La nuova tecnologia energetica è riconosciuta come alta tecnologia nel 21 ° secolo. Come parte importante del nuovo settore energetico, l'industria delle batterie è diventata un nuovo punto caldo nello sviluppo economico globale. Allo stato attuale, le batterie agli ioni di litio sono state ampiamente utilizzate come importante fonte di energia. Che si tratti di comunicazioni elettroniche o di trasporti, svolge un ruolo estremamente importante e ha ampie prospettive applicative.
La batteria agli ioni di litio è una sorta di batteria secondaria. Si tratta di un nuovo tipo di batteria sviluppata sulla base della batteria al litio. Si basa principalmente sugli ioni di litio che si spostano tra gli elettrodi positivi e negativi per funzionare. Dagli anni '70, sono state introdotte e ampiamente utilizzate varie batterie primarie al litio ad alta energia specifica che utilizzano il metallo al litio come elettrodo negativo.
La batteria agli ioni di litio ha un'alta tensione operativa, un'elevata energia specifica, una grande capacità, una piccola autoscarica, un buon ciclo, una lunga durata, leggero e di piccole dimensioni. Rappresenta le moderne batterie ad alte prestazioni ed è un dispositivo elettronico portatile come telefoni cellulari e computer portatili. Si prevede che la fonte di energia ideale diventi una delle principali fonti di energia per veicoli elettrici e utensili elettrici senza fili in futuro.
La storia dello sviluppo dell'industria delle batterie agli ioni di litio in Cina non è lunga, ma si sta sviluppando molto velocemente. Nel 2012, la produzione totale di batterie agli ioni in Cina ha raggiunto 4,18 miliardi. Nel mercato internazionale delle batterie agli ioni di litio, Cina, Giappone e Corea del Sud hanno formato una situazione a tre gambe. Lo sviluppo tecnologico dell'industria cinese delle batterie agli ioni di litio è iniziato con l'imitazione della tecnologia estera matura. Nel processo, l'innovazione di processo è il principale risultato del rapido sviluppo dell'industria cinese delle batterie agli ioni di litio. Negli ultimi anni, con l'aumento degli investimenti nell'innovazione tecnologica, la Cina L'industria delle batterie agli ioni di litio si è sviluppata rapidamente in termini di innovazione tecnologica e ha costituito una base di competitività industriale fondamentale e ha accumulato alcuni vantaggi tecnologici in determinati settori.
Stato della ricerca e andamento dello sviluppo dei materiali per batterie agli ioni di litio
Le strutture principali delle batterie agli ioni di litio sono un elettrodo positivo, un elettrodo negativo, un elettrolita capace di condurre ioni di litio e un separatore che separa gli elettrodi positivo e negativo. Le prestazioni elettrochimiche delle batterie agli ioni di litio dipendono principalmente dalla struttura e dalle proprietà dei materiali degli elettrodi e dei materiali dielettrici utilizzati. In particolare, la scelta e la qualità dei materiali degli elettrodi determinano direttamente le caratteristiche e il prezzo della batteria agli ioni di litio.
Allo stato attuale, la ricerca sui materiali catodici delle batterie agli ioni di litio si concentra principalmente sull'ossido di cobalto di litio e sul nichelato di litio. Allo stesso tempo, l'aumento di alcuni nuovi materiali catodici (come i materiali Li-Mn-O e i polimeri conduttivi) è anche il materiale catodico per le batterie agli ioni di litio. Lo sviluppo ha iniettato nuova vitalità ed è un importante contenuto di ricerca in questo campo per trovare un nuovo sistema per lo sviluppo di materiali catodici a batteria secondaria agli ioni di litio con alta tensione, alta capacità specifica e buone prestazioni del ciclo. Allo stato attuale, i materiali elettrodici positivi delle batterie agli ioni di litio sono ancora ossidi di metalli di transizione come LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 e i loro materiali compositi. Dal 2005 al 2010, materiali a catodo polimerico ad alta densità energetica e solfuri organici e solfuri inorganici diventano batterie agli ioni di litio. Una nuova generazione di materiali catodici. I materiali anodici delle batterie agli ioni di litio includono principalmente materiali di carbonio, leghe di metalli di litio, ossidi metallici, nitruri metallici, nano-siliconi, ecc. Tra questi, i materiali di carbonio sono i principali materiali a elettrodi negativi per applicazioni commerciali e leghe di litio e nano -siliconi sono diventati punti caldi per la ricerca e lo sviluppo. . Il materiale elettrolitico della batteria agli ioni di litio viene utilizzato principalmente per elettrolizzare il suo solvente in materia organica anidra, e la maggior parte di essi utilizza solventi misti come EC-DMC e PC-DMC. LiPF6 è il sale conduttivo più comunemente utilizzato.
