Nova energetska tehnologija je priznana kot visokotehnološka tehnologija v 21. stoletju. Kot pomemben del novega energetskega področja je industrija baterij postala nova vroča točka v svetovnem gospodarskem razvoju. Trenutno se litij-ionske baterije pogosto uporabljajo kot pomemben vir energije. Ne glede na to, ali gre za elektronsko komuniciranje ali prevoz, ima zelo pomembno vlogo in ima široke možnosti uporabe.
Litij-ionska baterija je nekakšna sekundarna baterija. Gre za novo vrsto baterij, razvitih na osnovi litijeve baterije. Predvsem se opira na litijeve ione, ki se gibljejo med pozitivno in negativno elektrodo. Od sedemdesetih let prejšnjega stoletja so bile uvedene in široko uporabljene različne visoko specifične energijske litijeve primarne baterije, ki uporabljajo litijeve kovine kot negativno elektrodo.
Litij-ionska baterija ima visoko obratovalno napetost, visoko specifično energijo, veliko zmogljivost, majhno samopraznjenje, dober cikel, dolgo življenjsko dobo, majhno težo in majhnost. Predstavlja sodobne visoko zmogljive baterije in je prenosna elektronska naprava, kot so mobilni telefoni in prenosni računalniki. Pričakuje se, da bo idealen vir energije v prihodnosti postal eden glavnih virov električne energije za električna vozila in brezžična električna orodja.
Razvojna zgodovina industrije litij-ionskih baterij na Kitajskem ni dolga, vendar se razvija zelo hitro. Leta 2012 je skupna proizvodnja ionskih baterij na Kitajskem dosegla 4,18 milijarde. Na mednarodnem trgu litij-ionskih baterij so Kitajska, Japonska in Južna Koreja oblikovale tri noge. Tehnološki razvoj kitajske industrije litij-ionskih baterij se je začel s posnemanjem tuje zrele tehnologije. V tem procesu so inovacije v procesu glavni dosežek zgodnjega razvoja industrije litij-ionskih baterij na Kitajskem. V zadnjih letih, s povečanjem naložb v tehnološke inovacije, Kitajska Industrija litij-ionskih baterij se je hitro razvila v smislu tehnoloških inovacij, oblikovala pa je osnovno konkurenčnost industrijskega jedra in na nekaterih področjih zbrala določene tehnološke prednosti.
Raziskovalni status in razvojni razvoj litij-ionskih baterijskih materialov
Glavne strukture litij-ionskih baterij so pozitivna elektroda, negativna elektroda, elektrolit, ki prevaja litijeve ione, in separator, ki ločuje pozitivne in negativne elektrode. Elektrokemična zmogljivost litij-ionskih baterij je odvisna predvsem od strukture in lastnosti materialov elektrod in uporabljenih dielektričnih materialov. Zlasti izbira in kakovost materialov elektrod neposredno določata značilnosti in ceno litij-ionske baterije.
Trenutno se raziskave katodnih materialov litij-ionskih baterij osredotočajo predvsem na litijev kobaltov oksid in litijev nikljev. Hkrati je vzpon nekaterih novih katodnih materialov (kot so Li-Mn-O materiali in prevodni polimeri) tudi katodni material za litij-ionske baterije. Razvoj je vbrizgal novo vitalnost in pomembna raziskovalna vsebina na tem področju je najti nov sistem za razvoj litij-ionskih sekundarnih baterijskih katodnih materialov z visoko napetostjo, visoko specifično zmogljivostjo in dobrim delovanjem cikla. Trenutno so materiali pozitivne elektrode litij-ionskih baterij še vedno oksidi prehodnih kovin, kot so LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 in njihovi kompozitni materiali. Od leta 2005 do 2010 so materiali z visoko gostoto polimerne katode in organski sulfidi ter anorganski sulfidi postali litij-ionske baterije. Nova generacija katodnih materialov. Med anodnimi materiali litij-ionskih baterij spadajo predvsem ogljikovi materiali, litijeve kovinske zlitine, kovinski oksidi, kovinski nitridi, nano-silikoni itd. Med njimi so ogljikovi materiali glavni negativni elektrodni materiali za komercialno uporabo ter litijeve kovinske zlitine in nano -silikoni so postali žarišča za raziskave in razvoj. . Elektrolitski material litij-ionske baterije se v glavnem uporablja za elektrolitiziranje topila v brezvodno organsko snov in večina jih uporablja mešana topila, kot sta EC-DMC in PC-DMC. LiPF6 je najpogosteje uporabljena prevodna sol.
