Baterías de Litio…Que es?

Baterías de Litio/Litio-Ion/Li-Ion…Que es?

Hay tres tipos de baterías de iones de litio a base de materiales catódicos diferentes, son el óxido de cobalto, óxido de manganeso y fosfato de hierro.

La batería de óxido de cobalto/litio tiene la ventaja de su alta densidad de energía, pero acarrea graves problemas de seguridad. La batería de litio/óxido de manganeso es la de mayor utilización por sus características y seguridad pero su mal rendimiento a altas temperaturas es su mayor inconveniente mientras que las de litio/fosfato de hierro tiene las mejores características de seguridad, ciclo de vida largo (mas de 2000 ciclos) y una buena disponibilidad.

Las baterías recargables con base de litio están disponibles en dos composiciones químicas similares: cilíndricas/tubulares de ión de litio (Li-Ion) y planas de polímero de litio (Li-Po). Ambas producen entre 3,6 y 3,7 voltios. Las baterías de litio proporcionan más densidad energética que las baterías de níquel, lo que da lugar a una mayor autonomía de batería en un diseño más ligero, ya que el litio es el metal más liviano que existe.

I = Lithium Ion
C/M/F = cobalt/manganese/iron phosphate chemistry
R= (Round)
Chemistry:
ICR-LCO= Lithium cobalt oxide (traditional), Samsung 26F,
INR/NCA= Li-aluminum: Panasonic 18650PF, Panasonic 18650B, LG MH1
IMR-LMO= Lithium manganese oxide cylindrical cell
INR/NMC= Lithium manganese nickel: Samsung SDI, Sony VTC4, Sony VTC5, LG 
HE2-IFR-LFP= Lithium iron phosphate cylindrical, 3.2v

La batería de Litio también denominada batería Li-Ion, funciona de la siguiente manera, es una pila recargable con dos o mas celdas donde están separados los iones de litio, cuando funciona en modo de descarga los iones de una y otra celda se combinan químicamente para formar el elemento estable, esta combinación se produce de forma exo-térmica, es decir, produce energía que es la que se aprovecha, cuando se ha agotado la batería es porque todos los iones están en su estado fundamental y no quedan mas para seguir combinándose.

Las baterías utilizan las reacciones electro-químicas para producir una corriente eléctrica. Esencialmente, la energía química del material almacenada en la batería se convierte en energía eléctrica a través de una reacción química. La batería consta de tres elementos, un cátodo, un ánodo y un electrolito para separarlas.

Una reacción química se produce cuando hay un exceso de electrones en el ánodo. Éstos simplemente no pueden escapar al cátodo debido a que los dos están separados por el electrolito. Cuando la batería está conectada a un circuito, los electrodos se ejecutan a través del circuito desde el ánodo al cátodo y la energía se pueden extraer de éstos a lo largo del camino.

Capacidad Real

La capacidad real de una batería es la que se indica como típica, la capacidad que se indica en las baterías suelen ser la calificada por el fabricante como (Rated), entonces cual es la real?, la real suele indicarse en los pdf de las celdas utilizada o en la descripción de la batería como típica y es la capacidad total de la celda de litio.

Si la batería está protegida la descarga de su capacidad nunca será la indicada debido a que la protección de la misma PCM cortará el suministro a 2.75v+/- por tanto una buena parte de la capacidad (30%+/-) se queda en la celda de litio.

Hay muchas dudas sobre esta información, algunos fabricantes indican un valor sobre dimensionado en la capacidad y ante esto pueden pasar dos cosas, o que es una falsificación o que la que indican es la descarga máxima de la batería o valor típico antes del corte del PCM.

Potencia/Power = Voltaje x Corriente
 W = 3.7V x 10A
 W = 32
Energía = Voltaje x Corriente x tiempo
 W tiempo = V x I x tiempo
 W hora = 3.7V x [3.000 mAh]/3.7V x 3 Ah 
 Wh = 11.1

Ver más abajo en Capacidades Máximas hasta 2017:

Ver los Test que hemos realizado de algunas balerías

Fecha de elaboración de algunas baterías como las Panasonic

panasonic-18650-baterias-fecha-de-elaboracionsanyo-18650-baterias-fecha-de-elaboracion¿Por qué debería importarme?

