La nova tecnologia energètica és reconeguda com una tecnologia d'alta tecnologia al segle XXI. Com a part important del nou camp energètic, la indústria de la bateria s'ha convertit en un nou punt calent en el desenvolupament econòmic mundial. En l'actualitat, les bateries de ions de liti han estat àmpliament utilitzades com a font d'energia important. Ja sigui en el camp de la comunicació electrònica o el transport, té un paper molt important i té àmplies perspectives d'aplicació.
La bateria de liti és una mena de bateria secundària. Es tracta d'un nou tipus de bateria desenvolupada sobre la base de la bateria de liti. Es basa principalment en els ions de liti que es mouen entre els elèctrodes positius i negatius per treballar. Des de la dècada dels setanta, s'han introduït i àmpliament utilitzat diverses bateries primàries d'energia específica d'energia de liti utilitzant liti com a elèctrode negatiu.
La bateria d'ions de liti té una alta tensió de funcionament, una alta potència específica, una gran capacitat, una petita descàrrega automàtica, un bon cicle, una llarga vida útil, un pes lleuger i una mida reduïda. És un representant de les bateries modernes d'alt rendiment i és un dispositiu electrònic portàtil, com ara telèfons mòbils i ordinadors portàtils. Es preveu que la font d'alimentació ideal es converteixi en una de les principals fonts d'energia per als vehicles elèctrics i les eines elèctriques sense fils en el futur.
La història del desenvolupament de la indústria de les bateries de ions de liti a la Xina no és massa llarga, però s'està desenvolupant molt ràpidament. El 2012, la producció total de bateries de ions a la Xina va assolir els 4.18 milions. En el mercat internacional de bateries de ions de liti, Xina, Japó i Corea del Sud han format una situació de tres potes. El desenvolupament tecnològic de la indústria de la bateria de ions de liti a Xina va començar amb la imitació de la tecnologia madura estrangera. En el procés, la innovació en processos és l'assoliment principal del desenvolupament primerenc de la indústria de la bateria de ions de liti a la Xina. En els últims anys, amb la creixent inversió en innovació tecnològica, Xina La indústria de la bateria de ions de liti ha evolucionat ràpidament en termes d'innovació tecnològica i ha constituït una competitivitat central bàsica industrial i ha acumulat alguns avantatges tecnològics en alguns camps.
Estat de la recerca i tendència de desenvolupament de materials de bateria de ions de liti
Les principals estructures de les bateries d'ions de liti són un elèctrode positiu, un elèctrode negatiu, un electròlit capaç de realitzar ions de liti i un separador que separa els elèctrodes positius i negatius. El rendiment electroquímic de les bateries d'ions de liti depèn principalment de l'estructura i les propietats dels materials d'elèctrode i dels materials dielèctrics utilitzats. En particular, l'elecció i la qualitat dels materials de l'elèctrode determinen directament les característiques i el preu de la bateria d'ions de liti.
En l'actualitat, la investigació sobre materials de càtode de bateries de ions de liti es centra principalment en òxid de cobalt de liti i níquel de liti. Al mateix temps, l'augment d'alguns nous materials de càtode (com ara els materials de Li-Mn-O i els polímers conductors) és també el material de càtode per a bateries de ions de liti. El desenvolupament ha injectat una nova vitalitat i és un important contingut de recerca en aquest camp per trobar un nou sistema per desenvolupar materials de càtode de bateries secundàries d'ions de liti amb alta tensió, alta capacitat específica i bon rendiment del cicle. Actualment, els materials d'elèctrode positiu de les bateries d'ions de liti continuen sent òxids de metalls de transició com LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 i els seus materials compostos. Entre 2005 i 2010, els materials de càtode de polímers de gran densitat d'energia i els sulfurs orgànics i els sulfurs inorgànics esdevenen bateries de ions de liti. Una nova generació de materials de càtode. Els materials d'àtom de les bateries d'ions de liti inclouen principalment materials de carboni, aliatges de liti, òxids metàl·lics, nitrurats metàl·lics, nano-silicones, etc. Entre ells, els materials de carboni són els principals materials d'electrode negatius per a aplicacions comercials, aliatges de liti i nano Les silicones s'han convertit en punts calents per a la recerca i el desenvolupament. . El material electrolític de la bateria de ions de liti s'utilitza principalment per electrolitzar el seu dissolvent en matèria orgànica anhidra, i la majoria utilitzen dissolvents mixts, com EC-DMC i PC-DMC. LiPF6 és la sal conductora més utilitzada.
