Nové technologie v oblasti energetiky jsou v 21. století uznávány jako high-tech. Jako důležitá součást nové energetické oblasti se odvětví baterií stalo novým horkým místem v celosvětovém ekonomickém vývoji. V současné době jsou lithium-iontové baterie široce využívány jako důležitý zdroj energie. Ať již v oblasti elektronické komunikace nebo dopravy, hraje nesmírně důležitou roli a má široké uplatnění.
Lithium-iontová baterie je druh sekundární baterie. Jedná se o nový typ baterie vyvinutý na bázi lithiové baterie. Hlavně se spoléhá na ionty lithia, které se pohybují mezi pozitivními a negativními elektrodami. Od sedmdesátých let byly zavedeny a široce používány různé vysoko specifické energetické lithiové primární baterie používající lithiové kovy jako záporná elektroda.
Lithium-iontová baterie má vysoké provozní napětí, vysokou specifickou energii, velkou kapacitu, malé samovybíjení, dobrý cyklus, dlouhou životnost, nízkou hmotnost a malou velikost. Je to zástupce moderních vysoce výkonných baterií a je přenosným elektronickým zařízením, jako jsou mobilní telefony a notebooky. Ideální zdroj energie se v budoucnu stane jedním z hlavních zdrojů energie pro elektrické vozy a akumulátorové elektrické nářadí.
Historie vývoje lithium-iontové baterie v Číně není dlouhá, ale rychle se rozvíjí. V roce 2012 dosáhla celková produkce iontových baterií v Číně 4,18 miliardy. Na mezinárodním trhu s lithium-iontovými bateriemi se v Číně, Japonsku a Jižní Koreji vytvořily tři nohy. Technologický vývoj čínského lithium-iontového bateriového průmyslu začal napodobováním zahraniční zralé technologie. V procesu je inovace procesů hlavním úspěchem včasného rozvoje čínského lithium-iontového akumulátorového průmyslu. V posledních letech, s rostoucími investicemi do technologických inovací, se Čína v oblasti technologií inovovala rychle a rychle, rozvíjela základní průmyslovou konkurenceschopnost a v určitých oblastech získala určité technologické výhody.
Stav výzkumu a trend vývoje lithiových baterií
Hlavní konstrukce lithium-iontových baterií jsou kladná elektroda, záporná elektroda, elektrolyt schopný vedení lithiových iontů a separátor oddělující pozitivní a záporné elektrody. Elektrochemická účinnost lithium-iontových akumulátorů závisí hlavně na struktuře a vlastnostech použitých elektrod a použitých dielektrických materiálů. Zvláště výběr a kvalita materiálů elektrod přímo určuje vlastnosti a cenu lithium-iontové baterie.
V současné době se výzkum katodových materiálů lithiových iontových akumulátorů zaměřuje především na lithium-kobaltový oxid a lítium-nikelát. Současně je nárůst některých nových katodových materiálů (jako jsou materiály Li-Mn-O a vodivé polymery) také katodovým materiálem pro lithium-iontové baterie. Vývoj přinesl novou vitalitu a je důležitým výzkumným obsahem v této oblasti nalezení nového systému pro vývoj katodových materiálů s druhem lithium-iontové sekundární baterie s vysokým napětím, vysokou specifickou kapacitou a dobrým výkonem cyklu. V současné době jsou kladné elektrodové materiály lithium-iontových baterií stále oxidy přechodných kovů, jako jsou LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 a jejich kompozitní materiály. Od roku 2005 do roku 2010 se polymerní katodové materiály s vysokou hustotou energie a organické sulfidy a anorganické sulfidy stávají lithium-iontovými bateriemi. Nová generace katodových materiálů. Anodové materiály lithium-iontových baterií zahrnují zejména uhlíkové materiály, slitiny kovu lithia, oxidy kovů, nitridy kovů, nano-silikony atd. Mezi nimi jsou uhlíkové materiály hlavními negativními elektrodovými materiály pro komerční využití a slitiny kovu lithia a nano -silikony se staly horkými místy pro výzkum a vývoj. . Elektrolytový materiál lithium-iontové baterie se používá hlavně k elektrolýze jeho rozpouštědla na bezvodou organickou hmotu a většina z nich používá směsná rozpouštědla, jako jsou EC-DMC a PC-DMC. LiPF6 je nejčastěji používaná vodivá sůl.