Per i materiali catodici a batteria agli ioni di litio, i materiali catodici al litio e ossido di cobalto hanno ancora una forte vitalità in futuro. Nell'attuale sistema di batterie agli ioni di litio commerciali, le batterie al litio-cobalto ossido si basano sulla loro elevata tensione di interruzione della carica e sulla densità solida ad alta tensione. Il vantaggio è ancora il sistema di batterie preferito per i prodotti di batterie 3C di fascia alta; mentre il materiale a strati di LiNixCo1-x-yMnyO2 stratificato non solo ha un'alta densità di energia, ma ha anche le proprietà di sicurezza del materiale, stabilità del ciclo, prestazioni ad alte temperature e costi di preparazione. È relativamente eccellente. La proporzione di materiali catodici utilizzati nel mondo è aumentata di anno in anno. Non solo ha gradualmente sostituito alcune applicazioni di materiali di ossido di cobalto di litio, ma è anche emerso nell'applicazione di nuove batterie di energia per veicoli elettrici. È uno dei materiali catodici più promettenti in futuro. Nel prossimo futuro, la direzione principale dei materiali catodici a ioni di litio è ancora dominata dai materiali litio-cobalto e LiNixCo1-x-yMnyO2. I materiali a base di fosfato di ferro e di manganese allo spinello non solo hanno minori costi di preparazione e vantaggi in termini di risorse, ma hanno anche un'eccellente sicurezza e stabilità del ciclo. Sono i materiali catodici preferiti per le batterie di alimentazione, in particolare LiNi0.5Mn1.5O4 / Li4Ti5O12. La batteria di alimentazione del sistema può raggiungere velocità di carica e scarica, che è una delle direzioni principali delle nuove batterie di energia per veicoli in futuro. I materiali a catodo NCA ad alta densità di energia hanno un posto nelle batterie di prodotto 3C di fascia alta e nelle batterie di alimentazione dei veicoli di nuova energia, ma un ambiente di produzione di batterie ad alto costo e duro e altri fattori limitano la sua vasta gamma di applicazioni. Fosfato di ferro di litio, manganato di potassio e materiali catodici NCA hanno sempre occupato una certa posizione nella struttura materiale del catodo corrente. Il materiale stratificato a base di manganese ricco di litio è il materiale catodico industrializzato di prossima generazione con la più alta densità di energia e il mercato ha ampie prospettive applicative. Tuttavia, i problemi di alta capacità irreversibile e di prestazioni scadenti causate dai propri problemi strutturali devono ancora essere realizzati dai ricercatori. Studio approfondito
Fin dalla commercializzazione delle batterie agli ioni di litio negli anni '90, i materiali in carbonio sono stati ampiamente utilizzati nelle batterie agli ioni di litio e continueranno ad essere i materiali di base per le batterie agli ioni di litio. Nel nuovo anodo di carbonio, lo sviluppo futuro si concentrerà su anodi di grafite ad alta potenza e anodi di carbonio non grafite ad alta capacità per soddisfare le esigenze di alimentazione futura e batterie ad alta energia. Gli agenti conduttori di carbonio hanno un impatto importante sulle prestazioni della batteria. La ricerca di nuovi agenti conduttivi si concentrerà sullo sviluppo di agenti di carbonio altamente ionico caratteristici e composti conduttivi ottenuti combinando nuovi materiali di carbonio come nanotubi di carbonio e grafene. Grazie alla speciale e bidimensionale struttura flessibile, gli agenti conduttivi compositi in nanotubi di carbonio sono stati ampiamente utilizzati nel campo delle batterie agli ioni di litio negli ultimi anni. Si prevede che i materiali a base di nanotubi di carbonio e di elettrodi compositi di grafene saranno ampiamente utilizzati nelle batterie agli ioni di litio ad alta capacità e nelle batterie agli ioni di litio dopo essere stati migliorati con prestazioni elettrochimiche appropriate e ottimizzati durante l'uso.
