Nova energetska tehnologija je prepoznata kao high-tech u 21. stoljeću. Kao važan dio novog energetskog polja, industrija baterija postala je nova vruća točka u globalnom ekonomskom razvoju. Trenutno, litijum-jonske baterije su naširoko korištene kao važan izvor energije. Bilo da se radi o elektronskoj komunikaciji ili transportu, ona igra izuzetno važnu ulogu i ima široke mogućnosti primjene.
Litijum-jonska baterija je vrsta sekundarne baterije. To je nova vrsta baterija razvijena na bazi litijumske baterije. Uglavnom se oslanja na litijeve ione koji se kreću između pozitivnih i negativnih elektroda. Od sedamdesetih godina prošlog veka, uvedene su i široko korišćene razne litijumske akumulatore visoke specifične energije koje koriste litijum kao negativnu elektrodu.
Litij-ionska baterija ima visok radni napon, visoku specifičnu energiju, veliki kapacitet, malo samopražnjenja, dobar ciklus, dugi vijek trajanja, mala težina i mala veličina. Predstavlja savremene baterije visokih performansi i prenosni je elektronski uređaj kao što su mobilni telefoni i notebook računari. Očekuje se da će idealan izvor energije postati jedan od glavnih izvora energije za električna vozila i bežični električni alati u budućnosti.
Istorija razvoja industrije litijum-jonskih baterija u Kini nije duga, ali se razvija veoma brzo. U 2012. godini, ukupna proizvodnja jonskih baterija u Kini dostigla je 4,18 milijardi. Na međunarodnom tržištu litijum-jonskih baterija, Kina, Japan i Južna Koreja su formirale trostruku situaciju. Tehnološki razvoj kineske industrije litijum-jonskih baterija počeo je oponašanjem inostrane zrele tehnologije. U tom procesu, inovacija procesa je glavno postignuće ranog razvoja industrije kineskih litijum-jonskih baterija. U posljednjih nekoliko godina, s povećanjem ulaganja u tehnološke inovacije, Kina Industrija litij-ionskih baterija se brzo razvila u smislu tehnoloških inovacija, i formirala je osnovnu konkurentnost industrijskog jezgra, te je akumulirala određene tehnološke prednosti u određenim područjima.
Status istraživanja i trend razvoja materijala litij-ionskih baterija
Glavne strukture litijum-jonskih baterija su pozitivna elektroda, negativna elektroda, elektrolit sposoban za provođenje litijumskih jona, i separator koji razdvaja pozitivne i negativne elektrode. Elektrokemijske performanse litijum-jonskih baterija ovise uglavnom o strukturi i svojstvima elektrodnih materijala i upotrijebljenih dielektričnih materijala. Posebno, izbor i kvalitet materijala elektrode direktno određuju karakteristike i cijenu litijum-jonske baterije.
Trenutno, istraživanja o katodnim materijalima litijum-jonskih baterija uglavnom se fokusiraju na litij-kobalt-oksid i litijum-nikalat. Istovremeno, porast nekih novih katodnih materijala (kao što su Li-Mn-O materijali i provodni polimeri) je takođe katodni materijal za litijum-jonske baterije. Razvoj je ubrizgao novu vitalnost, i važan je istraživački sadržaj u ovoj oblasti da se pronađe novi sistem za razvoj litijum-jonskih katodnih materijala sa visokim naponom, visokim specifičnim kapacitetom i dobrim performansama ciklusa. Trenutno su pozitivni materijali elektroda litijum-jonskih baterija još uvijek oksidi prelaznih metala kao što su LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 i njihovi kompozitni materijali. Od 2005 do 2010, materijali katoda polimera visoke gustine energije i organski sulfidi i neorganski sulfidi postaju litijum-jonske baterije. Nova generacija katodnih materijala. Anodni materijali litijum-jonskih baterija uglavnom uključuju ugljenične materijale, litijumske metalne legure, metalne okside, metalne nitride, nano-silikone, itd. Među njima, ugljenični materijali su glavni negativni elektrodni materijali za komercijalnu upotrebu, i litijumske legure metala i nano -Silikoni su postali žarišta za istraživanje i razvoj. . Elektrolitski materijal litijum-jonske baterije se uglavnom koristi za elektrolizu njegovog rastvarača u bezvodnu organsku materiju, a većina od njih koristi mešane rastvarače kao što su EC-DMC i PC-DMC. LiPF6 je najčešće korištena vodljiva sol.
