Η νέα ενεργειακή τεχνολογία αναγνωρίζεται ως υψηλής τεχνολογίας στον 21ο αιώνα. Ως σημαντικό μέρος του νέου ενεργειακού τομέα, η βιομηχανία μπαταριών έχει καταστεί ένα νέο καυτό σημείο στην παγκόσμια οικονομική ανάπτυξη. Προς το παρόν, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως ως σημαντική πηγή ενέργειας. Είτε στον τομέα της ηλεκτρονικής επικοινωνίας είτε της μεταφοράς, διαδραματίζει έναν εξαιρετικά σημαντικό ρόλο και έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής.
Η μπαταρία ιόντων λιθίου είναι ένα είδος δευτερεύουσας μπαταρίας. Πρόκειται για ένα νέο τύπο μπαταρίας που έχει αναπτυχθεί με βάση τη μπαταρία λιθίου. Βασίζεται κυρίως στα ιόντα λιθίου που κινούνται μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων για να λειτουργούν. Από τη δεκαετία του 1970, έχουν εισαχθεί και χρησιμοποιούνται ευρέως διάφορες πρωτοταγείς μπαταρίες λιθίου υψηλής ενεργείας που χρησιμοποιούν μεταλλικό λίθιο ως αρνητικό ηλεκτρόδιο.
Η μπαταρία ιόντων λιθίου έχει υψηλή τάση λειτουργίας, υψηλή ειδική ενέργεια, μεγάλη χωρητικότητα, μικρή αυτοεκφόρτιση, καλό κύκλο, μεγάλη διάρκεια ζωής, μικρό βάρος και μικρό μέγεθος. Είναι ένας εκπρόσωπος των σύγχρονων μπαταριών υψηλής απόδοσης και είναι μια φορητή ηλεκτρονική συσκευή όπως τα κινητά τηλέφωνα και οι φορητοί υπολογιστές. Η ιδανική πηγή ενέργειας αναμένεται να γίνει μια από τις κύριες πηγές ενέργειας για ηλεκτρικά οχήματα και ασύρματα ηλεκτρικά εργαλεία στο μέλλον.
Το ιστορικό ανάπτυξης της βιομηχανίας μπαταριών ιόντων λιθίου στην Κίνα δεν είναι μακρύς, αλλά αναπτύσσεται πολύ γρήγορα. Το 2012, η συνολική παραγωγή μπαταριών ιόντων στην Κίνα ανήλθε σε 4,18 δισ. Ευρώ. Στη διεθνή αγορά μπαταριών ιόντων λιθίου, η Κίνα, η Ιαπωνία και η Νότια Κορέα έχουν διαμορφώσει μια κατάσταση με τρία πόδια. Η τεχνολογική ανάπτυξη της βιομηχανίας μπαταριών ιόντων λιθίου της Κίνας ξεκίνησε με την απομίμηση ξένων ώριμων τεχνολογιών. Στη διαδικασία, η καινοτομία της διαδικασίας είναι το κύριο επίτευγμα της πρώιμης ανάπτυξης της βιομηχανίας μπαταριών ιόντων λιθίου της Κίνας. Τα τελευταία χρόνια, με τις αυξανόμενες επενδύσεις στην τεχνολογική καινοτομία, η Κίνα Η βιομηχανία μπαταριών ιόντων λιθίου αναπτύχθηκε ραγδαία από την άποψη της τεχνολογικής καινοτομίας και αποτέλεσε βασική βιομηχανική ανταγωνιστικότητα και συγκέντρωσε ορισμένα τεχνολογικά πλεονεκτήματα σε ορισμένους τομείς.