Per als materials de càtode de la bateria de ions de liti, els materials de càtode d'òxid de cobalti de liti encara tenen una gran vitalitat en el futur. En el sistema comercial actual de bateries de ions de liti, les bateries d'òxid de cobalt de liti es basen en la tensió de tall d'alta càrrega i la densitat sòlida d'alta tensió. L'avantatge és encara el sistema de bateries preferit per a productes de bateria de gamma alta de 3C; mentre que el material de càtid LiNixCo1-x-y-MnyO2 en capes no només té una elevada densitat d'energia, sinó que també té les propietats de la seguretat del material, l'estabilitat del cicle, el rendiment d'alta temperatura i el cost de preparació. És relativament excel·lent. La proporció de materials de càtode utilitzats al món s'ha incrementat any rere any. No només ha reemplaçat progressivament algunes aplicacions de materials d'òxid de cobalti de liti, sinó que també va sorgir en l'aplicació de noves bateries d'energia del vehicle d'energia. És un dels materials de càtode més prometedores en el futur. En un futur proper, la direcció principal dels materials de càtode de ió de liti encara està dominada per materials d'òxid de cobalt i de LiNixCo1-x-yMnyO2. El fosfat de ferro de liti i els materials a base de manganes d'espinel no només tenen un menor cost de preparació i avantatges de recursos, sinó que també tenen una excel·lent seguretat i estabilitat del cicle. Són els materials de càtode preferits per a bateries de potència, especialment LiNi0.5Mn1.5O4 / Li4Ti5O12. La bateria d'energia del sistema pot aconseguir una càrrega i descàrrega ràpida, que és una de les indicacions principals de les noves bateries d'energia del vehicle d'energia en el futur. Els materials de càtode NCA de gran densitat d'energia tenen un lloc en bateries de productes de 3C de gamma alta i bateries de potència de vehicles d'energia nova, però l'entorn de fabricació de la bateria dura i d'alt cost i altres factors limiten la seva àmplia gamma d'aplicacions. El fosfat de ferro de liti, el manganato de potassi i els materials de càtode NCA sempre han ocupat una certa posició en l'estructura del material de càtode actual. El material a base de manganes basat en liti en capes és el material de càtode industrialitzada de nova generació amb la major densitat d'energia, i el mercat té àmplies perspectives d'aplicació. Tanmateix, els investigadors han de dur a terme els problemes d'elevada capacitat irreversible i un baix rendiment de la taxa causada pels seus propis problemes estructurals. Estudi a fons.
Des de la comercialització de bateries d'ions de liti en la dècada de 1990, els materials de carboni s'han utilitzat àmpliament en les bateries de ions de liti i continuaran essent els materials bàsics per a les bateries de ions de liti. En el nou ànode de carboni, el desenvolupament futur se centrarà en ànodes de grafit d'alta potència i àtoms de carboni d'alta capacitat no grafitats per satisfer les necessitats de les potències futures i d'alta energia. Els agents conductors de carboni tenen un impacte important en el rendiment de la bateria. La recerca de nous agents conductors es centrarà en el desenvolupament d'agents conductors compostos composats per compostos de nous materials de carboni com els nanotubs de carboni i el grafè. A causa de l'estructura flexible especial i bidimensional, els agents conductors compostos de nanotubos de carboni s'han utilitzat àmpliament en el camp de les bateries de ions de liti en els últims anys. S'espera que els nanotubs de carboni i els elèctrodes de grafit compostos siguin àmpliament utilitzats en bateries d'ions de liti d'alta capacitat i bateries de potència d'ions de liti després d'haver estat millorades per un rendiment electroquímic adequat i optimitzat en ús.