U katodových materiálů obsahujících lithium-iontovou baterii mají katodové materiály s obsahem lithia kobaltu v budoucnu silnou vitalitu. V současné komerční lithium-iontové bateriové soustavě se baterie lithia kobaltového oxidu spoléhají na vysoké napětí a vysoké napětí. Výhodou je stále preferovaný akumulátorový systém pro vysoce výkonné 3C baterie; zatímco vrstvený katodový materiál LiNixCo1-x-yMnyO2 má nejen vysokou energetickou hustotu, ale má také vlastnosti bezpečnosti materiálu, stabilitu cyklu, vysokou teplotu a náklady na přípravu. Je to relativně vynikající. Podíl katodových materiálů používaných ve světě se každoročně zvyšuje. Nejen postupně nahradil některé aplikace materiálů z lithia kobaltu, ale také se objevil při aplikaci nových energetických akumulátorových baterií. Jedná se o jeden z nejslibnějších katodových materiálů v budoucnu. V blízké budoucnosti stále dominuje směr hlavního proudu lithiových iontových drátů katodových materiálů lithium-kobaltový oxid a materiály LiNixCo1-x-yMnyO2. Materiály na bázi fosfátu lithného a spinelu manganu mají nejen nižší náklady na přípravu a zdroje, ale také vynikající bezpečnost a stabilitu cyklu. Jsou to výhodné katodové materiály pro napájecí baterie, zejména LiNi0.5Mn1.5O4 / Li4Ti5O12. Napájecí akumulátor systému může dosáhnout rychlého nabití a vybití, což je v budoucnu jedním z hlavních směrů nových energetických baterií. Vysokokapacitní NCA katodové materiály mají místo ve vysoce kvalitních bateriích 3C a nových bateriích s energií pro vozidla, ale vysoké náklady, drsné výrobní prostředí baterie a další faktory omezují širokou škálu aplikací. Fosforečnan lithný, manganat draselný a katodové materiály NCA vždy zaujímaly určitou pozici v struktuře materiálu současné katody. Vrstvený materiál na bázi manganu, který je bohatý na lithium, je průmyslovou katodou příští generace s nejvyšší energetickou hustotou a trh má široké uplatnění. Problémy s vysokou nezvratnou kapacitou a špatnou mírou výkonnosti způsobené vlastními strukturálními problémy je však třeba vědci provádět. Podrobné studium.
Od komercionalizace lithium-iontových baterií v 90. letech se uhlíkové materiály široce používají v lithium-iontových bateriích a budou nadále klíčovými základními materiály pro lithium-iontové baterie. V nové uhlíkové anodě se budoucí vývoj soustředí na vysoce výkonné grafitové anody a negrafitové vysokokapacitní uhlíkové anody, které uspokojí potřeby budoucích energetických a vysokoenergetických baterií. Vodivé agens uhlíku mají významný vliv na výkon baterie. Výzkum nových vodivých činidel se zaměří na vývoj vysoce iontových až charakteristických sazí a kompozitních vodivých činidel získaných smícháním nových uhlíkových materiálů, jako jsou uhlíkové nanotrubice a grafen. Díky speciální a dvourozměrné pružné struktuře byly v posledních letech široce využívány vodivé agregáty s uhlíkovými nanotrubkami v oblasti lithium-iontových baterií. U uhlíkových nanotrubic a grafénových kompozitních elektrod se očekává, že budou široce používány v vysoce kapacitních lithium-iontových bateriích a lithium-iontových akumulátorech poté, co budou vylepšeny vhodným elektrochemickým výkonem a optimalizovány při jejich používání.
