Новите енергийни технологии са признати за високотехнологични в 21-ви век. Като важна част от новото енергийно поле, батерийната индустрия се превърна в нова гореща точка в глобалното икономическо развитие. В момента литиево-йонните батерии са широко използвани като важен източник на енергия. Дали в областта на електронните комуникации или транспорта, тя играе изключително важна роля и има широки перспективи за приложение.
Литиево-йонната батерия е вид вторична батерия. Това е нов тип батерия, разработен на базата на литиева батерия. Тя се основава главно на литиеви йони, движещи се между положителните и отрицателните електроди, за да работят. От 70-те години на миналия век са въведени и широко използвани различни висококачествени литиеви първични батерии, използващи литиев метал като отрицателен електрод.
Литиево-йонна батерия има високо работно напрежение, висока специфична енергия, голям капацитет, малък саморазряд, добър цикъл, дълъг живот, леко тегло и малък размер. Представлява съвременни високопроизводителни батерии и е преносимо електронно устройство като мобилни телефони и преносими компютри. Идеалният източник на енергия се очаква да се превърне в един от основните източници на енергия за електрическите превозни средства и безжичните електроинструменти в бъдеще.
Историята на развитие на литиево-йонните батерии в Китай не е дълъг, но се развива много бързо. През 2012 г. общата продукция на йонни батерии в Китай достигна 4,18 милиарда. На международния пазар на литиево-йонни акумулатори, Китай, Япония и Южна Корея са образували ситуация с три крака. Технологичното развитие на китайската индустрия на литиево-йонни батерии започна с имитация на чужда зряла технология. В този процес иновациите в процеса са основното постижение на ранното развитие на индустрията на китайските литиево-йонни батерии. През последните години, с увеличаване на инвестициите в технологични иновации, Китай Индустрията на литиево-йонните батерии се развива бързо по отношение на технологичните иновации и е формирала основна индустриална конкурентоспособност и е натрупала известни технологични предимства в някои области.
Състояние и тенденции на развитие на материалите за литиево-йонни батерии
Основните структури на литиево-йонните батерии са положителен електрод, отрицателен електрод, електролит, способен да провежда литиеви йони, и сепаратор, разделящ положителните и отрицателните електроди. Електрохимичното действие на литиево-йонните батерии зависи главно от структурата и свойствата на електродните материали и използваните диелектрични материали. По-специално, изборът и качеството на електродните материали директно определят характеристиките и цената на литиево-йонната батерия.
Понастоящем изследванията върху катодните материали на литиево-йонните батерии се фокусират основно върху литиево-кобалтовия оксид и литиево-никеловите. В същото време, нарастването на някои нови катодни материали (като Li-Mn-O материали и проводими полимери) е също катоден материал за литиево-йонни батерии. Разработката е инжектирала нова жизненост и е важно изследване в тази област да се намери нова система за разработване на литиево-йонни катодни материали с високо напрежение, висок специфичен капацитет и добра производителност на цикъла. В момента, положителните електродни материали на литиево-йонните батерии са все още оксиди на преходни метали като LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 и техните композитни материали. От 2005 г. до 2010 г. материалите от полимерния катод с висока енергийна плътност и органичните сулфиди и неорганични сулфиди стават литиево-йонни батерии. Ново поколение катодни материали. Анодните материали на литиево-йонните батерии включват главно въглеродни материали, литиеви метални сплави, метални оксиди, метални нитриди, нано-силикони и др. Сред тях въглеродните материали са основните отрицателни електродни материали за търговски цели и литиеви метални сплави и нано -Силиконите са станали горещи точки за изследвания и развитие. , Електролитен материал на литиево-йонна батерия се използва главно за електролиза на неговия разтворител в безводна органична материя и повечето от тях използват смесени разтворители като EC-DMC и PC-DMC. LiPF6 е най-често използваната проводима сол.
Катодните материали за литиево-йонната батерия, катодните материали на литиевия кобалтов оксид все още имат силна жизненост в бъдеще. В сегашната търговска литиево-йонна акумулаторна батерия, литиево-кобалтовите оксидни батерии разчитат на високо напрежение при прекъсване на захранването и плътност на високо напрежение. Предимството е все още предпочитаната батерийна система за висококачествени 3С батерии; докато наслоеният катоден материал LiNixCo1 – x – yMnyO2 има не само висока енергийна плътност, но също така притежава свойствата на безопасност на материалите, стабилност на цикъла, висока температура и разходи за подготовка. Той е сравнително отличен. Делът на използваните катодни материали в света се увеличава от година на година. Той не само постепенно замества някои приложения на литиево-кобалтови оксидни материали, но също така се появява при прилагането на нови енергийни батерии. Той е един от най-обещаващите катодни материали в бъдеще. В близко бъдеще основната посока на литиево-йонните кабелни катодни материали е все още доминирана от литиево-кобалтов оксид и LiNixCo1 – x – yMnyO2 материали. Материалите на основата на литиев железен фосфат и шпинел на основата на манган не само имат по-ниски предимства за разходите за подготовка и ресурсите, но също така имат отлична безопасност и стабилност на цикъла. Те са предпочитаните катодни материали за акумулатори, особено LiNi0.5Mn1.5O4 / Li4Ti5O12. Силовата батерия на системата може да постигне бързо зареждане и разреждане, което е едно от основните направления на нови енергийни батерии за превозни средства в бъдеще. Високо енергийна плътност NCA катодните материали имат място във висок клас 3C батерии и нови енергийни батерии, но високата цена, суровата производствена среда на батериите и други фактори ограничават широк спектър от приложения. Литиевият железен фосфат, калиев манганат и NCA катодните материали винаги са заемали определена позиция в структурата на текущия катоден материал. Наслоеният материал на база манган, богат на литий, е индустриалният катоден материал от следващо поколение с най-висока енергийна плътност и пазарът има широки перспективи за приложение. Проблемите с високия необратим капацитет и лошото представяне, причинени от неговите структурни проблеми обаче, все още трябва да бъдат извършени от изследователи. Задълбочено проучване.
