Nové technológie v oblasti energetiky sú v 21. storočí uznávané ako špičkové technológie. Ako dôležitú súčasť novej energetickej oblasti sa odvetvie výroby batérií stalo novým horúcim miestom globálneho hospodárskeho rozvoja. Lítium-iónové batérie sa v súčasnosti široko používajú ako dôležitý zdroj energie. Či už v oblasti elektronickej komunikácie alebo dopravy má mimoriadne dôležitú úlohu a má široké možnosti uplatnenia.
Lítium-iónová batéria je druh druhotnej batérie. Je to nový typ batérie vyvinutého na báze lítiovej batérie. Hlavne sa opiera o lítiové ióny, ktoré sa pohybujú medzi pozitívnymi a negatívnymi elektródami. Od sedemdesiatych rokov minulého storočia boli zavedené a široko používané rôzne vysoko špecifické energetické lítiové batérie využívajúce lítny kov ako negatívnu elektródu.
Lítium-iónová batéria má vysoké prevádzkové napätie, vysokú špecifickú energiu, veľkú kapacitu, malé samovybíjanie, dobrý cyklus, dlhú životnosť, nízku hmotnosť a malú veľkosť. Je reprezentantom moderných vysoko výkonných batérií a je prenosným elektronickým zariadením, ako sú mobilné telefóny a notebooky. Ideálny zdroj energie sa v budúcnosti stane jedným z hlavných zdrojov energie pre elektrické vozidlá a bezšnúrové elektrické náradie.
História vývoja lítium-iónovej batérie v Číne nie je dlhá, ale rozvíja sa veľmi rýchlo. V roku 2012 dosiahol celkový výkon iontových batérií v Číne 4,18 miliardy. Na medzinárodnom trhu s lítium-iónovými batériami sa v Číne, Japonsku a Južnej Kórei vytvorila trojnohá situácia. Technologický vývoj čínskeho lítium-iónového akumulátorového priemyslu sa začal imitáciou zahraničnej vyspelých technológií. V procese je inovácia procesov hlavným úspechom včasného vývoja čínskeho lítium-iónového akumulátorového priemyslu. V posledných rokoch, s rastúcimi investíciami do technologických inovácií v Číne Priemysel lítium-iónových batérií sa rýchlo rozvinul z hľadiska technologických inovácií a vytvoril základnú priemyselnú konkurencieschopnosť a získal určité technologické výhody v určitých oblastiach.
Stav výskumu a trend vývoja materiálov lítium-iónovej batérie
Hlavné štruktúry lítium-iónových batérií sú pozitívna elektróda, negatívna elektróda, elektrolyt schopný viesť lítiové ióny a separátor oddeľujúci pozitívne a negatívne elektródy. Elektrochemický výkon lítium-iónových batérií závisí hlavne od štruktúry a vlastností použitých elektródových materiálov a použitých dielektrických materiálov. Najmä výber a kvalita elektródových materiálov priamo určuje vlastnosti a cenu lítium-iónovej batérie.
V súčasnosti sa výskum katódových materiálov lítium-iónových batérií zameriava hlavne na oxid lítny kobaltu a lítium nikelát. Zvyšovanie niektorých nových materiálov katódy (ako sú materiály Li-Mn-O a vodivé polyméry) je zároveň katódovým materiálom pre lítium-iónové batérie. Vývoj priniesol novú vitalitu a je dôležitým výskumným obsahom v tejto oblasti nájsť nový systém na vývoj lítium-iónových sekundárnych akumulátorových katódových materiálov s vysokým napätím, vysokou špecifickou kapacitou a dobrým cyklom. V súčasnosti sú pozitívne elektródové materiály lítium-iónových batérií stále oxidmi prechodných kovov, ako je LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 a ich kompozitnými materiálmi. Od roku 2005 do roku 2010 sa polymérne katódové materiály s vysokou hustotou energie a organické sulfidy a anorganické sulfidy stávajú lítium-iónovými batériami. Nová generácia katódových materiálov. Anódové materiály lítium-iónových batérií zahŕňajú hlavne uhlíkové materiály, kovové zliatiny lítia, oxidy kovov, nitridy kovov, nano-silikóny atď. Medzi nimi sú uhlíkové materiály hlavnými negatívnymi elektródovými materiálmi pre komerčné využitie a zliatiny lítia a nano -silikóny sa stali horúcimi miestami pre výskum a vývoj. , Elektrolytový materiál lítium-iónovej batérie sa používa hlavne na elektrolýzu jeho rozpúšťadla na bezvodú organickú látku a väčšina z nich používa zmiešané rozpúšťadlá ako EC-DMC a PC-DMC. LiPF6 je najbežnejšie používaná vodivá soľ.
