Noua tehnologie energetică este recunoscută ca o tehnologie avansată în secolul XXI. Ca o parte importantă a noului domeniu energetic, industria bateriilor a devenit un nou punct fierbinte în dezvoltarea economică mondială. În prezent, bateriile litiu-ion au fost utilizate pe scară largă ca o sursă importantă de energie. În domeniul comunicării sau al transportului electronic, ea joacă un rol extrem de important și are perspective largi de aplicare.
Bateria litiu-ion este un fel de baterie secundară. Acesta este un nou tip de baterie dezvoltat pe baza bateriei cu litiu. Se bazează în principal pe ionii de litiu care se deplasează între electrozii pozitivi și negativi pentru a funcționa. Începând cu anii 1970, au fost introduse și folosite pe scară largă diferite baterii primare cu litiu de mare putere, care utilizează metal de litiu ca electrod negativ.
Bateria litiu-ion are o tensiune mare de operare, o energie specifică ridicată, capacitate mare, auto-descărcare mică, ciclu bun, durată lungă de viață, greutate redusă și dimensiuni reduse. Este un reprezentant al bateriilor moderne de înaltă performanță și este un dispozitiv electronic portabil, cum ar fi telefoanele mobile și calculatoarele notebook. Sursa de alimentare ideală este de așteptat să devină una dintre principalele surse de energie pentru vehiculele electrice și sculele electrice fără fir în viitor.
Istoria dezvoltării industriei acumulatorilor litiu-ion din China nu este lungă, dar se dezvoltă foarte rapid. În 2012, producția totală de baterii ionice din China a ajuns la 4,18 miliarde. Pe piața internațională a bateriilor litiu-ion, China, Japonia și Coreea de Sud au format o situație cu trei picioare. Dezvoltarea tehnologică a industriei bateriei litiu-ion a Chinei a început cu imitarea tehnologiei mature străine. În acest proces, inovarea procesului este principala realizare a dezvoltării timpurii a industriei de baterii litiu-ion din China. În ultimii ani, odată cu creșterea investiției în inovare tehnologică, China Industria acumulatorilor litiu-ion sa dezvoltat rapid din punct de vedere al inovației tehnologice și a constituit o competiție de bază a industriei nucleare și a acumulat anumite avantaje tehnologice în anumite domenii.
Stadiul cercetării și tendința dezvoltării materialelor cu acumulator litiu-ion
Structurile principale ale bateriilor cu litiu ion sunt un electrod pozitiv, un electrod negativ, un electrolit capabil să conducă ioni de litiu și un separator care separă electrozii pozitivi și negativi. Performanța electrochimică a bateriilor litiu-ion depinde în principal de structura și proprietățile materialelor electrodice și materialelor dielectrice utilizate. În special, alegerea și calitatea materialelor electrod determină direct caracteristicile și prețul bateriei litiu-ion.
În prezent, cercetările privind materialele catodice ale bateriilor litiu-ion se concentrează în principal pe oxid de litiu de cobalt și nichelat de litiu. În același timp, creșterea unor materiale catodice noi (cum ar fi materialele Li-Mn-O și polimerii conducători) este, de asemenea, materialul catodic pentru bateriile cu litiu-ion. Dezvoltarea a injectat o nouă vitalitate și este un conținut important de cercetare în acest domeniu pentru a găsi un nou sistem pentru dezvoltarea materialelor catodice cu acumulatori litiu-ion cu tensiune ridicată, capacitate specifică ridicată și performanțe bune ale ciclului. În prezent, materialele electrod pozitive ale bateriilor cu litiu ion sunt în continuare oxizi ai metalelor de tranziție, cum ar fi LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 și materialele lor compozite. Din 2005 până în 2010, materiale catodice cu polimeri de mare densitate și sulfuri organice și sulfuri anorganice devin baterii cu litiu ion. O nouă generație de materiale catodice. Materialele anodice ale bateriilor cu litiu-ion includ în principal materiale de carbon, aliaje metalice de litiu, oxizi metalici, nituri metalice, nanosilici, etc. Printre acestea, materialele de carbon sunt principalele materiale de electrozi negativi pentru aplicații comerciale, aliaje metalice de litiu și nano - siliconii au devenit puncte fierbinți pentru cercetare și dezvoltare. . Materialul electrolitic al bateriei cu ioni de litiu este utilizat în principal pentru a-și electroliza solventul în materie organică anhidră, iar majoritatea folosesc solvenți amestecați cum ar fi EC-DMC și PC-DMC. LiPF6 este cea mai frecvent utilizată sare conductivă.
