¿Qué temperatura es mala para las pilas de litio?

La temperatura tiene un gran impacto en el rendimiento y la longevidad de las baterías de litio. Tanto el frío como el calor pueden crear riesgos para la seguridad, acelerar la degradación de la batería o limitar su capacidad y eficiencia. Entonces, ¿cómo afectan las temperaturas extremas a las baterías de litio, y en qué momento las condiciones de calor o frío se vuelven perjudiciales? Como fabricante de baterías de litioLo analizaré en este artículo.

Temperatura óptima de funcionamiento y almacenamiento de las baterías de litio

Lo ideal es que las baterías de litio se almacenen y utilicen dentro de un intervalo de temperatura específico basado en la composición de la batería y en las directrices del fabricante. Normalmente, su rango de temperatura óptimo es:

• Carga: 0°C a 45°C (32°F a 113°F)
• Descarga: -20°C a 60°C (-4°F a 140°F)

Por supuesto, algunas baterías de alta calidad destinadas a usos industriales o extremos pueden funcionar con seguridad a temperaturas incluso más bajas, cercanas a los -40 ºC (-40 ºF). Sin embargo, para la mayoría de las baterías de litio comerciales que se encuentran en la electrónica de consumo o en los vehículos eléctricos, cargarlas por debajo del punto de congelación es arriesgado y permanentemente dañino. Exponerlas a temperaturas muy altas, superiores a 140°F, también puede poner en peligro la seguridad.

Por eso, para una vida útil óptima y un funcionamiento seguro, se suelen recomendar temperaturas de entre 10 °C y 35 °C (50 °F y 95 °F). Cuanto más cerca de la temperatura ambiente se mantengan, mejor funcionará la batería. Y las precauciones de manipulación de la batería en invierno o verano ayudan a evitar problemas.

¿Qué temperatura es mala para las pilas de litio?

Las baterías de litio son sensibles a las temperaturas extremas, que pueden afectar gravemente a su rendimiento, seguridad y vida útil. Aquí tienes un desglose de los rangos de temperatura que debes evitar y sus efectos:

1. Por debajo del punto de congelación (32°F/0°C o menos)

Efectos:

Congelación del electrolito (por debajo de -4°F/-20°C)136.

Pérdida permanente de capacidad y aumento de la resistencia interna27.

La carga no es segura por debajo de 32°F (0°C)58.

Mitigación: Precaliente las pilas antes de usarlas en climas fríos23.

2. Calor elevado (más de 113°F/45°C)

Efectos:

Envejecimiento acelerado y ciclo de vida reducido126.

Riesgo de desbordamiento térmico (por encima de 140°F/60°C), que puede provocar incendios o explosiones346.

La carga a más de 113°F (45°C) no es segura y puede causar hinchazón458.

Mitigación: Utilice sistemas de refrigeración y evite la luz solar directa26.

3. Principales riesgos por temperatura

¿Qué ocurre cuando las pilas de litio se enfrían demasiado?

Las bajas temperaturas reducen la capacidad y eficiencia de las baterías de litio. Las reacciones químicas de la batería, vitales para su funcionamiento, son mucho más lentas en ambientes fríos debido a la disminución de la movilidad de los iones. Esto reduce la capacidad útil de la batería, limitando la producción de energía y el tiempo de funcionamiento.

Además, intentar cargar baterías de litio por debajo del punto de congelación, sobre todo por debajo de -7 °C (20 °F), es extremadamente arriesgado. Las temperaturas gélidas alteran la estructura de los ánodos de grafito, provocando una capa de litio en la que los iones se depositan en la superficie del ánodo en lugar de insertarse correctamente. Se producen daños permanentes.