Pri katódových materiáloch s lítium-iónovou batériou majú katódové materiály s oxidom lítnym kobaltom ešte stále silnú vitalitu. V súčasnom komerčnom systéme lítium-iónových batérií sa lítiové batérie na báze oxidu kobaltu spoliehajú na vysoké napätie pri rezaní a pevnú hustotu vysokého napätia. Výhodou je stále preferovaný akumulátorový systém pre vysokokvalitné 3C batérie; zatiaľ čo vrstvový katódový materiál LiNixCo1-x-yMnyO2 má nielen vysokú hustotu energie, ale má tiež vlastnosti bezpečnosti materiálu, stability cyklu, vysokej teploty a nákladov na prípravu. Je relatívne vynikajúci. Podiel katódových materiálov používaných vo svete sa medziročne zvýšil. Nielen, že postupne nahrádza niektoré aplikácie materiálov na báze oxidov lítneho kobaltu, ale tiež sa objavuje pri použití nových energetických batérií. Je to jeden z najsľubnejších katódových materiálov v budúcnosti. V blízkej budúcnosti stále dominuje hlavný prúd lithiových iólových drôtených katódových materiálov oxid lítny kobaltu a materiály LiNixCo1-x-yMnyO2. Materiály na báze fosforečnanu lítneho a spinelového mangánu majú nielen nižšie náklady na prípravu a zdroje, ale tiež vynikajúcu bezpečnosť a stabilitu cyklu. Sú to výhodné katódové materiály pre energetické batérie, najmä LiNi0.5Mn1.5O4 / Li4Ti5O12. Batéria napájania systému dokáže dosiahnuť rýchle nabíjanie a vybitie, čo je v budúcnosti jedným z hlavných smerov nových batérií energie. Materiály s vysokou hustotou NCA katódy majú miesto v batériách produktov typu 3C a nových batérií s energiou pre nové vozidlá, ale vysoké náklady, tvrdé výrobné prostredie batérií a iné faktory obmedzujú širokú škálu aplikácií. Lítium-fosfát, mangán draselný a katódové materiály NCA vždy obsadili určitú pozíciu v štruktúre materiálu súčasnej katódy. Vrstvený materiál na báze mangánu bohatý na lítium je priemyselná katódová surovina novej generácie s najvyššou hustotou energie a trh má široké možnosti využitia. Problémy s vysokou nezvratnou kapacitou a nízkym výkonom spôsobeným vlastnými štrukturálnymi problémami však musia výskumní pracovníci naďalej vykonávať. Podrobná štúdia.
Od uvedenia lítium-iónových batérií na trh v deväťdesiatych rokoch sa uhlíkové materiály široko používajú v lítium-iónových batériách a budú aj naďalej kľúčovými základnými materiálmi pre lítium-iónové batérie. V novej uhlíkovej anóde sa bude budúci vývoj zameriavať na vysokovýkonné anódové grafity a negrafitové vysokokapacitné uhlíkové anódy, ktoré uspokoja potreby budúcich energetických a vysokoenergetických batérií. Uhlíkové vodivé činidlá majú dôležitý vplyv na výkon batérie. Výskum nových vodivých činidiel sa zameria na vývoj vysokoiontových až charakteristických sadzí a kompozitných vodivých činidiel získaných zmiešaním nových uhlíkových materiálov, ako sú uhlíkové nanotrubice a grafén. Vďaka špeciálnej a dvojrozmernej flexibilnej štruktúre sa v oblasti lítium-iónových batérií v posledných rokoch široko používajú vodivé činidlá s uhlíkovými nanotrubkami. Uhlíkové nanotrubice a grafénové kompozitné elektródové materiály sa očakávajú vo veľkom množstve vo vysokokapacitných lítium-iónových batériách a lítium-iónových batériách po tom, ako sa zlepšia vhodným elektrochemickým výkonom a optimalizujú sa pri používaní.