Za katodne materijale litijum-jonske baterije, katodni materijali litij-kobalt oksida i dalje imaju jaku vitalnost u budućnosti. U trenutnoj komercijalnoj litijum-jonskoj bateriji, litij-kobalt-oksidne baterije se oslanjaju na visoki naponski prekidni napon i visokonaponsku čvrstu gustinu. Prednost je još uvijek preferirani sistem baterija za vrhunske 3C baterije; dok slojeviti katodni materijal LiNixCo1 – x – yMnyO2 ne samo da ima visoku energetsku gustoću, već ima i svojstva sigurnosti materijala, stabilnosti ciklusa, visokih temperatura i troškova pripreme. To je relativno odlično. Udio katodnih materijala koji se koriste u svijetu povećao se iz godine u godinu. Ne samo da je postepeno zamijenila neke primjene litij-kobalt oksidnih materijala, već se pojavila iu primjeni novih energetskih akumulatora. To je jedan od najperspektivnijih katodnih materijala u budućnosti. U bliskoj budućnosti, glavni tok litijum-jonskih katodnih materijala još uvijek dominiraju materijali litij-kobalt-oksida i LiNixCo1 – x – yMnyO2. Materijali na bazi litijumovog fosfata i spinel mangana ne samo da imaju niže troškove pripreme i resursa, već imaju i odličnu sigurnost i stabilnost ciklusa. Oni su poželjni katodni materijali za baterije, posebno LiNi0.5Mn1.5O4 / Li4Ti5O12. Sistemska baterija može postići brzo punjenje i pražnjenje, što je jedan od glavnih tokova novih energetskih akumulatora za energiju u budućnosti. Visoko energetska gustoća NCA katodni materijali imaju svoje mjesto u high-end 3C baterijskim proizvodima i novim energetskim akumulatorima vozila, ali visoki troškovi, oštra proizvodnja baterija i drugi faktori ograničavaju širok raspon primjena. Litijum fosfat, kalijum-manganat i NCA katodni materijali su uvijek zauzimali određenu poziciju u trenutnoj strukturi katodnog materijala. Slojeviti materijal na bazi litijuma na bazi mangana je industrijski razvijen katodni materijal sledeće generacije sa najvećom gustinom energije, a tržište ima široke mogućnosti primene. Međutim, problemi visokog ireverzibilnog kapaciteta i loših performansi prouzrokovanih sopstvenim strukturalnim problemima i dalje moraju biti sprovedeni od strane istraživača. Dubinska studija.
Od komercijalizacije litijum-jonskih baterija devedesetih godina prošlog veka, ugljenični materijali su široko korišćeni u litijum-jonskim baterijama i nastaviće da budu ključni osnovni materijali za litijum-jonske baterije. U novoj karbonskoj anodi, budući razvoj će se fokusirati na grafitne anode velike snage i ugljenične anode visokog kapaciteta koje nisu grafiti, kako bi se zadovoljile potrebe budućih energetskih i visokoenergetskih baterija. Karbon provodni agensi imaju značajan uticaj na performanse baterije. Istraživanje novih provodnih agenasa će se fokusirati na razvoj visoko-ionskih do karakterističnih čađa i kompozitnih provodnih agenasa dobijenih spajanjem novih karbonskih materijala kao što su ugljične nanocijevi i grafen. Zahvaljujući specijalnoj i dvodimenzionalnoj fleksibilnoj strukturi, kompozitni provodni agensi od ugljeničnih nanocevi su se poslednjih godina naširoko koristili u oblasti litijum-jonskih baterija. Očekuje se da će se ugljenične nanocevčice i kompozitni materijali od kompozitnih elektroda široko koristiti u litijum-jonskim baterijama velikog kapaciteta i litijum-jonskim baterijama nakon poboljšanja odgovarajućim elektrokemijskim performansama i optimiziranim korištenjem.