Stav trhu a vývojový trend lithium-iontové baterie
Trh s lithium-iontovou baterií lze vždy rozdělit na tři hlavní trhy: trh spotřební elektroniky, trh s elektrickými vozidly, trh s průmyslovými a energetickými storage systémy. První je obecně označován jako 3C malý trh s lithium-iontovou baterií a poslední dva jsou trh s lithium-iontovou baterií.
Vývoj lithium-iontového akumulátoru se v průmyslu 3C soustředil více než 20 let a je méně využíván na trhu pro větší akumulátory energie a elektrické baterie (okamžitě vyžadující velké proudy), které se týkají čistě elektrických vozidel a hybridů elektrických vozidel. Vozidla, střední a velká UPS, solární energie, akumulátory s velkou energií, elektrické ruční nářadí, elektrické motocykly, elektrické jízdní kola, letecké a letecké baterie. Jedním z hlavních důvodů je, že katodový materiál lithia kobaltového oxidu (LiCoO2, který je nejběžnější lithium-iontovou baterií) používaný v lithiových bateriích v minulosti je nákladný a obtížně aplikovatelný na speciální prostředí, jako je punkce, kolize, nízká teplota. Ještě důležitější je, že byl kritizován za to, že nesplnil absolutní požadavky lidí na bezpečnost. Kolegové, baterie lithia kobaltového oxidu nemohou dosáhnout účelu rychlého nabíjení a úplně se vyvarovat sekundárního znečištění a musí navrhnout ochranné obvody, aby se zabránilo přebíjení nebo nadměrnému vybití, jinak by to způsobilo výbuch a další nebezpečí, i když výbuch baterie Sony způsobuje globální značka NB značně investovala do recyklace.
V současné době se prodej globální a čínské lithium-iontové baterie soustředí především na trhu spotřební elektroniky, i když její podíl na trhu klesá. V roce 2012 bylo 72,28% z 38.176 milionů kWh lithium-iontových baterií prodávaných po celém světě na trhu spotřební elektroniky. Na čínském trhu byl tento poměr 65,40% (celkový prodej lithium-iontových baterií činil 66,20 milionů kWh). V roce 2012 činilo celkové množství lithium-iontových baterií pro mobilní telefony na světě 108 600 000 kWh, což bylo v roce 2011 nižší než 1 094,20 milionu kWh. Na čínském trhu však celkový počet lithium-iontových baterií pro mobilní telefony zvýšil o 6,30%. V Číně smartphony rychle nahrazují tradiční telefony. V současné době je většina smartphonů vybavena bateriovými trubicemi méně než jeden den, což znamená, že iv případě zdvojnásobení energetické hustoty lithium-iontových baterií je obtížné splnit poptávku. Proto, na nějaký čas, mobilní trh s elektrickou energií, kde se spotřební elektronika nabíjí kdykoliv, rychle poroste. V roce 2012 je globální poptávka po lithium-iontových bateriích s výkonem 1,23 milionu kWh, z nichž více než 80% se vyrábí v Číně, z čehož čínský trh spotřeboval 52,20 milionu kWh, což je hlavní silou na tomto trhu. Čínský trh s tablet PC se také rychle a neustále vyvíjí. Roční míra růstu je vyšší než celosvětový průměr. Rychlý nárůst prodeje tablet PC přímo zvýšil prodej lithium-iontových baterií. V roce 2012 dosáhl objem prodeje lithium-iontových baterií pro tablet PC v Číně 284,900. kWh, což představuje nárůst o 91,97%.
Lithium-iontová baterie, která se používá na trhu s průmyslovým a energetickým skladováním, je rozdělena do tří kategorií: elektrické nářadí, napájecí zdroje mobilních základnových stanic a výroba větrné energie. V roce 2012 spotřebovávala celková poptávka po lithium-iontových bateriích na světě na trhu s průmyslovým a energetickým skladováním 4,736 milionu kWh, což představuje 12,25%; Čínský trh spotřeboval celkem 731,500 kWh lithium-iontových baterií, což je 15,65%, což je vyšší než globální.