Estat de mercat de la bateria de ions de liti i tendència de desenvolupament
El mercat de la bateria de ions de liti pot dividir-se sempre en tres grans mercats: el mercat de l'electrònica de consum, el mercat dels vehicles elèctrics, el mercat d'aplicacions industrials i d'emmagatzematge d'energia. El primer generalment es coneix com el mercat de la bateria de ions de ions de 3C, i els dos últims són el mercat de la bateria d'ions de liti de potència.
El desenvolupament de la indústria de les bateries de ions de liti s'ha concentrat en la indústria 3C des de fa més de 20 anys i és menys utilitzat al mercat per a un major emmagatzematge d'energia i bateries de potència (que requereixen grans corrents instantàniament), que cobreix vehicles elèctrics purs i híbrids vehicles elèctrics. Vehicles, UPS mitjans i grans, energia solar, grans bateries d'emmagatzematge d'energia, eines elèctriques manuals, motos elèctriques, bicicletes elèctriques, equips aeroespacials i bateries d'aeronaus. Una de les raons principals és que el material de càtode d'òxid de cobalti de liti (LiCoO2, que és la bateria de ions de liti més comú) que s'utilitza en bateries de liti en el passat és costós i difícil d'aplicar a entorns especials com ara punció, col·lisió, alta temperatura i baixa temperatura. Més important encara, s'ha criticat per no complir amb els requisits absoluts de la seguretat. Els col·legues, les bateries d'òxid de cobalt de liti no poden aconseguir el propòsit d'una càrrega ràpida i eviten per complet la contaminació secundària, i han de dissenyar circuits de protecció per evitar sobrecàrregues o sobre-descarrega, de lo contrario causarà explosió i altres perills, fins i tot si l'explosió de la bateria de Sony causa global La indústria de la marca NB ha invertit fortament en el reciclatge.
Actualment, les vendes de bateries d'ions de liti mundials i xineses es concentren principalment en el mercat de l'electrònica de consum, tot i que la seva quota de mercat està disminuint. El 2012, el 72,28% de les bateries de ions de liti de 38,176 milions de kWh venudes a tot el món es trobaven al mercat de l'electrònica de consum. Al mercat xinès, la ràtio va ser del 65,40% (les vendes totals de bateries d'ions de liti van ser de 66,20 milions de kWh). El 2012, la quantitat total de bateries d'ions de liti per a telèfons mòbils del món va ser de 108.600.100 kWh, que va ser inferior als 1.094,20 milions de kWh el 2011. No obstant això, al mercat xinès, el nombre total de bateries d'ions de liti per a telèfons mòbils augmentat un 6,30%. A la Xina, els telèfons intel·ligents estan reemplaçant ràpidament els telèfons tradicionals. En l'actualitat, la majoria dels telèfons intel·ligents estan equipats amb tubs de bateria durant menys d'un dia, el que significa que, fins i tot si la densitat d'energia de les bateries d'ions de liti es duplica, és difícil satisfer la demanda. Per tant, durant un cert temps, el mercat d'energia mòbil, on l'electrònica de consum es carrega en qualsevol moment, creixerà ràpidament. El 2012, la demanda mundial de bateries d'ions de ions de liti de 1,23 milions de kWh, més del 80% de les quals es fa a la Xina, del qual el mercat xinès ha consumit 52,20 milions de kWh, que és la força líder en aquest mercat. El mercat de la tableta de la Xina també està desenvolupant-se de forma ràpida i constant. La taxa de creixement anual és superior a la mitjana global. L'augment ràpid de les vendes de tablet PC ha impulsat directament les vendes de bateries d'ions de liti. El 2012, el volum de vendes de bateries d'ions de liti per tablet PC a la Xina va assolir els 284.900. kWh, un augment del 91,97%.
La bateria d'ions de liti que s'utilitza en el mercat industrial i d'emmagatzematge d'energia es divideix principalment en tres categories: eines elèctriques, fonts d'alimentació d'estacions base mòbil i generació d'energia eòlica. El 2012, la demanda total de bateries de ions de liti al món, el mercat d'emmagatzematge industrial i energètic va consumir 4.736 milions de kWh, que representen un 12,25%; El mercat de la Xina va consumir un total de 731.500 kWh de bateries d'ions de liti, la proporció és del 15,65%, que és superior al global.