Za katodne materiale litij-ionske baterije so katodni materiali litijevega kobaltovega oksida v prihodnosti še vedno močni. V sedanji komercialni litij-ionski akumulatorski bateriji litij-kobalt-oksidne baterije temeljijo na visoki napetostni prekinitvi in visoki napetosti. Prednost je še vedno prednostni akumulatorski sistem za vrhunske 3C baterije; medtem ko je slojevit katodni material LiNixCo1 – x – yMnyO2 ne samo visok energetske gostote, temveč tudi lastnosti materialne varnosti, stabilnosti cikla, visoke temperature in stroškov priprave. To je relativno odlično. Delež katodnih materialov, ki se uporabljajo v svetu, se je iz leta v leto povečal. Ne le postopno je nadomestila nekatere aplikacije litij kobaltovih oksidov, temveč se je pojavila tudi pri uporabi novih energijskih akumulatorjev. Je eden najbolj obetavnih katodnih materialov v prihodnosti. V bližnji prihodnosti prevladujejo litij-ionski katodni materiali, ki prevladujejo z litijevim kobaltovim oksidom in LiNixCo1 – x – yMnyO2 materiali. Materiali na osnovi litijevih železovih fosfatov in spinelov na osnovi mangana nimajo le nižjih stroškov priprave in prednosti virov, temveč imajo tudi odlično varnost in stabilnost cikla. So prednostni katodni materiali za električne baterije, zlasti LiNi0.5Mn1.5O4 / Li4Ti5O12. Sistemska akumulatorska baterija lahko doseže hitro polnjenje in praznjenje, kar je ena od glavnih smeri novih energetskih akumulatorjev za vozila v prihodnosti. Visoka energetska gostota NCA katodnih materialov ima mesto v vrhunskih 3C baterijah in novih energijskih akumulatorjih, vendar visoki stroški, ostro proizvodno okolje za baterije in drugi dejavniki omejujejo njegovo široko paleto aplikacij. Litijev železov fosfat, kalijev manganat in katodni materiali NCA so vedno imeli določen položaj v sedanji strukturi katodnega materiala. Slojevit material na osnovi mangana na osnovi litija je industrijsko katodni material naslednje generacije z najvišjo energetsko gostoto, trg pa ima široke možnosti uporabe. Vendar pa morajo težave z visoko stopnjo trajnih zmogljivosti in slabimi stopnjami uspešnosti, ki jih povzročajo lastni strukturni problemi, še vedno izvajati raziskovalci. Poglobljena študija.
Od komercializacije litij-ionskih baterij v devetdesetih letih so se ogljikovi materiali pogosto uporabljali v litij-ionskih baterijah in bodo še naprej ključni osnovni materiali za litij-ionske baterije. V novi ogljični anodi se bo prihodnji razvoj osredotočil na visoko zmogljive grafitne anode in ne-grafitne visoko zmogljive ogljikove anode, ki bodo zadostile potrebam prihodnjih moči in visokoenergijskih baterij. Karbonski prevodniki imajo pomemben vpliv na zmogljivost baterije. Raziskave novih prevodnih sredstev se bodo osredotočile na razvoj visoko ionskih do karakterističnih saj in kompozitnih prevodnih snovi, pridobljenih z mešanjem novih ogljikovih materialov, kot so ogljikove nanocevke in grafen. Zaradi posebne in dvodimenzionalne prilagodljive strukture so bili v zadnjih letih na področju litij-ionskih baterij široko uporabljeni kompozitni prevodni agensi, ki vsebujejo ogljikove nanocevke. Ogljikove nanocevke in grafenske kompozitne elektrodne materiale se pričakuje, da se široko uporabljajo v visoko zmogljivih litij-ionskih baterijah in litij-ionskih akumulatorjih, potem ko se izboljšajo z ustrezno elektrokemijsko zmogljivostjo in optimizirajo v uporabi.