Status litijum-jonskih baterija i trend razvoja
Tržište litijum-jonskih baterija uvijek se može podijeliti na tri glavna tržišta: tržište potrošačke elektronike, tržište električnih vozila, tržište industrijskih i energetskih aplikacija. Prvo se generalno naziva 3C litijum-jonska baterija, a druga dva su litijum-jonska baterija na tržištu.
Razvoj industrije litijum-jonskih baterija je koncentrisan u 3C industriji već više od 20 godina, a manje se koristi na tržištu za veće akumulatore energije i električne baterije (trenutno zahtijevaju velike struje), što pokriva čisto električna vozila i hibrid električna vozila. Vozila, srednji i veliki UPS, solarna energija, velike akumulatore energije, električni ručni alati, električni motocikli, električni bicikli, svemirska oprema i avionske baterije. Jedan od glavnih razloga je što je katodni materijal litij-kobalt-oksida (LiCoO2, koji je najčešća litijum-jonska baterija) korišten u litijumskim baterijama u prošlosti skup i težak za primjenu u posebnim okruženjima kao što su probijanje, sudar, visoka temperatura i niska temperatura. Još važnije, kritikovano je zbog toga što nije ispunila apsolutne zahtjeve ljudi za sigurnošću. Kolege, litij-kobalt oksidne baterije ne mogu da postignu svrhu brzog punjenja i potpuno izbegnu sekundarno zagađenje, i moraju da dizajniraju zaštitna kola da bi se sprečilo prekomerno punjenje ili prekomerno pražnjenje, inače će izazvati eksploziju i druge opasnosti, čak i ako eksplozija Sony baterije izazove Globalno Industrija brenda NB uložila je mnogo u recikliranje.
Trenutno, globalna i kineska prodaja litijum-jonskih baterija uglavnom je koncentrisana na tržištu potrošačke elektronike, iako njen tržišni udio opada. U 2012. godini, 72,28% od 38.176 miliona kWh litijum-jonskih baterija prodanih u svijetu bilo je na tržištu potrošačke elektronike. Na kineskom tržištu odnos je iznosio 65,40% (ukupna prodaja litij-ionskih baterija iznosila je 66,20 miliona kWh). U 2012. godini, ukupna količina litijum-jonskih baterija za mobilne telefone u svijetu iznosila je 108.600.100 kWh, što je bilo niže od 1.094.20 milijuna kWh u 2011. Međutim, na kineskom tržištu, ukupan broj litij-ionskih baterija za mobilne telefone povećan za 6,30%. U Kini pametni telefoni brzo zamjenjuju tradicionalne telefone sa značajkama. Trenutno, većina pametnih telefona je opremljena baterijskim cijevima manje od jednog dana, što znači da čak i ako se gustina energije litij-ionskih baterija udvostruči, teško je zadovoljiti potražnju. Stoga, neko vrijeme, tržište mobilne energije, gdje se potrošačka elektronika naplaćuje u bilo kojem trenutku, brzo će rasti. U 2012. godini, globalna potražnja za 1,23 miliona kWh mobilnih snaga litijum-jonskih baterija, od kojih je više od 80% proizvedeno u Kini, od čega je kinesko tržište potrošilo 52,20 miliona kWh, što je vodeća snaga na ovom tržištu. Tržište tablet računara u Kini se takođe razvija brzo i stabilno. Godišnja stopa rasta je veća od globalnog prosjeka. Brzi porast prodaje tablet računara direktno je povećao prodaju litijum-jonskih baterija. U 2012. godini, obim prodaje litijum-jonskih baterija za tablet PC-e u Kini dostigao je 284,900. kWh, povećanje od 91,97%.
Litijum-jonska baterija koja se koristi na tržištu industrijskih i energetskih skladišta uglavnom je podijeljena u tri kategorije: električni alati, izvori napajanja mobilne bazne stanice i proizvodnja energije vjetra. U 2012. godini, ukupna potražnja za litijum-jonskim baterijama u svijetu, tržište industrijskih i energetskih skladišta konzumiralo je 4.736 milijuna kWh, što čini 12,25%; Kinesko tržište potrošilo je ukupno 731,500 kWh litijum-jonskih baterija, proporcija je 15,65%, što je više od globalnog.