Pentru materiale catodice cu acumulatori de litiu-ion, materialele catodice de litiu cu oxid de cobalt au în continuare o vitalitate puternică în viitor. În sistemul de acumulatori litiu-ion comercial, bateriile de litiu de oxid de cobalt se bazează pe tensiunea lor mare de deconectare a sarcinii și densitatea solidă de înaltă tensiune. Avantajul este în continuare sistemul de baterii preferat pentru produsele de înaltă calitate 3C pentru baterii; în timp ce materialul catodic LiNixCo1-x-yMnyO2 stratificat are nu numai o densitate mare de energie, dar are și proprietăți ale siguranței materialelor, stabilității ciclului, performanței la temperatură ridicată și costului de pregătire. Este relativ excelent. Proporția materialelor catodice utilizate în lume a crescut de la an la an. Acesta nu numai că a înlocuit treptat unele aplicații ale materialelor de oxid de litiu de cobalt, dar a apărut și în aplicarea unor noi baterii de energie pentru autovehicule. Este unul dintre cele mai promitatoare materiale catodice pe viitor. În viitorul apropiat, direcția principală a materialelor catodice din sârmă de litiu este dominată în continuare de oxidul de litiu de cobalt și de materialele LiNixCo1-x-yMnyO2. Fonturile de fosfat de fier de litiu și materiale pe bază de spinel de mangan nu numai că au costuri de pregătire mai mici și avantaje de resurse, dar au, de asemenea, o siguranță excelentă și o stabilitate a ciclului. Acestea sunt materialele catodice preferate pentru bateriile electrice, în special LiNi0.5Mn1.5O4 / Li4Ti5O12. Bateria de alimentare a sistemului poate realiza o încărcare rapidă și o descărcare rapidă, care este una dintre principalele direcții de utilizare a noilor baterii de energie pentru vehicule pe viitor. Densitatea înaltă a materialelor cu catod NCA are un loc în bateriile de produse de înaltă calitate 3C și în bateriile noi pentru vehiculele energetice, însă mediul de producție ridicat, cu costuri ridicate și cu alți factori limitează o gamă largă de aplicații. Fosfatul de fier de litiu, manganatul de potasiu și materialele cu catod NCA ocupă întotdeauna o anumită poziție în structura curentă a materialului catodic. Materialul bazat pe mangan bazat pe litiu este materialul catodic industrial de ultima generatie cu cea mai mare densitate de energie, iar piata are perspective largi de aplicare. Cu toate acestea, problemele legate de capacitatea ireversibilă ridicată și performanța scăzută a ratei cauzate de propriile sale probleme structurale trebuie încă să fie efectuate de către cercetători. Studiu aprofundat.
De la comercializarea bateriilor litiu-ion în anii 1990, materialele de carbon au fost utilizate pe scară largă în bateriile litiu-ion și vor continua să fie elementele principale de bază pentru bateriile litiu-ion. În noul anod de carbon, dezvoltarea viitoare se va concentra pe anozi de grafit de înaltă putere și pe anograme de carbon de mare capacitate non-grafit pentru a satisface nevoile viitoarelor baterii de energie și de energie. Agenții conducători de carbon au un impact important asupra performanțelor bateriei. Cercetarea de noi agenți conductivi se va concentra asupra dezvoltării agenților conductivi din negru de fum cu conținut ridicat de ioni și compoziți, obținuți prin amestecarea unor noi materiale de carbon, cum ar fi nanotuburile de carbon și grafenul. Datorită structurii flexibile speciale și bidimensionale, agenții conductivi compuși cu nanotuburi de carbon au fost folosiți pe scară largă în domeniul bateriilor cu litiu-ion în ultimii ani. Nanotuburile de carbon și materialele electrod compozite de grafen se așteaptă să fie utilizate pe scară largă în bateriile litiu-ion de mare capacitate și în bateriile cu litiu-ion, după ce au fost îmbunătățite prin performanțe electrochimice adecvate și optimizate în utilizare.
