polímero de litio pueden hacerse tan finas como 0,5 mm, lo que las hace muy adecuadas para dispositivos pequeños y móviles, y su forma puede diseñarse arbitrariamente.

3. Estas baterías ofrecen una alta densidad de energía, lo que se traduce en un mayor tiempo de funcionamiento que las baterías de iones de litio.

Desventaja

1. El precio es tan elevado como el de las baterías de iones de litio.
2. Es sensible a la temperatura y requiere mucha atención durante la carga y la descarga. Lo mejor es contar con un sistema de gestión de baterías (BMS) específico.

Aplicación

Las baterías de polímero de litio tienen espacio de aplicación en dispositivos móviles, herramientas eléctricas, vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía, como los productos de Apple y empresas automovilísticas japonesas como Toyota.

• Batería cerámica de litio

Es posible que no utilices a menudo las baterías cerámicas de litio, que son baterías especiales de iones de litio compuestas normalmente de materiales cerámicos de óxido como electrodo positivo.

Ventajas e inconvenientes

Aunque el coste de fabricación de las baterías cerámicas de litio no es bajo, el material cerámico de óxido utilizado en el electrodo positivo le permite mantener un buen rendimiento incluso a altas temperaturas y es menos susceptible a los efectos térmicos.

Además, el electrolito de las baterías cerámicas de litio es un material sólido, que puede resistir impactos de alta intensidad y perforaciones, lo que lo hace relativamente seguro, pero esto también hace que su conductividad sea relativamente pobre.

Aplicación

Como batería especializada, se utiliza habitualmente en entornos con elevados requisitos de seguridad, como la industria aeroespacial, los equipos militares, los dispositivos médicos y la automatización industrial.

• Batería de litio y yodo

Las pilas de litio-yodo utilizan metal de litio como material de electrodo positivo y yoduro como material de electrodo negativo. Completan la carga y descarga mediante el proceso de separación y combinación de iones de litio y yodo.

Ventaja

Las baterías de litio-yodo no sólo tienen una alta densidad energética y una larga vida útil, sino que también pueden cargarse en poco tiempo, lo que mejora enormemente la eficiencia del uso de la energía. Además, también es muy respetuosa con el medio ambiente.

Desventaja

Cuando las pilas de litio-yodo no funcionan, tienen un alto índice de autodescarga y son propensas a la pérdida de energía. Además, ten cuidado de no sobrecargarlas ni descargarlas.

Aplicación

La alta densidad energética que poseen las baterías de litio-yodo las hace muy populares en escenarios que requieren una producción de energía a largo plazo, como los sistemas de almacenamiento de energía, los equipos médicos, los equipos militares, los equipos de buceo, la industria aeroespacial y la aviación.

• Batería de litio-grafeno

Las baterías de litio-grafeno utilizan óxido metálico de litio como ánodo y grafeno como agente conductor. Aunque su estructura es similar a la de las baterías de iones de litio, su rendimiento es superior.

Ventaja

El grafeno, como conductor, aumenta la densidad energética de la batería, mejora la conductividad y aumenta significativamente la eficiencia de carga y descarga. Incluso a altas temperaturas, la batería puede seguir funcionando de forma estable.

Desventaja

Habrá pensado que el coste de fabricación de las baterías no es bajo, ya que el grafeno se utiliza como materia prima.

Aplicación

El sistema de baterías de potencia necesita drásticamente este tipo de baterías con alta densidad de energía. Por supuesto, aplicaciones como los dispositivos electrónicos portátiles también la necesitan en gran medida para la carga rápida.

• Batería de litio-azufre

Las baterías de litio-azufre son baterías recargables y, al mismo tiempo, un nuevo tipo de baterías de alta densidad energética. Su material de electrodo positivo es azufre o sulfuro, y su material de electrodo negativo es litio metálico. Actualmente están en proceso de comercialización gradual.

Ventaja

En comparación con las baterías de iones de litio, las de litio-azufre no sólo son más respetuosas con el medio ambiente y tienen menores costes de fabricación, sino que también presentan una mayor densidad energética.

Desventaja

La conductividad del azufre en las baterías de litio-azufre es pobre, y la eficiencia de carga y descarga no es alta. Además, la batería tiene un ciclo de vida corto y un rendimiento inestable.

Aplicación

Su densidad energética superior a la de las baterías de iones de litio también le otorga un lugar en los campos del almacenamiento de energía, los vehículos eléctricos, el ejército, etc.

• Batería de litio-silicio

La batería de litio-silicio utiliza silicio como material anódico y litio metálico como material catódico. Es un nuevo tipo de tecnología de baterías de iones de litio que actualmente se está comercializando de forma gradual.

Ventajas e inconvenientes

Las baterías de litio-silicio pueden almacenar más capacidad. El silicio abunda en la naturaleza, por lo que no hay que preocuparse por alterar el equilibrio medioambiental, y también se espera que reduzca el coste de fabricación de la batería. Sin embargo, el silicio también puede afectar a la vida útil de la batería.

