VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS BATERIAS DE LITIO-DIÓXIDO DE MANGANÊS
Vantagens e Desvantagens das Baterias de Litio-Dióxido de Manganês
Figura 1 – Bateria de LiMnO2
A bateria de lítio-dióxido de manganês - LiMnO2 foi um dos primeiros sistemas de lítio a ser usado comercialmente e agora é a bateria de lítio primária ou não recarregável mais utilizada. Essa bateria está disponível em muitas configurações, sendo que a mais usada é aquela com formato tipo moeda. Tem uma tensão nominal de 3V por célula, energia específica por volta de 280 Wh/kg, pode ser usada em uma faixa ampla de temperatura, tem vida útil longa e baixo custo. Essas baterias têm baixa auto descarga (menos de 1% ao ano) e prazo de validade e vida operacional superiores até 10 anos ou mais. Operam em uma ampla faixa de temperatura (-20ºC a 65ºC). Não possuem substâncias poluentes tais como chumbo, mercúrio e cádmio.
Os formatos construtivos mais comuns são:
- Baterias cilíndricas
- Baterias tipo moeda ou botão
Figura 2 – Bateria cilíndrica de LiMnO2
Figura 3 – Bateria tipo botão ou moeda de LiMnO2
A tabela 1 apresenta um resumo das principais características dessas baterias. Os valores podem variar em função do fabricante.
|
|
Células Cilíndricas |
Células tipo moeda |
| Sistema |
LiMnO2 |
LiMnO2 |
| Densidade de Energia (W/kg) |
280 W/kg |
280 W/kg |
| Tensão Nominal (V) |
3 |
3 |
| Tensão em Aberto (V) |
3,2 |
3,2 |
| Capacidade (mAh) |
750-2000 |
25-500 |
| Tempo de Armazenagem |
>10 anos |
>10 anos |
| Auto Descarga a 20 ºC |
< 1% ao ano |
< 1% ao ano |
| Temperatura de Operação |
-30ºC a + 75ºC |
-20ºC a + 65ºC |
Tabela 1: Características das baterias LiMnO2
As especificações técnicas e curvas das baterias LiMnO2 são similares, diferindo apenas nos valores de capacidade, corrente e tamanho. Uma das baterias desta família mais utilizada no mercado é a bateria CR2032, cujas especificações apresentamos a seguir como exemplo.
Figura 4 – Bateria LiMnO2 tipo botão modelo CR2032
| Tensão Nominal |
3V |
| Capacidade Nominal |
210 mAh |
| Carga Nominal |
15 K? |
| Temperatura de Operação |
-20ºC a + 70ºC |
| Peso |
3,2g |
| Corrente máxima continua de descarga |
0,2 mA |
| Corrente de pico de descarga |
5 mA |
| Diametro |
20 mm |
| Altura |
3,2 mm |
Tabela 2: Características da bateria CR2032
Quanto menor é o valor da resistência de carga, maior será a corrente (lei de Ohm) e a bateria chegará à tensão de corte em menos tempo, conforme mostrado na figura 4.
A tensão de circuito aberto da bateria lítio-dióxido de manganês é tipicamente de 3,1 a 3,3 V após a pré-descarga. A tensão nominal é de 3,0 V. A tensão operacional durante a descarga varia de cerca de 3,1 a 2,0 V e depende do projeto da célula, do estado de carga e de outras condições de descarga.
A tensão final ou de corte, a tensão pela qual a maior parte da capacidade foi gasta, é de 2,0 V, exceto sob descargas de alta taxa e baixa temperatura, quando uma tensão final mais baixa pode ser especificada. As curvas de descarga típicas para as células-moeda são apresentadas na figura 4.
Figura 4 – Curva de descarga em várias correntes da bateria CR 2032
O perfil da descarga é razoavelmente plano nas taxas de descarga baixas ou moderadas durante a maior parte da descarga, com uma queda gradual perto do final da vida útil.
Essa queda gradual na tensão pode servir como um indicador de estado de carga para mostrar quando a bateria está chegando ao fim de sua vida útil.
Nas figuras 5, 6 e 7 são mostradas as curvas de desempenho da bateria CR 2032 com temperaturas entre -20ºC e 60 ºC.
