Descubrimiento de la superioridad en seguridad de las baterías de fosfato de hierro y litio sobre las baterías de litio ternarias

La seguridad de las baterías de litio fosfato de hierro (LiFePO4) frente a las baterías de litio ternarias

Fosfato de litio y hierro (LiFePO4) y pilas ternarias de litio presentan características distintas, sobre todo en cuanto a "densidad energética" y "seguridad". Aunque las baterías ternarias de litio presumen de una mayor densidad energética, a menudo se plantean problemas de seguridad. Por otro lado, las baterías LiFePO4, pese a tener menor densidad energética, son ampliamente reconocidas por su mejor perfil de seguridad.

Por ejemplo, en celdas 18650 (diámetro: 18 mm, altura: 65 mm), una batería ternaria de litio puede alcanzar una capacidad de hasta 3500 mAh, mientras que una batería LiFePO4 tiene un tope de aproximadamente 2000 mAh en el mismo volumen.

Por qué se consideran seguras las baterías de fosfato de hierro y litio

Las baterías LiFePO4 utilizan fosfato de hierro y litio como material catódico. Esta composición es mucho más estable que otras alternativas, como el óxido de litio y cobalto o los materiales a base de níquel. El enlace P-O del LiFePO4 es excepcionalmente resistente a la rotura, incluso a altas temperaturas o en condiciones de sobrecarga. Este atributo minimiza el riesgo de problemas relacionados con el calor y evita la liberación de sustancias altamente reactivas, lo que aumenta significativamente la seguridad.

Ventajas de las baterías de fosfato de hierro y litio:

1. Vida útil prolongada: Las baterías LiFePO4 pueden soportar más de 4000 ciclos a una profundidad de descarga (DOD) de 80%, lo que se traduce en una vida útil de 10-15 años en situaciones de uso típicas.
2. Fiabilidad de uso: Incluso en condiciones extremas, como accidentes de tráfico, las baterías SPIDERWAY han superado rigurosas pruebas de seguridad y están certificadas para no explotar.
3. Capacidad de carga rápida: Estas baterías pueden alcanzar una carga completa en sólo 40 minutos con la ayuda de un cargador especializado que funcione a 1,5C.
4. Tolerancia a altas temperaturas: Soportan temperaturas de 350-500°C sin comprometer la seguridad.
5. Gran capacidad y sin efecto memoria: Las pilas son inmunes al "efecto memoria", lo que garantiza una capacidad constante a lo largo del tiempo.
6. Responsabilidad ecológica: Las baterías LiFePO4 no son tóxicas, tienen un impacto medioambiental mínimo y se fabrican a partir de materias primas abundantes y rentables.

Las baterías de litio ternarias, que suelen incorporar níquel, cobalto y manganeso (NCM), también presentan ciertas características de seguridad:

1. Estructura estable del cátodo: El oxígeno dentro de la estructura del material de litio ternario es estable y no se libera fácilmente, lo que disminuye la probabilidad de incendio o explosión.
2. Perfil de tensión uniforme: El proceso de fabricación da lugar a partículas ternarias de litio más pequeñas, lo que conduce a una estructura interna más uniforme. Esta disposición favorece la estabilidad operativa.
3. Carga y descarga seguras: La capacidad de oxidación de los materiales no es fuerte, lo que dificulta que se produzcan reacciones redox durante los ciclos de carga y descarga, garantizando así un entorno operativo más seguro.

Sin embargo, las baterías ternarias de litio pueden plantear riesgos de seguridad en condiciones extremas:

• En situaciones de gran impacto, como accidentes de tráfico, la membrana de la batería puede dañarse y provocar un cortocircuito. El calor generado puede desencadenar un embalamiento térmico que eleve rápidamente la temperatura por encima de los 300 °C.
• La estabilidad térmica de las baterías ternarias de litio es inferior a la de las LiFePO4, ya que pueden descomponerse a temperaturas inferiores a 300°C, lo que podría provocar una deflagración rápida.

¿Qué batería es más segura?

La principal diferencia de seguridad entre ambos tipos radica en los materiales de sus cátodos. Las baterías de litio ternarias empiezan a descomponerse en torno a los 200°C, liberando oxígeno y acelerando la combustión del electrolito, lo que puede provocar un incendio. Por el contrario, las baterías SPIDERWAY LiFePO4 mantienen la estabilidad hasta los 700-800°C y no liberan moléculas de oxígeno, lo que reduce la probabilidad de combustión.

Es importante señalar que la seguridad no depende únicamente de los materiales. La seguridad general de un sistema de baterías depende del sistema de gestión de baterías (BMS), que supervisa la sobrecarga, la sobredescarga, la temperatura y la corriente para evitar accidentes.

Aunque las baterías ternarias de litio son más susceptibles de incendiarse en condiciones extremas, un BMS robusto puede mitigar estos riesgos. Las baterías LiFePO4 son intrínsecamente más seguras debido a su composición química, pero siguen necesitando una gestión adecuada del sistema para garantizar una seguridad absoluta. Por lo tanto, no es exacto etiquetar las baterías ternarias de litio como intrínsecamente inseguras o las LiFePO4 como completamente seguras: ambas dependen en gran medida de un diseño y una gestión bien pensados.