Stav trhu s lítium-iónovou batériou a trend vývoja
Trh s lítium-iónovými batériami sa dá vždy rozdeliť na tri hlavné trhy: trh spotrebnej elektroniky, trh s elektrickými vozidlami, trh s priemyselnými aplikáciami a aplikáciami na ukladanie energie. Prvý z nich sa všeobecne označuje ako trh s malými lítium-iónovými batériami 3C a posledné dva sú trh s lítium-iónovými batériami.
Vývoj lítium-iónového akumulátorového priemyslu sa už viac ako 20 rokov sústreďuje v priemysle 3C a je menej využívaný na trhu pre väčšie akumulátory energie a batérie (okamžite vyžadujúce veľké prúdy), ktoré sa týkajú čisto elektrických vozidiel a hybridných elektrické vozidlá. Vozidlá, stredné a veľké UPS, solárna energia, veľkokapacitné akumulátory, elektrické ručné náradie, elektrické motocykle, elektrické bicykle, letecké a letecké batérie. Jedným z hlavných dôvodov je to, že katódový materiál lítiového kobaltu (LiCoO2, ktorý je najbežnejšou lítium-iónovou batériou) používaný v minulosti v lítiových batériách je nákladný a ťažko použiteľný na špeciálne prostredie, ako je prepichnutie, kolízie, nízka teplota. Ešte dôležitejšie je, že bol kritizovaný za to, že nesplnil absolútne požiadavky ľudí na bezpečnosť. Kolegovia, batérie s oxidom lítnym kobaltom nemôžu dosiahnuť účel rýchleho nabíjania a úplne zabrániť sekundárnemu znečisteniu a musia navrhnúť ochranné obvody, aby sa predišlo prebíjaniu alebo nadmernému vybitiu, inak by to spôsobilo explóziu a ďalšie nebezpečenstvo, aj keď explózia batérie Sony spôsobuje globálna značka NB značne investovala do recyklácie.
V súčasnosti sa celosvetové a čínske lítium-iónové akumulátory prevažne sústreďujú na trhu spotrebnej elektroniky, hoci jej podiel na trhu klesá. V roku 2012 bolo 72,28% lítium-iónových batérií 38,176 milióna kWh predávaných po celom svete na trhu spotrebnej elektroniky. Na čínskom trhu bol podiel 65,40% (celkový predaj lítium-iónových batérií bol 66,20 milióna kWh). Celkové množstvo lítium-iónových batérií pre mobilné telefóny na svete bolo v roku 2012 108 600 000 kWh, čo bolo v roku 2011 nižšie ako 1 094,20 milióna kWh. Na čínskom trhu však celkový počet lítium-iónových batérií pre mobilné telefóny zvýšil o 6,30%. V Číne inteligentné telefóny rýchlo nahrádzajú tradičné telefóny. V súčasnosti je väčšina smartfónov vybavená batériovými trubicami menej ako jeden deň, čo znamená, že aj keď sa zdvojnásobí energetická hustota lítium-iónových batérií, je ťažké splniť dopyt. Preto, na nejaký čas, mobilný trh s elektrickou energiou, kde sa spotrebná elektronika nabíja kedykoľvek, rýchlo rastie. V roku 2012 sa celosvetový dopyt po mobilných lithio-iónových batériách s výkonom 1,23 milióna kWh, z ktorých viac ako 80% je vyrobených v Číne, na čínskom trhu spotrebovalo 52,20 milióna kWh, čo je vedúcou silou na tomto trhu. Čínsky trh s tabletmi sa tiež rýchlo a stabilne rozvíja. Ročná miera rastu je vyššia ako celosvetový priemer. Rýchly nárast predaja tablet PC priamo zvýšil predaj lítium-iónových batérií. V roku 2012 objem predaja lítium-iónových batérií pre tablet PC v Číne dosiahol 284,900. kWh, čo predstavuje nárast o 91,97%.
Lítium-iónová batéria, ktorá sa používa na trhu s priemyselným a energetickým skladovaním, je rozdelená do troch kategórií: elektrické náradie, napájanie mobilných základňových staníc a výroba veternej energie. V roku 2012 celkový dopyt po lítium-iónových batériách na svete, priemyselný a energetický trh skladovania spotreboval 4,736 milióna kWh, čo predstavuje 12,25%; Trh Číny spotreboval celkom 731,500 kWh lítium-iónových batérií, podiel je 15,65%, čo je vyššia ako globálna.