Figura 5 – Curva de descarga em várias temperaturas da bateria CR 2032
Figura 6 – Curva de descarga em várias cargas e temperaturas
Figura 7 – Curva de capacidade carga em função da temperatura
Figura 8 – Curva com carga pulsada de 15 segundos
A figura 8 mostra o desempenho da bateria CR2032 para uma carga pulsada de 15 segundos. Quanto menor a resistência de carga, maior é a corrente na bateria e maior a queda de tensão.
As características de armazenamento da célula lítio-dióxido de manganês são mostradas na figura 9. Este sistema é muito estável em todas as configurações, com uma perda de capacidade inferior a 1% ao ano.
As células não apresentam nenhum atraso de tensão perceptível no início da maioria das descargas, exceto em baixas temperaturas e altas taxas de descarga.
Figura 9 – Curva de Armazenagem
A bateria de lítio-dióxido de manganês é usada em uma grande variedade de aplicações:
- Medidores de utilidade
- Medidores de Eletricidade
- Medidores de Gás
- Medidores de Água
- Calorímetros
- Leitura Automática de Medidores
- Sistemas de segurança
- Fechaduras eletrônicas
- Sistemas de alarme
- Sensores e detectores
- Eletrônica automotiva
- Contadores de quilometragem
- Computadores de bordo
- Monitoramento eletrônico
- Equipamento de navegação
- Sensores de airbags
- Rádios para carros
- Registradores Sistemas controle de tráfego
- Taxímetros.
- Transponder RFID
- Leitor de código de barras
- Scanner
- Rastreamento de mercadorias
- Automação
- Backup de memória
- Interfaces inteligentes
- Computadores pessoais
- Balanças
- Máquinas de cópia
- Caixa registradora
- Máquinas de venda automática
- Videogames
- Máquinas de jogo
- Altímetros
- Unidades de temporização portáteis para eventos esportivos
- Instrumentação Industrial
- Equipamentos Médicos
- Relógios industriais
- Contadores de pulso
- Sistemas remotos de registro e aquisição de dados
- Medição sísmica
- Biotelemetria
- Equipamento de Telemetria
- Transmissores de Balão Meteorológico
- Estações Automáticas de Monitoramento Meteorológico
As principais aplicações das baterias de lítio-dióxido de manganês atualmente alcançam vários Ah (ampère-hora) de capacidade, aproveitando sua maior densidade de energia, melhor capacidade e maior vida útil em comparação com as baterias primárias convencionais de Zinco-Carbono e alcalinas.
As baterias lítio-dióxido de manganês de baixa capacidade geralmente podem ser manuseadas sem riscos, mas, o carregamento e a incineração devem ser evitados, pois, essas condições podem causar a explosão da célula.
As baterias cilíndricas de maior capacidade são geralmente equipadas com um mecanismo de ventilação para evitar explosão, mas as baterias, no entanto, devem ser protegidas para evitar curtos-circuitos e inversão de células, além do carregamento e incineração.
Na figura 10 podemos ver as curvas de corrente de descarga x tempo de operação das principais baterias tipo botão mais usadas no mercado.
Nas tabelas 3, 4 e 5 são mostrados os dados para seleção das baterias de lítio-dióxido de manganês.
A tabela 3 mostra dados das baterias da linha consumidor. A tabela 4 mostra dados das baterias cilíndricas da linha industrial e a tabela 5 mostra dados das baterias tipo botão.