Buscar el código de fecha de su celda puede ayudar a confirmar o negar si es una falsificación o no. También puede ayudarle a determinar si el vendedor es honesto acerca de la fecha de producción de sus células. Aprender la fecha de producción también puede ayudarle a predecir con mayor precisión la capacidad de la celda sin herramientas especiales.
Por último – la seguridad. Si una celda es vieja debe ser más cauteloso.
¿Qué significa si mi batería de Litio es vieja en el momento de la compra?
Todo depende de las condiciones de almacenamiento (es decir, la temperatura y luego el voltaje).
Los grandes fabricantes (Samsung, LG, Sanyo, etc.) garantizan sus celdas hasta 6 meses después de la producción.
Por tanto, si su celda tiene 12 meses o menos en el momento de la compra, puede considerarse en “condiciones óptimas”, ya que el fabricante-distribuidor tiene suficiente confianza para garantizarlas a esta edad.
La mayoría de las baterías de Litio se pueden almacenar durante un período de 1 a 2 años sin pérdida significativa de capacidad, pero sólo si las condiciones de almacenamiento son correctas.
Mi batería tiene más de 2 años, ¿es peligroso?. Todo depende.
Hay muchas personas que utilizan sus celdas durante muchos años y no tienen problemas. Una celda que ha sido almacenada correctamente durante dos años puede ser una celda óptima! A menudo la pérdida de capacidad que hace que una celda sea inutilizable es visible a simple vista (óxido, fugas, arañazos, etc).
Muchas celdas de Litio, incluyendo las de Panasonic en los coches eléctricos de Tesla, están clasificadas hasta siete años de uso. Pero esto es bajo condiciones óptimas.

Estructura de las Tubulares de Litio y Planas liPo

La química más común para las baterías de litio tiene un ánodo de litio metálico, el dióxido de manganeso como un cátodo y una sal de litio disuelta en un disolvente orgánico como el electrolito. Despiece y sección de una batería de Litio tipo 18650

648px-Lithium-Ion_Cell_cylindric-300x277T2EejAXc8XXXXXXXXX_!!1066677454Nueva Batería Ultrafire con cargador incluido por Usb que se recarga con cualquier cargador de móviles, tabletas o el cargador de mechero para móvil.

uf18-3400-usb-3400mahEstructura y su interior

Comprobamos que usa Panasonic NCR18650B de 3400mAh

us-18650-ultrafireNOTICIA de última hora

Ultrafire ha sacado al mercado nuevas versiones con la tecnología SG Tech. (PCM/BMS) en el polo positivo. Previene el accidente causado por cortocircuito de la cinta de níquel que conecta entre los terminales positivo-negativo de los electrodos de la celda.  Equipado en ambos extremos con un protector S.S niquelado, garantizando una alta resistencia al impacto, buena conductividad eléctrica y resistencia a la oxidación.

Baterías Falsas por dentro

DSC_9673Interesante estudio sobre las baterías de Litio

Detalle de una Batería de Litio

Hay que tener en cuenta que una batería protegida es algo más larga que la que no lo es, es decir alrededor de 2 a 4mm más larga.

panasonic-ncr18650b-protectedDetalle bateria litioUn pcm de una 18650 protegida

pcm-ncr18650Vista del litio con un microscopio. 

Las partículas rojas contienen litio, y las verdes no.

th_a3127721f406470335aaf11380989549_57631_webQue es el Ratio “C”

Se denomina ratio “C” la capacidad de descarga máxima de la batería, por ejemplo una batería de 2400mA y con C de ratio, admite una descarga máxima de 2.400mA, es decir que se puede conectar una carga de hasta 2.4A, lo mismo ocurre con el ratio de carga pero en el proceso de recarga.

De todo esto se deducen varias cosas, primera, que no es bueno dejar agotar totalmente una batería por debajo de 2.75v ya que cuando TODOS los iones forman el átomo estable, es mas difícil y se necesita mas energía para iniciar la ruptura de los átomos y por tanto la carga, con el consiguiente perjuicio para le estructura de celdas y su agotamiento total. Vida útil: 400~500 ciclos de carga-descarga.

Ventajas

  • Una elevada densidad de energía: Acumulan mucha mayor carga por unidad de peso y volumen.
  • Poco peso: A igualdad de carga almacenada, son menos pesadas y ocupan menos volumen que las de tipo Ni-MH y mucho menos que las de Ni-Cd y Plomo.
  • Alto voltaje por célula: Cada batería proporciona 3 o 3,6/3.7 voltios, lo mismo que tres baterías de Ni-MH o Ni-Cd (1,2 V cada una).
  • Carecen de efecto memoria.
  • Descarga lineal: Durante toda la descarga, el voltaje de la batería varía muy poco. es una ventaja, ya que es muy fácil saber la carga que almacena la batería.
  • Muy baja tasa de auto descarga: Cuando la guardamos, ésta se descarga progresivamente aunque no la usemos. En el caso de las baterías de Ni-MH, esta auto descarga puede suponer más de un 20% mensual. En el caso de Li-Ion es de menos un 6% en el mismo periodo. Mucha de ellas, tras seis meses en reposo, pueden retener un 80% de su carga.