Κατάσταση έρευνας και τάση ανάπτυξης υλικών μπαταριών ιόντων λιθίου
Οι κύριες δομές των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι ένα θετικό ηλεκτρόδιο, ένα αρνητικό ηλεκτρόδιο, ένας ηλεκτρολύτης ικανός να μεταφέρει ιόντα λιθίου και ένα διαχωριστή που διαχωρίζει τα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια. Η ηλεκτροχημική απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου εξαρτάται κυρίως από τη δομή και τις ιδιότητες των υλικών των ηλεκτροδίων και των χρησιμοποιούμενων διηλεκτρικών υλικών. Συγκεκριμένα, η επιλογή και η ποιότητα των υλικών ηλεκτροδίων καθορίζουν άμεσα τα χαρακτηριστικά και την τιμή της μπαταρίας ιόντων λιθίου.
Επί του παρόντος, η έρευνα σχετικά με τις καθόδους υλικών μπαταριών ιόντων λιθίου επικεντρώνεται κυρίως στο οξείδιο του λιθίου του κοβαλτίου και το νικελικό λίθιο. Την ίδια στιγμή, η άνοδος ορισμένων νέων υλικών καθόδου (όπως τα υλικά Li-Mn-O και αγώγιμα πολυμερή) είναι επίσης το υλικό καθόδου για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Η ανάπτυξη έχει εισαγάγει νέα ζωτικότητα και είναι ένα σημαντικό ερευνητικό περιεχόμενο στον τομέα αυτό για να βρεθεί ένα νέο σύστημα για την ανάπτυξη υλικών καθόδου δευτεροταγούς μπαταρίας ιόντων λιθίου με υψηλή τάση, υψηλή ειδική ικανότητα και καλή απόδοση κύκλου. Επί του παρόντος, τα θετικά υλικά ηλεκτροδίων των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι ακόμη οξείδια μεταβατικών μετάλλων όπως LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 και τα σύνθετα υλικά τους. Από το 2005 έως το 2010, οι πολυμερείς καθόδους υλικών υψηλής ενεργειακής πυκνότητας και τα οργανικά σουλφίδια και τα ανόργανα σουλφίδια γίνονται μπαταρίες ιόντων λιθίου. Μια νέα γενιά υλικών καθόδου. Τα υλικά ανόδου των μπαταριών ιόντων λιθίου περιλαμβάνουν κυρίως ανθρακούχα υλικά, κράματα μετάλλων λιθίου, οξείδια μετάλλων, μεταλλικά νιτρίδια, νανο-σιλικόνες κτλ. Ανάμεσά τους, τα υλικά άνθρακα είναι τα κύρια αρνητικά υλικά ηλεκτροδίων για εμπορικές εφαρμογές και κράματα μετάλλων λιθίου και νανο Οι σιλικόνες έχουν γίνει καυτά σημεία για έρευνα και ανάπτυξη. . Το υλικό ηλεκτρολύτη της μπαταρίας ιόντων λιθίου χρησιμοποιείται κυρίως για την ηλεκτρόλυση του διαλύτη σε ανύδρη οργανική ύλη και οι περισσότεροι από αυτούς χρησιμοποιούν μεικτούς διαλύτες όπως EC-DMC και PC-DMC. Το LiPF6 είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο αγώγιμο άλας.