Litij-ionski akumulatorski položaj in razvojni trend
Trg z litij-ionskimi baterijami je mogoče vedno razdeliti na tri glavne trge: trg potrošniške elektronike, trg električnih vozil, trg industrijskih in energetskih aplikacij. Prvi je na splošno imenovan 3C majhen trg z litij-ionskimi baterijami, zadnji dve pa sta trg litij-ionskih baterij.
Razvoj industrije litij-ionskih baterij je bil v industriji 3C že več kot 20 let skoncentriran in se manj uporablja na trgu za večje akumulatorje za shranjevanje energije in električne energije (ki zahtevajo takojšnje velike tokove), ki pokrivajo čista električna vozila in hibridna vozila. električna vozila. Vozila, srednje in velike UPS, sončna energija, velike baterije za shranjevanje energije, električna ročna orodja, električna motorna kolesa, električna kolesa, vesoljska oprema in letalske baterije. Eden od glavnih razlogov je, da je katodni material litij kobaltov oksid (LiCoO2, ki je najpogostejša litij-ionska baterija), ki se je v preteklosti uporabljal v litijevih baterijah, drag in težak za uporabo v posebnih okoljih, kot so punkcija, trk, visoka temperatura in nizka temperatura. Še pomembnejše je, da so ga kritizirali, ker ni izpolnila absolutnih zahtev ljudi po varnosti. Kolegi, litij kobaltov oksid baterije ne morejo doseči namena hitrega polnjenja in se v celoti izogniti sekundarnemu onesnaževanju, in morajo oblikovati zaščitna vezja, da bi preprečili prekomerno polnjenje ali prekomerno praznjenje, sicer bo povzročilo eksplozijo in druge nevarnosti, tudi če eksplozija Sony baterije povzroči global Industrija blagovne znamke NB je veliko vložila v recikliranje.
Trenutno se svetovna in kitajska prodaja litij-ionskih baterij osredotoča predvsem na trg potrošniške elektronike, čeprav se njegov tržni delež zmanjšuje. Leta 2012 je bilo 72,28% od 38.176 milijonov kWh litij-ionskih baterij, prodanih po vsem svetu, na trgu potrošniške elektronike. Na kitajskem trgu je bilo razmerje 65,40% (skupna prodaja litij-ionskih baterij je znašala 66,20 milijona kWh). Leta 2012 je skupna količina litij-ionskih baterij za mobilne telefone na svetu znašala 108.600.100 kWh, kar je bilo nižje od 1.094.20 milijonov kWh v letu 2011. Vendar je na kitajskem trgu skupno število litij-ionskih baterij za mobilne telefone za 6,30%. Na Kitajskem pametni telefoni hitro nadomeščajo tradicionalne telefonske aparate. Trenutno je večina pametnih telefonov opremljena z baterijskimi cevkami za manj kot en dan, kar pomeni, da tudi če je gostota energije litij-ionskih baterij podvojena, je težko zadovoljiti povpraševanje. Zato se bo trg mobilne energije, kjer se potrošniška elektronika polni kadarkoli, že nekaj časa hitro povečevala. Leta 2012 je svetovno povpraševanje po 1,23 milijona kWh mobilne moči litij-ionskih baterij, od tega več kot 80%, proizvedeno na Kitajskem, od tega je kitajski trg porabil 52,20 milijona kWh, kar je vodilna sila na tem trgu. Kitajski trg tabletnih računalnikov se prav tako hitro in enakomerno razvija. Letna stopnja rasti je višja od svetovnega povprečja. Hitra rast prodaje tabličnih računalnikov je neposredno povečala prodajo litij-ionskih baterij. Leta 2012 je obseg prodaje litij-ionskih baterij za tablične računalnike na Kitajskem dosegel 284.900. kWh, kar je 91,97% več.
Litij-ionska baterija, ki se uporablja na trgu industrijskega in energetskega skladiščenja, je v glavnem razdeljena na tri kategorije: električna orodja, napajalniki mobilne bazne postaje in proizvodnja vetrne energije. Leta 2012 je bilo skupno povpraševanje po litij-ionskih baterijah na svetu industrijsko in energetsko skladišče porabilo 4.736 milijonov kWh, kar predstavlja 12,25%; Kitajski trg je porabil skupno 731,500 kWh litij-ionskih baterij, delež je 15,65%, kar je višje od globalnega.