От комерсиализацията на литиево-йонните батерии през 90-те години на миналия век, въглеродните материали се използват широко в литиево-йонните батерии и ще продължат да бъдат ключовите базови материали за литиево-йонни батерии. В новия въглероден анод бъдещото развитие ще се съсредоточи върху високоенергийни графитни аноди и не графитни въглеродни аноди с висок капацитет, за да отговори на нуждите на бъдещите енергийни и високоенергийни батерии. Въглерод-проводните агенти имат важно въздействие върху работата на батерията. Изследванията на нови проводящи агенти ще се съсредоточат върху развитието на високо-йонни до характерни въглеродни черни и композитни проводящи агенти, получени чрез смесване на нови въглеродни материали като въглеродни нанотръби и графен. Благодарение на специалната и двуизмерна гъвкава структура, въглеродните нанотръби композитни проводящи агенти са широко използвани в областта на литиево-йонните батерии през последните години. Очаква се въглеродните нанотръби и графеновите композитни електродни материали да се използват широко в литиево-йонни батерии с висок капацитет и литиево-йонни акумулаторни батерии, след като бъдат подобрени чрез подходящо електрохимично действие и оптимизирани в употреба.
Литиево-йонна акумулаторна батерия и тенденция за развитие
Пазарът на литиево-йонни батерии винаги може да бъде разделен на три основни пазара: пазарът на потребителска електроника, пазарът на електрически превозни средства, пазарът на индустриални и енергийни приложения. Първият обикновено се нарича 3C малък пазар на литиево-йонни батерии, а последните две са пазарът на литиево-йонни батерии.
Развитието на индустрията на литиево-йонните батерии е съсредоточено в индустрията 3C за повече от 20 години и е по-малко използвано на пазара за по-големи акумулатори и акумулатори на енергия (мигновено изискващи големи токове), което обхваща чисто електрически превозни средства и хибридни електрически превозни средства. Превозни средства, средни и големи UPS, слънчева енергия, големи акумулаторни батерии, електрически ръчни инструменти, електрически мотоциклети, електрически велосипеди, космическо оборудване и авиационни батерии. Една от основните причини е, че литиево-кобалтов оксид катодния материал (LiCoO2, който е най-разпространеният литиево-йонна батерия), използван в литиеви батерии в миналото, е скъп и труден за прилагане в специални среди като пробиване, сблъсък, висока температура и ниска температура. По-важното е, че тя е критикувана за това, че не е изпълнила абсолютните изисквания на хората за безопасност. Колеги, литиево-кобалтови оксидни батерии не могат да постигнат целта за бързо зареждане и напълно да избегнат вторичното замърсяване, и трябва да проектират защитни схеми, за да предотвратят презареждане или презареждане, в противен случай това ще причини експлозия и други опасности, дори ако експлозия на батерията на Sony причини глобалната индустрия на марката NB е инвестирала сериозно в рециклирането.
В момента продажбите на литиево-йонна батерия в световен и китайски мащаб са концентрирани основно на пазара на потребителска електроника, въпреки че пазарният му дял намалява. През 2012 г. 72,28% от продадените в световен мащаб литиево-йонни батерии с 38,176 милиона киловатчаса бяха на пазара на потребителска електроника. На китайския пазар съотношението е 65.40% (общите продажби на литиево-йонни батерии са 66.20 млн. KWh). През 2012 г. общото количество литиево-йонни батерии за мобилни телефони в света е 108 600 100 kWh, което е по-ниско от 1 094,20 милиона kWh през 2011 г. Въпреки това, на китайския пазар общият брой на литиево-йонните батерии за мобилни телефони се увеличи с 6,30%. В Китай смартфоните бързо заменят традиционните мобилни телефони. В момента повечето смартфони са оборудвани с батерийни тръби за по-малко от един ден, което означава, че дори ако енергийната плътност на литиево-йонните батерии се удвои, е трудно да се отговори на търсенето. Ето защо, за известно време, пазарът на мобилна енергия, където потребителската електроника се зарежда по всяко време, ще расте бързо. През 2012 г. глобалното търсене на 1.23 милиона киловатчаса мобилни литиево-йонни батерии, повече от 80% от които се произвеждат в Китай, от които китайският пазар е консумирал 52,20 милиона кВтч, което е водещата сила на този пазар. Пазарът на таблетни компютри в Китай също се развива бързо и постоянно. Годишният темп на растеж е по-висок от средния за света. Бързото нарастване на продажбите на таблетни компютри директно увеличи продажбите на литиево-йонни батерии. През 2012 г. обемът на продажбите на литиево-йонни батерии за таблетни компютри в Китай достигна 284,900. kWh, увеличение от 91,97%.
Литиево-йонната батерия, използвана в индустриалния и енергийния пазар, е разделена главно на три категории: електроинструменти, захранвания за мобилна базова станция и вятърна енергия. През 2012 г. общото търсене на литиево-йонни батерии в света, пазарът за промишлено и енергийно съхранение консумира 4.736 млн. KWh, което представлява 12.25%; Китайският пазар консумира общо 731,500 kWh литиево-йонни батерии, делът им е 15,65%, което е по-високо от глобалното.