Inconvenientes

  • A pesar de todas sus ventajas, esta tecnología no es el sistema perfecto para el almacenaje de energía, pues tiene varios defectos, como pueden ser:
  • Duración media: Depende de la cantidad de carga que almacenen, independientemente de su uso, aproximadamente 500 ciclos.
  • Tienen una vida útil de unos 2-3 años o más si se almacenan con un 40% de su carga máxima.
  • Soportan un número limitado de cargas: entre 300 y 500, menos que una batería de Ni-Cd/Ni-MH, por lo que hoy día ya empiezan a ser consideradas en la categoría de consumibles.
  • Su fabricación es más costosa que las de Ni-Cd/Ni-MH, si bien actualmente el precio baja rápidamente debido a su gran penetración en el mercado.
  • Peor capacidad de trabajo en frío: Ofrecen un rendimiento inferior a las baterías de Ni-Cd/Ni-MH a bajas temperaturas, reduciendo su duración hasta en un 25%.

Formas y tamaños

La mas conocidas son la cilíndricas o tubulares que se usan en cámaras de fotografía y video, MP4, Ipod, Linternas, Tabletas, etc.LiFePO4 Battery Cells

UltraFire_CR123A_800mAh_3V_00ICR123 baterias-1044010440 ultrafire-1750017500 trustfire-protetto-tr-18500-3-7v-1800mah-batterie-ricaricabili-li-ion-2-pack-grigio_jjjskb133661438787118500
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La mayoría se identifican mediante código numérico que corresponden con las medidas (diámetro x largo), por ejemplo, las 18650 su medida es 18x65mm, las 14500 (14x50mm), las 26650 (26x65mm) y así sucesivamente con excepción de las CR123 o RCR123 que son similares a las 13640 (16x34mm).

Baterías de Litio tipo 6F22 (9v)

Utilizan un electrolito tipo gel de polímero (Li-Po). Tienen una densidad de energía 20% más que las baterías de iones de litio típicas (500mAh en capacidad), duran 2-3 veces más que las Ni-MH recargables de 9V y mantienen su carga durante más tiempo. Básicamente se componen de dos celdas planas de 3.7v en serie y com protección (PCM) y su voltaje real es de 7.4v y se pueden recargar con cualquier cargador de 8.4 a 12v porque están protegidas.

Especificaciones:

  • Voltaje: 7.4V
  • Voltaje de carga: 8.4v-12v
  • Mínimo Voltaje de descarga: 5.5v
  • Mínima capacidad: 350mAh
  • Protección: Si mediante PCM con corte a 5.5v y 8.4v
  • Capacidad estándar: 500~650mAh
  • Máxima descarga: 500~600mAh
  • Ciclos de vida: > 300 ciclos de carga-descarga
  • Dimensiones: 17x28x49.5mm +/-1mm
  • Peso: 25~29 gramos

Veamos como son

Capacidades Máximas hasta 2017:

18650: desde 1.600mA hasta 3.450mA

17670: desde 1.600mA hasta 1.800mA

10440: desde 300mA hasta 600mA

14500: desde 400mA hasta 900mA

CR/RCR123: desde 300mA hasta 800mA

18350: desde 600mA hasta 1.200mA

18500: desde 800mA hasta 1.800mA

16340: desde 400mA hasta 1.200mA

25500: desde 3.000mA hasta 4.000mA

26650: desde 3.000mA hasta 5.000mA

32650: desde 4.000mA hasta 6.000mA

Ver Baterías Falsas del mercado

Tipos de contactos de las baterías

Una imagen vale más que Mil palabras

Contactos de bateriasBaterías Panasonic NCR18650/A/B/PF, las hay también protegida.

Ver los Test

Panasonic Made in China o Japan?

El grupo Sanyo-Panasonic tiene varias fábricas ubicadas en Osaka y Kinokawa City Wakayama Japón, Jiangsu Suzhou China, India Jhajjar, Nevada y Palo Alto USA en colaboración con Tesla Motors, debido a la gran demanda mundial y especialmente para los vehículos eléctricos TESLA.

NCR18650-A-B-PFEsta versión se fabrica especialmente para los vehículos eléctricos de Tesla

cell_top for Tesla onlyUltrafire y sus Baterías por dentro. Ver los Test

Además de las tubulares están las planas o prismáticas denominadas LiPo (polímero de litio). 