| Modelo |
Tamanho |
Capacidade Nominal (mAh) |
Tensão Nominal (V) |
Diâmetro (mm) |
Altura (mm) |
Peso (g) |
Corrente Regime Contínuo (mA) |
Corrente de Pico (mA) |
|
| CR2 |
- |
900 |
3 |
15 |
27 |
11 |
1000 |
1300 |
|
| CR123A |
2/3A |
1600 |
3 |
16.8 |
34.3 |
15.8 |
1200 |
3000 |
|
| CR-P2 |
- |
1600 |
6 |
19.5 (W) x 34.8 (L) |
36 |
35 |
1200 |
3000 |
|
| 2CR5 |
- |
1600 |
6 |
17.0 (W) x 34.0 (L) |
45 |
35 |
1200 |
3000 |
|
Tabela 3: Características das baterias cilíndricas LiMnO2 – linha consumidor
Figura 10 – Curvas de seleção das baterias LiMnO2 – tipo botão
| Modelo |
Tamanho |
Capacidade Nominal (mAh) |
Tensão Nominal (V) |
Diâmetro (mm) |
Altura (mm) |
Peso (g) |
Corrente Regime Contínuo (mA) |
Corrente de Pico (mA) |
| CR1/3N |
1/3N |
160 |
3 |
11.8 |
10.8 |
3.3 |
10 |
60 |
| 2CR1/3N |
2X1/3N |
160 |
6 |
12 |
25.2 |
8 |
10 |
80 |
| CR14250 |
1/2AA |
800 |
3 |
14.5 |
25 |
12 |
250 |
500 |
| CR14505 |
AA |
1500 |
3 |
14.5 |
50.5 |
18 |
1000 |
2500 |
| CR14335 |
2/3AA |
1500 |
3 |
14.5 |
33.5 |
18 |
600 |
1000 |
| CR17450 |
4/5A |
2200 |
3 |
17 |
45 |
26 |
1000 |
2000 |
| CR17505 |
A |
2400 |
3 |
17 |
50.5 |
30 |
1000 |
2000 |
| CR18505 |
A |
2600 |
3 |
18 |
50.5 |
32 |
1000 |
2000 |
| CR26500 |
C |
5000 |
3 |
26 |
50 |
55 |
1000 |
2000 |
| CR34615 |
D |
12Ah |
3 |
34.2 |
61.5 |
125 |
1000 |
2000 |
| A9V-P |
6F22 |
1200 |
9 |
17.5 (W) x 27.5 (L) max |
49.5 max |
30 |
120 |
400 |
Tabela 4: Características das baterias cilíndricas LiMnO2 – linha industrial
As baterias listadas na tabela 5 a seguir, podem ser fornecidas com terminais próprios para soldagem em placas de circuito impresso. Os modelos mais comuns são mostrados na figura 11.
Figura 11 – Baterias LiMnO2 com terminais
| Modelo |
Capacidade Nominal (mAh) |
Tensão Nominal (V) |
Diametro (mm) |
Altura (mm) |
Peso (g) |
Corrente Regime Contínuo (mA) |
Corrente de Pico (mA) |
| CR1216 |
25 |
3 |
12.5 |
1.6 |
0.7 |
0.2 |
5 |
| CR1025 |
30 |
3 |
10 |
2.5 |
0.6 |
0.2 |
5 |
| CR927 |
30 |
3 |
9 |
2.7 |
0.7 |
0.2 |
5 |
| CR1220 |
38 |
3 |
12.5 |
2 |
0.8 |
0.2 |
5 |
| CR1225 |
50 |
3 |
12.5 |
2.5 |
0.9 |
0.2 |
5 |
| CR1616 |
50 |
3 |
16 |
1.6 |
1.2 |
0.2 |
5 |
| CR1620 |
70 |
3 |
16 |
2 |
1.3 |
0.2 |
5 |
| CR2016 |
75 |
3 |
20 |
1.6 |
1.8 |
0.2 |
5 |
| CR1632 |
120 |
3 |
16 |
3.2 |
1.8 |
0.2 |
5 |
| CR2320 |
130 |
3 |
23 |
2 |
3 |
0.8 |
15 |
| CR2025 |
150 |
3 |
20 |
2.5 |
2.5 |
0.2 |
5 |
| CR2325 |
190 |
3 |
23 |
2.5 |
3.3 |
0.8 |
15 |
| CR2032 |
210 |
3 |
20 |
3.2 |
3.1 |
0.2 |
5 |
| CR2330 |
260 |
3 |
23 |
3 |
4 |
0.8 |
15 |
| CR2430 |
270 |
3 |
24.5 |
3 |
4.2 |
1 |
15 |
| CR2335 |
300 |
3 |
23 |
3.5 |
4.1 |
0.8 |
15 |
| CR3032 |
500 |
3 |
30 |
3.2 |
7.5 |
1 |
20 |
| CR2354 |
560 |
3 |
23.4 |
5.4 |
6.3 |
0.8 |
15 |
| CR2450 |
600 |
3 |
24.5 |
5 |
6.8 |
5 |
25 |
| CR2477 |
1000 |
3 |
24.5 |
7.7 |
10.5 |
1 |
15 |