Aplicación

Adecuado para el desarrollo en áreas que requieren alta densidad energética, como sistemas de almacenamiento de energía, vehículos eléctricos, etc.

• Batería de litio fósforo

Las baterías de litio-fósforo están aún en fase de investigación y desarrollo. Son baterías recargables que utilizan litio como ánodo y materiales a base de fósforo como cátodo. Se espera que tengan una densidad energética relativamente alta.

• Batería de litio Aair

Las baterías de litio-aire utilizan la reacción química entre el oxígeno y el litio para generar electricidad, y actualmente se encuentran aún en fase de investigación y desarrollo. Se espera que tengan mayor densidad energética y podrían convertirse en un punto de inflexión crítico en el campo de las energías renovables.

Basado en la estructura de la batería

Según su aspecto y estructura, las baterías de litio pueden dividirse en tres tipos. Estos tres tipos son las tres formas principales de encapsulación, que pueden superar las limitaciones de espacio, aplicarse a diferentes escenarios y dispositivos, y satisfacer diversas necesidades de uso.

• Batería cilíndrica de litio

Como su nombre indica, una pila de litio cilíndrica utiliza un carcasa cilíndrica de acero as its packaging material. These batteries have a compact overall size, and you often encounter them in everyday life. Common models of cylindrical lithium batteries include 14650, 17490, 18650, 21700, and 26650. They are widely used in devices such as laptops and power tools. 

• Batería prismática de litio

Las baterías de litio prismáticas tienen una estructura más sencilla que las cilíndricas. Suelen utilizar una carcasa de aluminio como envoltorio externo, lo que se traduce en un peso total más ligero. Debido a su gran capacidad y alta densidad energética, las baterías de litio cuadradas se utilizan habitualmente en dispositivos portátiles como teléfonos móviles, tabletas y drones.

• Lithium Pouch Cell

La Lithium Pouch Cell es una pila de iones de litio con una cubierta exterior de polímero que envuelve el exterior de la pila líquida de iones de litio, utilizando una película de aluminio-plástico para el embalaje en la estructura.

Ventaja

1. Buenas prestaciones de seguridad

Sin duda, la seguridad es su principal preocupación. Sin embargo, el envasado de película de aluminio-plástico sólo hará que se hinche y se rompa cuando surjan problemas, en lugar de explotar como las pilas de carcasa de aluminio.

2. Relativamente ligero

Para la misma capacidad, el peso de las baterías de litio en envase blando es 40% más ligero que el de las baterías de litio con carcasa de acero y 20% más ligero que el de las baterías de litio con carcasa de aluminio.

3. La forma se puede ajustar libremente

Puede solicitar completamente a los fabricantes que ajusten de forma flexible la forma de la pila de bolsa de litio según sus necesidades y que desarrollen nuevos modelos de pila. 

Desventaja

Las pilas de litio en bolsa tienen poca consistencia. Desarrollar nuevos modelos es costoso, y además son menos resistentes a los golpes. Son propensas a las fugas por impacto o compresión.

Aplicación

Las pilas de litio en bolsa son relativamente finas y tienen una forma flexible. Son muy adecuadas para dispositivos portátiles delgados y escenarios con espacio limitado o requisitos de forma personalizada.

Según la aplicación de la batería

Al clasificarlas por campos de aplicación, descubrirá que las pilas de litio desempeñan un papel indispensable en su vida.

• Batería de almacenamiento de energía

Las baterías de litio se utilizan ampliamente en sistemas de almacenamiento de energía domésticos, comerciales e industriales, así como en la reducción de picos en la red eléctrica. Pueden proporcionar a los usuarios energía de reserva estable y ahorrar costes de electricidad.

• Batería

La gran capacidad y alta densidad energética de las baterías de litio hacen que desempeñen un papel crucial en el campo del transporte eléctrico.

• Consumer Lithium Battery

Las baterías de litio se utilizan ampliamente en dispositivos electrónicos portátiles, como teléfonos móviles, tabletas, ordenadores portátiles y cámaras digitales.

¿Qué tipo de batería de litio es mejor?

No existe lo mejor en absoluto; sólo existe lo más adecuado. El mismo principio se aplica a la elección de las pilas de litio, porque cada tipo tiene sus ventajas, desventajas y aplicabilidad. Aunque las baterías de iones de litio, las de fosfato de hierro y litio y las de polímero de litio son muy populares en el mercado, para elegir la mejor batería de litio hay que tener en cuenta los requisitos específicos de uso. Puede comparar factores como la seguridad, la densidad energética, la vida útil y el peso.

Conclusión

Hay varios tipos de pilas de litio, y los anteriores son sólo los más comunes. Espero que le sean útiles para su estudio de las pilas de litio.