Lanzadas al mercado en 1996, las baterías de polímero de litio o “LiPo” son una variante de las baterías de ion de litio. El diseño basado en polímeros ayuda a eliminar la caja metálica de las baterías de litio tubulares, lo que las hace más livianas e ideales para teléfonos móviles, ordenadores de bolsillo y otros dispositivos electrónicos similares. 

T2eC16FHJHwFG2JIDeD+BSbBoiNp960_57-300x244099e_1celula 3.7v 600mah-20cLiPo 062035P 3.7v 400mA PcmDetalle de una batería LiPo prismática

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Existen muchas configuraciones de voltaje que se componen de x celdas en series que multiplicado por 3.7v nos dan el voltaje total, ejemplo 2S= dos de 3.7v =7.4v, 3S=11.1v, 4S=14.8v y así sucesivamente.

Estas baterías han de ser recargadas con cargadores específicos para LIPO, no valen otros tipos de cargadores, ni rápidos ni lentos, puesto que el método de carga es muy particular, es muy recomendable usar un cargador con equilibrador de carga para cada celda.

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17 comentarios en “Baterías de Litio…Que es?”

  1. Recien comienzo a leer los post de esta pagina y veo sumamente interesante mucha de la informacion que aqui comparten, Gracias y ojala y este sitio no lo abandonen y sigan compartiendo ams informacion y articulos hacerca de las baterias y los elemetos de test y carga de estas.

  2. Tengo un blower de jardinería de la marca Black and Decker, que trabaja con una batería de litio de 18v y deseo saber si esa batería es recargable o desechable una vez que se descarga. Las instrucciones dicen que su duración es de 18 meses.

    1. No nos indica el modelo pero si es de 18v es Litio y recargable, deberá tener el cargador que suele enviarse con el equipo.
      La duración de 18 meses es la vida de la batería de litio

  3. Hola,
    tengo una batería de ION-LITIO de 36V y 16Ah para una bicicleta eléctrica.

    Cuando la batería esta plenamente descargada tiene 35V y cuando está plenamente cargada tiene 42,2V. Carga a un ritmo de 1,8V cada hora, empleando 4 horas en la carga completa.

    ¿ Cómo se puede saber sin abrir la batería sí tiene 16Ah de capacidad real ?. ¿ Se puede determinar mediante algún tester ?

    Muchas gracias.

    Un saludo.

  4. Hola.
    Antes que nada felicitaros por el artículo, realmente muy completo, y explicado para neófitos como yo.
    No tengo mucha experiencia con la electrónica en general, estoy empezando. Tengo intención de comprar un mini panel solar que proporciona 5V, 750 mA máximo, y mi intención era utilizarlo para cargar baterías Li-Ion 18650 mediante un cargador conectado por un lado a la batería y por otro al panel.
    Mi pregunta es ¿puedo estar al mismo tiempo consumiendo corriente de la batería? Mi intención es que el montaje sirva como fuente de alimentación para un robot controlado por un Arduino.
    Gracias de antemano.

    1. Por supuesto que puede consumir mientras carga pero tenga en cuenta la corriente de descarga que sea igual-inferior a la de carga.

      Por ejemplo, tenemos una celda de 3.000mAh, descargando con una corriente de 500mA dispondremos de +/- seis horas de autonomía y la estamos cargando con una corriente de 500mAh, tendremos una reserva de +/-3.000mAh mientras estemos cargándola, lo importante es que la corriente de descarga no sea muy superior a la descarga para disponer siempre de una reserva.
      Lo ideal es que la corriente de carga sea algo superior a la descarga.

      El proceso de carga y descarga es como el símil de un vaso de agua que lo llenamos por arriba y lo vaciamos por debajo al mismo tiempo, cuanta agua tendremos en el vaso?, dependiendo del cauda de vaciado. 😉

  5. ¿Cuantas horas se debe dejar cargar una batería de litio de 350 mAh de los auriculares BLUE TOOTH TM-003 luego de ya haberla cargado antes?
    ¿Y cuanto debe durar ?

    1. Depende del cargador y la corriente de carga, los cargadores cuando finalizan la carga dejan de ofrecer corriente y los buenos cargadores solo ofrecen una carga de goteo de muy pocos mili amperios.

    1. Si no podemos ver la batería no sabemos a cual se refiere, puede colgar un enlace de la foto de cualquier nube y la publicaremos.
      Si no recibe carga o la batería esta dañada o el PCM de protección si lo tiene no funciona.
      Gracias por tu aporte

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