Για τα υλικά καθόδου μπαταριών ιόντων λιθίου, τα υλικά καθόδου λιθίου οξειδίου του κοβαλτίου εξακολουθούν να έχουν ισχυρή ζωτικότητα στο μέλλον. Στο σημερινό εμπορικό σύστημα συσσωρευτών ιόντων λιθίου, οι μπαταρίες λιθίου οξειδίου του κοβαλτίου βασίζονται στην υψηλή τάση αποκοπής φορτίου και στην πυκνότητα στερεών υψηλής τάσης. Το πλεονέκτημα εξακολουθεί να είναι το προτιμώμενο σύστημα συσσωρευτών για προϊόντα υψηλής απόδοσης μπαταριών 3C. ενώ το υλικό καθοδικής λυχνίας LiNixCo1-x-yMnyO2 όχι μόνο έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα αλλά έχει επίσης τις ιδιότητες ασφάλειας του υλικού, σταθερότητα κύκλου, απόδοση υψηλής θερμοκρασίας και κόστος προετοιμασίας. Είναι σχετικά εξαιρετική. Το ποσοστό των υλικών καθόδου που χρησιμοποιούνται στον κόσμο έχει αυξηθεί κάθε χρόνο. Δεν έχει αντικαταστήσει μόνο σταδιακά μερικές εφαρμογές υλικών οξειδίων του λιθίου του κοβαλτίου, αλλά επίσης προέκυψε κατά την εφαρμογή νέων ηλεκτρικών συσσωρευτών ενέργειας. Είναι ένα από τα πιο πολλά υποσχόμενα υλικά καθόδου στο μέλλον. Στο εγγύς μέλλον, η κυρίαρχη κατεύθυνση των υλικών καθοδικών καλωδίων ιόντων λιθίου εξακολουθεί να κυριαρχείται από οξείδιο λιθίου κοβαλτίου και υλικά LiNixCo1-x-yMnyO2. Το φωσφορικό λίθιο φωσφορικού και τα υλικά με βάση το σπινελικό μαγγάνιο έχουν όχι μόνο χαμηλότερο κόστος προετοιμασίας και πλεονεκτήματα πόρων, αλλά έχουν επίσης εξαιρετική ασφάλεια και σταθερότητα κύκλου. Αυτά είναι τα προτιμώμενα υλικά καθόδου για μπαταρίες ισχύος, ιδιαίτερα LiNi0.5Mn1.5O4 / Li4Ti5O12. Η μπαταρία του συστήματος μπορεί να επιτύχει ταχεία φόρτιση και εκφόρτιση, η οποία είναι μια από τις κατευθυντήριες γραμμές των νέων ηλεκτρικών στηλών μπαταριών ενέργειας στο μέλλον. Τα υλικά καθοδικής πυκνότητας NCA καθίστανται τοποθετημένα σε συστοιχίες μπαταριών 3C υψηλής κατηγορίας και μπαταρίες νέων ενεργειακών οχημάτων, αλλά το υψηλό κόστος, το σκληρό περιβάλλον παραγωγής μπαταριών και άλλοι παράγοντες περιορίζουν το ευρύ φάσμα εφαρμογών του. Το φωσφορικό λίθιο του σιδήρου, το ανθρακικό κάλιο και τα υλικά καθόδου NCA κατέχουν πάντα μια συγκεκριμένη θέση στην τρέχουσα δομή της καθόδου. Το πλούσιο σε λιθίου πλούσιο υλικό με βάση το μαγγάνιο είναι το βιομηχανικό υλικό επόμενης γενιάς που έχει την υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και η αγορά έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής. Εντούτοις, τα προβλήματα της υψηλής μη αναστρέψιμης παραγωγικής ικανότητας και των χαμηλών επιδόσεων που οφείλονται στα δικά της διαρθρωτικά προβλήματα εξακολουθούν να πρέπει να διεξάγονται από ερευνητές. Σε βάθος μελέτη.