Stato del mercato delle batterie agli ioni di litio e trend di sviluppo
Il mercato delle batterie agli ioni di litio può sempre essere suddiviso in tre mercati principali: il mercato dell'elettronica di consumo, il mercato dei veicoli elettrici, il mercato delle applicazioni industriali e di stoccaggio dell'energia. Il primo è generalmente indicato come il piccolo mercato delle batterie agli ioni di litio 3C, mentre gli ultimi due sono il mercato delle batterie agli ioni di litio.
Lo sviluppo dell'industria delle batterie agli ioni di litio è stato concentrato nell'industria 3C da oltre 20 anni, ed è meno utilizzato nel mercato per accumulatori di energia e batterie di grandi dimensioni (che richiedono istantaneamente grandi correnti), che copre veicoli elettrici puri e ibridi veicoli elettrici. Veicoli, UPS medi e grandi, energia solare, batterie di accumulo di energia di grandi dimensioni, utensili elettrici a mano, motocicli elettrici, biciclette elettriche, attrezzature aerospaziali e batterie per aeromobili. Uno dei motivi principali è che il materiale catodico al litio-cobalto (LiCoO2, la più comune batteria agli ioni di litio) utilizzato in passato nelle batterie al litio è costoso e difficile da applicare in ambienti speciali come forature, collisioni, alte temperature e bassa temperatura. Ancora più importante, è stato criticato per non aver soddisfatto i requisiti assoluti delle persone per la sicurezza. Colleghi, le batterie al litio-ossido di cobalto non possono raggiungere lo scopo di una ricarica rapida ed evitare completamente l'inquinamento secondario, e devono progettare circuiti di protezione per evitare sovraccarichi o sovra-scariche, altrimenti causeranno esplosioni e altri pericoli, anche se l'esplosione della batteria Sony provoca global L'industria del marchio NB ha investito molto nel riciclaggio.
Attualmente, le vendite globali e cinesi di batterie agli ioni di litio sono concentrate principalmente nel mercato dell'elettronica di consumo, anche se la sua quota di mercato è in calo. Nel 2012, il 72,28% delle 38,176 milioni di kWh di batterie agli ioni di litio vendute nel mondo era nel mercato dell'elettronica di consumo. Nel mercato cinese, il rapporto era del 65,40% (le vendite totali di batterie agli ioni di litio erano 66,20 milioni di kWh). Nel 2012, la quantità totale di batterie agli ioni di litio per telefoni cellulari nel mondo era di 108.600.100 kWh, che era inferiore a 1.094.20 milioni di kWh nel 2011. Tuttavia, nel mercato cinese, il numero totale di batterie agli ioni di litio per telefoni cellulari aumentato del 6,30%. In Cina, gli smartphone stanno rapidamente sostituendo i feature phone tradizionali. Al momento, la maggior parte degli smartphone è equipaggiata con batterie per meno di un giorno, il che significa che anche se la densità di energia delle batterie agli ioni di litio è raddoppiata, è difficile soddisfare la domanda. Pertanto, per qualche tempo a venire, il mercato dell'energia elettrica mobile, in cui l'elettronica di consumo è in carica in qualsiasi momento, crescerà rapidamente. Nel 2012, la domanda globale di 1,23 milioni di kWh di batterie agli ioni di litio mobili, di cui oltre l'80% è fabbricato in Cina, di cui il mercato cinese ha consumato 52,20 milioni di kWh, che è la forza trainante in questo mercato. Anche il mercato cinese dei tablet PC si sta sviluppando rapidamente e costantemente. Il tasso di crescita annuale è superiore alla media globale. Il rapido aumento delle vendite di tablet PC ha incrementato direttamente le vendite di batterie agli ioni di litio. Nel 2012, il volume delle vendite di batterie agli ioni di litio per tablet PC in Cina ha raggiunto 284.900. kWh, con un incremento del 91,97%.
La batteria agli ioni di litio utilizzata nel mercato dello stoccaggio industriale e dell'energia è principalmente suddivisa in tre categorie: utensili elettrici, alimentatori per stazioni base mobili e generazione di energia eolica. Nel 2012, la domanda totale di batterie agli ioni di litio nel mondo, il mercato di stoccaggio industriale ed energetico ha consumato 4.736 milioni di kWh, pari al 12,25%; Il mercato cinese ha consumato un totale di 731.500 kWh di batterie agli ioni di litio, la percentuale è del 15,65%, che è superiore a quella globale.