Efectos clave de las temperaturas de congelación

• Capacidad y tiempo de funcionamiento reducidos
• El voltaje de la batería cae más rápido
• Problemas de carga y riesgos del revestimiento de litio
• Pérdida permanente de capacidad a lo largo del tiempo

Algunas baterías avanzadas incorporan elementos calefactores para combatir los problemas de carga por debajo de los 32°F. Pero, en general, para cargar baterías de litio en condiciones bajo cero es necesario reducir la corriente a 0,1C o menos para evitar daños. Y llevar las baterías a temperatura ambiente antes de cargarlas.

El calor también daña las baterías de litio

Mientras que el frío reduce la capacidad útil, el calor elevado acelera el envejecimiento de las baterías de litio y puede provocar problemas de seguridad al desencadenar fugas térmicas. Exponer las baterías de litio al calor ambiental del verano, dejarlas en el interior de vehículos calientes o incluso sobrecargarlas rápidamente cuando hace calor eleva la temperatura interna de las baterías a niveles inseguros.

Principales riesgos del calor

• Pérdida más rápida de la capacidad de la batería durante los ciclos de carga
• Mayor riesgo de incendio o explosión
• Caída en picado de la eficiencia y la tensión de salida
• Fuga térmica que provoca un fallo total

¿Cómo afecta la temperatura a la vida útil de las baterías?
Las temperaturas extremas reducen la vida útil de las pilas de diferentes maneras. La congelación reduce el rendimiento temporalmente. El calor daña de forma más permanente a lo largo de muchos ciclos.

Según un estudio, el aumento de la temperatura de la batería en sólo 10 °C acelera dos veces los efectos del envejecimiento. Cuanto más se calientan, más rápido degradan las baterías de litio las reacciones químicas destructivas. Las altas temperaturas también provocan fallos más volátiles por el peligroso desbordamiento térmico.

Por el contrario, una breve exposición al frío extremo reduce principalmente el rendimiento a corto plazo. Almacenar las baterías de litio cerca del punto de congelación no reduce necesariamente su vida útil a largo plazo si se cargan a temperaturas más cálidas. Sin embargo, pueden producirse daños permanentes si se cargan en frío. Las temperaturas ambiente entre 15 °C y 35 °C ofrecen la máxima longevidad.

Buenas prácticas para la seguridad de la temperatura de las baterías de litio

Proteger las baterías de litio de posibles daños significa conocer los límites de temperatura seguros y seguir unas directrices prácticas de manipulación.

Manipule las pilas correctamente

Evite golpear, abollar o sacudir las pilas para limitar las tensiones mecánicas. Los daños físicos junto con las tensiones térmicas aceleran el envejecimiento de las baterías. Mantenga también los terminales protegidos y evite sobredescargar las baterías por completo.

Almacene las pilas a temperaturas moderadas

Lo ideal es almacenar las baterías de litio a una temperatura de 73°F/23°C en un lugar seco y ventilado, lejos de fuentes de calor, humedad o ignición. Las precauciones estacionales de almacenamiento de las baterías ayudan a preservar su vida útil y a mantener temperaturas óptimas.

No exponga las pilas al calor extremo

Las temperaturas superiores a 113°F/45°C suponen riesgos para la seguridad y la longevidad. Evite la exposición directa a la luz solar o los lugares que irradien calor, como los vehículos calientes. Las temperaturas del motor o del compartimento de la batería suelen superar los 150 °F.

Limitar la carga rápida cuando hace calor

Las tasas superiores a 1C sobrecargan la química de la batería, acelerando su envejecimiento. La corriente de carga también genera calor interno, lo que agrava las altas temperaturas ambientales. La carga lenta evita esta combinación destructiva siempre que sea posible.

Lo esencial

Las pilas de litio sufren una reducción de su capacidad y un envejecimiento acelerado con temperaturas extremas, especialmente con calor ambiental elevado. Almacene las pilas a temperatura ambiente, evite cargarlas a menos de 32°F y manipúlelas con cuidado. Con las precauciones adecuadas, las baterías de litio suministran energía de forma fiable tanto en inviernos fríos como en veranos calurosos.