Από την εμπορία των μπαταριών ιόντων λιθίου στη δεκαετία του 1990, τα υλικά άνθρακα έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε μπαταρίες ιόντων λιθίου και θα συνεχίσουν να είναι τα βασικά βασικά υλικά για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Στη νέα άνθρακα ανόδου, η μελλοντική ανάπτυξη θα επικεντρωθεί στις ανόδους γραφίτη υψηλής ισχύος και στις ανθεκτικές σε άνθρακα άκρες άνθρακα υψηλής χωρητικότητας για την κάλυψη των αναγκών μελλοντικών ηλεκτρικών και υψηλής ενέργειας συσσωρευτών. Οι αγώγιμοι παράγοντες άνθρακα έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση της μπαταρίας. Η έρευνα νέων αγώγιμων παραγόντων θα επικεντρωθεί στην ανάπτυξη υψηλής ιοντικής έως χαρακτηριστικής αιθάλης και σύνθετων αγώγιμων παραγόντων που λαμβάνονται με την ανάμιξη νέων υλικών άνθρακα όπως νανοσωλήνες άνθρακα και γραφένιο. Λόγω της ειδικής και δισδιάστατης ευέλικτης δομής, τα σύνθετα αγώγιμα μέσα νανοσωλήνα άνθρακα έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στον τομέα των μπαταριών ιόντων λιθίου τα τελευταία χρόνια. Οι νανοσωλήνες άνθρακα και τα υλικά σύνθετων ηλεκτροδίων από γραφίνο αναμένεται να χρησιμοποιηθούν ευρέως σε μπαταρίες ιόντων λιθίου υψηλής χωρητικότητας και μπαταρίες ιόντων λιθίου αφού βελτιωθούν με κατάλληλες ηλεκτροχημικές επιδόσεις και βελτιστοποιηθούν κατά τη χρήση.
Κατάσταση της αγοράς μπαταριών ιόντων λιθίου και τάση ανάπτυξης
Η αγορά της μπαταρίας ιόντων λιθίου μπορεί πάντοτε να χωριστεί σε τρεις μεγάλες αγορές: την αγορά ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης, την αγορά ηλεκτρικών οχημάτων, την αγορά εφαρμογών βιομηχανίας και αποθήκευσης ενέργειας. Ο πρώτος αναφέρεται γενικά ως η μικρή αγορά μπαταριών ιόντων λιθίου 3C και οι δύο τελευταίες είναι η αγορά μπαταριών ιόντων λιθίου.
Η ανάπτυξη της βιομηχανίας μπαταριών ιόντων λιθίου έχει συγκεντρωθεί στη βιομηχανία 3C για περισσότερα από 20 χρόνια και χρησιμοποιείται λιγότερο στην αγορά για μεγαλύτερη αποθήκευση ενέργειας και μπαταρίες ισχύος (που απαιτούν στιγμιαία μεγάλα ρεύματα), η οποία καλύπτει καθαρά ηλεκτρικά οχήματα και υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα. Οχήματα, μεσαία και μεγάλα UPS, ηλιακή ενέργεια, μπαταρίες μεγάλης ενέργειας, ηλεκτρικά εργαλεία χειρός, ηλεκτρικές μοτοσικλέτες, ηλεκτρικά ποδήλατα, αεροδιαστημικός εξοπλισμός και μπαταρίες αεροσκαφών. Ένας από τους κύριους λόγους είναι ότι το υλικό καθόδου λιθίου οξειδίου του κοβαλτίου (LiCoO2, που είναι η συνηθέστερη μπαταρία ιόντων λιθίου) που χρησιμοποιείται στις μπαταρίες λιθίου στο παρελθόν είναι δαπανηρό και δύσκολο να εφαρμοστεί σε ειδικά περιβάλλοντα όπως τρύπημα, σύγκρουση, χαμηλή θερμοκρασία. Το πιο σημαντικό, έχει επικριθεί ότι δεν πληροί τις απόλυτες απαιτήσεις ασφάλειας των ανθρώπων. Οι συνάδελφοι, οι μπαταρίες λιθίου οξειδίου του κοβαλτίου δεν μπορούν να επιτύχουν το σκοπό της γρήγορης φόρτισης και να αποφύγουν εντελώς τη δευτερογενή ρύπανση και πρέπει να σχεδιάσουν κυκλώματα προστασίας για να αποτρέψουν την υπερφόρτωση ή υπερβολική εκφόρτιση, αλλιώς θα προκαλέσουν έκρηξη και άλλους κινδύνους, ακόμη και αν η έκρηξη της μπαταρίας της Sony παγκόσμια Η μάρκα ΝΒ βιομηχανία έχει επενδύσει σε μεγάλο βαθμό στην ανακύκλωση.