Starea pieței bateriei litiu-ion și tendința de dezvoltare
Piața cu baterii litiu-ion poate fi întotdeauna divizată pe trei piețe importante: piața de electronice de consum, piața vehiculelor electrice, piața aplicațiilor industriale și de stocare a energiei. Primul este denumit în general piața de baterii litiu-ion mici 3C, iar ultimele două sunt piața bateriilor cu litiu-ion.
Dezvoltarea industriei acumulatorilor litiu-ion a fost concentrată în industria 3C timp de mai mult de 20 de ani și este mai puțin utilizată pe piață pentru stocarea mai mare a energiei și bateriile de curent (care necesită instantaneu curenți mari), care acoperă vehicule pur electrice și hibride Vehicule electrice. Vehicule, UPS medii și mari, energie solară, baterii mari de stocare a energiei, unelte electrice de mână, motociclete electrice, biciclete electrice, echipament aerospațial și baterii pentru avioane. Unul dintre motivele principale este faptul că materialul cu catod de litiu cu oxid de cobalt (LiCoO2, cea mai obișnuită baterie de litiu-ion) utilizat în trecut în bateriile cu litiu este costisitor și dificil de aplicat în medii speciale cum ar fi puncție, coliziune, temperatura scazuta. Mai important, a fost criticat pentru faptul că nu a respectat cerințele absolute de siguranță ale oamenilor. Colegii, bateriile cu oxid de litiu de cobalt nu pot atinge scopul încărcării rapide și pot evita poluarea secundară și trebuie să proiecteze circuite de protecție pentru a preveni supraîncărcarea sau supraîncărcarea, altfel ar provoca explozie și alte pericole, chiar dacă explozia bateriei Sony provoacă global Industria NB a investit foarte mult în reciclare.
În prezent, vânzările de baterii litiu-ion la nivel mondial și chinez sunt concentrate în principal pe piața de electronice de consum, deși cota sa de piață este în scădere. În 2012, 72,28% din bateriile litiu-ion de 38,176 milioane de kWh vândute în întreaga lume au fost pe piața de electronice de consum. Pe piața din China, raportul a fost de 65.40% (vânzările totale de baterii litiu-ion au fost de 66.20 milioane kWh). În 2012, cantitatea totală de baterii litiu-ion pentru telefoanele mobile din lume a fost de 108.600,100 kWh, care a fost mai mică decât 1,094,20 milioane kWh în 2011. Cu toate acestea, pe piața chineză, numărul total de baterii litiu-ion pentru telefoanele mobile a crescut cu 6,30%. În China, telefoanele inteligente înlocuiesc rapid telefoanele tradiționale. În prezent, majoritatea telefoanelor inteligente sunt echipate cu tuburi de baterii pentru mai puțin de o zi, ceea ce înseamnă că, chiar dacă densitatea energetică a bateriilor litiu-ion este dublată, este dificil să se răspundă cererii. Prin urmare, pentru o perioadă de timp, piața de energie mobilă, în care electronica de consum se încarcă în orice moment, va crește rapid. În 2012, cererea globală pentru bateriile litiu-ion de 1,23 milioane kWh, din care mai mult de 80% se fabrică în China, din care piața chineză a consumat 52,20 milioane kWh, ceea ce reprezintă forța principală pe această piață. Piața chineză de tablete computerizată se dezvoltă rapid și în mod constant. Rata anuală de creștere este mai mare decât media globală. Creșterea rapidă a vânzărilor de tablete de PC-uri a sporit direct vânzările de baterii litiu-ion. În 2012, volumul vânzărilor de baterii litiu-ion pentru tablet PC-uri în China a ajuns la 284,900. kWh, o creștere de 91,97%.
Bateria litiu-ion utilizată în piața de stocare a energiei electrice și industriale este în principal împărțită în trei categorii: unelte electrice, surse de alimentare cu stații de bază mobile și generarea energiei eoliene. În 2012, cererea totală pentru bateriile litiu-ion din lume, piața industrială și de stocare a energiei a consumat 4.736 milioane kWh, reprezentând 12,25%; Piața Chinei a consumat un total de 731,500 kWh de baterii litiu-ion, proporția fiind de 15,65%, care este mai mare decât cea globală.