Επί του παρόντος, οι παγκόσμιες και κινεζικές πωλήσεις μπαταριών ιόντων λιθίου συγκεντρώνονται κυρίως στην αγορά ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης, αν και το μερίδιο αγοράς τους μειώνεται. Το 2012, 72,28% των 38,176 εκατομμυρίων μπαταριών ιόντων λιθίου που πωλούνται παγκοσμίως ήταν στην αγορά ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης. Στην κινεζική αγορά, ο λόγος ήταν 65,40% (οι συνολικές πωλήσεις μπαταριών ιόντων λιθίου ήταν 66,20 εκατομμύρια kWh). Το 2012, η συνολική ποσότητα μπαταριών ιόντων λιθίου για κινητά τηλέφωνα στον κόσμο ήταν 108.600.100 kWh, η οποία ήταν χαμηλότερη από τις 1.094,20 εκατομμύρια kWh το 2011. Ωστόσο, στην κινεζική αγορά, ο συνολικός αριθμός μπαταριών ιόντων λιθίου για κινητά τηλέφωνα αυξήθηκε κατά 6,30%. Στην Κίνα, τα smartphones αντικαθιστούν τα παραδοσιακά κινητά τηλέφωνα. Προς το παρόν, τα περισσότερα smartphones είναι εξοπλισμένα με σωλήνες μπαταρίας για λιγότερο από μία ημέρα, πράγμα που σημαίνει ότι ακόμη και αν η πυκνότητα ενέργειας των μπαταριών ιόντων λιθίου διπλασιάζεται, είναι δύσκολο να ικανοποιηθεί η ζήτηση. Ως εκ τούτου, για κάποιο χρονικό διάστημα, η αγορά κινητής τηλεφωνίας, όπου οι καταναλωτικές ηλεκτρονικές συσκευές χρεώνουν ανά πάσα στιγμή, θα αυξηθεί γρήγορα. Το 2012, η παγκόσμια ζήτηση για συσσωρευτές ιόντων λιθίου 1,23 εκατομμυρίων kWh, εκ των οποίων πάνω από το 80% γίνεται στην Κίνα, εκ των οποίων η κινεζική αγορά κατανάλωσε 52,20 εκατομμύρια kWh, η οποία είναι η ηγετική δύναμη στην αγορά αυτή. Η αγορά tablet PC της Κίνας αναπτύσσεται επίσης γρήγορα και σταθερά. Ο ετήσιος ρυθμός αύξησης είναι υψηλότερος από τον παγκόσμιο μέσο όρο. Η ταχεία αύξηση των πωλήσεων tablet PC αύξησε άμεσα τις πωλήσεις μπαταριών ιόντων λιθίου. Το 2012, ο όγκος των πωλήσεων μπαταριών ιόντων λιθίου για tablet PC στην Κίνα έφτασε τα 284.900. kWh, αύξηση 91,97%.
Η μπαταρία ιόντων λιθίου που χρησιμοποιείται στην αγορά βιομηχανικής αποθήκευσης και αποθήκευσης ενέργειας χωρίζεται κυρίως σε τρεις κατηγορίες: ηλεκτρικά εργαλεία, κινητά τροφοδοτικά σταθμών βάσης και παραγωγή αιολικής ενέργειας. Το 2012, η συνολική ζήτηση για μπαταρίες ιόντων λιθίου στον κόσμο, η βιομηχανία και η αγορά αποθήκευσης ενέργειας κατανάλωσαν 4.736 εκατομμύρια kWh, αντιπροσωπεύοντας το 12,25%. Η αγορά της Κίνας κατανάλωσε συνολικά 731.500 kWh μπαταρίες ιόντων λιθίου, το ποσοστό είναι 15,65%, το οποίο είναι υψηλότερο από το συνολικό.