Wat is litiumioonbatterye?

1. Wat is litiumioonbatterye?

'n Battery is 'n bron van elektriese krag wat uit een of meer bestaan elektrochemiese selle met eksterne verbindings vir die aandryf van elektriese toestelle. 'n Litium-ioon- of Li-ion-battery is 'n tipe herlaaibare battery wat die omkeerbare vermindering van litiumione om energie te stoor en is bekend om hul hoë energiedigtheid.

2. Die struktuur van litiumioonbatterye

Oor die algemeen gebruik die meeste kommersiële Li-ioonbatterye interkalasieverbindings as aktiewe materiaal. Hulle bestaan ​​tipies uit verskeie lae materiale wat is gerangskik in 'n spesifieke volgorde om die elektrochemiese proses wat stel die battery in staat om energie te stoor en vry te stel - anode, katode, elektroliet, skeier en stroomkollektor.

Wat is anode?

As 'n komponent van die battery speel anode 'n belangrike rol in die kapasiteit, prestasie en duursaamheid van die battery. Wanneer laai, is die grafietanode verantwoordelik vir die aanvaarding en berging van litiumione. Wanneer die battery is ontslaan word, beweeg die litiumione van die anode na die katode sodat 'n elektriese stroom word geskep. Oor die algemeen die mees algemene kommersieel gebruikte anode is grafiet, wat in sy volledig gelithieerde toestand van LiC6 korreleer met 'n maksimum kapasiteit van 1339 C/g (372 mAh/g). Maar met die ontwikkeling van tegnologie, nuwe materiale soos silikon is nagevors om die energiedigthede te verbeter vir litium-ioon batterye.

Wat is katode?

Katode werk om positief-gelaaide litiumione te aanvaar en vry te stel tydens huidige siklusse. Dit bestaan ​​gewoonlik uit 'n gelaagde struktuur van 'n gelaagde oksied (soos litiumkobaltoksied), 'n polianion (soos litiumysterfosfaat) of 'n spinel (soos litium mangaanoksied) bedek op 'n lading versamelaar (gewoonlik gemaak van aluminium).

Wat is elektroliet?

As 'n litiumsout in 'n organiese oplosmiddel dien die elektroliet as 'n medium vir litiumione om tussen die anode en katode te beweeg tydens laai en ontslaan.

Wat is skeiding?

As 'n dun membraan of laag van nie-geleidende materiaal, skeiding werk om verhoed dat die anode (negatiewe elektrode) en katode (positiewe elektrode) uit kortsluiting, aangesien hierdie laag deurlaatbaar is vir litiumione maar nie vir elektrone nie. Dit kan ook die bestendige vloei van ione tussen die elektrodes verseker tydens laai en ontslaan. Daarom kan die battery 'n stabiele spanning handhaaf en verminder die risiko van oorverhitting, verbranding of ontploffing.

Wat is huidige versamelaar?

Stroomkollektor is ontwerp om die stroom wat deur die geproduseer word in te samel battery se elektrodes en vervoer dit na die eksterne stroombaan, wat is belangrik om optimale werkverrigting en lang lewe van die battery te verseker. En gewoonlik is dit tipies gemaak van 'n dun vel aluminium of koper.

3. Die ontwikkelingsgeskiedenis van litiumioonbatterye

Navorsing oor herlaaibare Li-ioon-batterye dateer uit die 1960's, een van die vroegste voorbeelde is 'n CuF2/Li-battery wat in 1965 deur NASA ontwikkel is. En oliekrisis die wêreld in die 1970's getref het, het navorsers hul aandag op alternatiewe gevestig bronne van energie, sodat die deurbraak wat die vroegste vorm van die moderne Li-ion battery is gemaak as gevolg van die ligte gewig en hoë energie digtheid van litiumioonbatterye. Terselfdertyd, Stanley Whittingham van Exxon ontdek dat litiumione in materiaal soos TiS2 ingeplaas kan word skep 'n herlaaibare battery 

So hy het probeer om hierdie battery te kommersialiseer maar het misluk weens die hoë koste en die teenwoordigheid van metaallitium in die selle. In 1980 is gevind dat nuwe materiaal 'n hoër spanning bied en was baie meer stabiel in lug, wat later in die eerste kommersiële Li-ion battery gebruik sou word, alhoewel dit nie op sy eie die aanhoudende kwessie van opgelos het nie vlambaarheid.Dieselfde jaar het Rachid Yazami die litiumgrafiet uitgevind elektrode (anode). En toe in 1991, die wêreld se eerste herlaaibare litiumioon batterye die mark begin betree het 

In 2000's, die vraag na litium-ioon batterye het toegeneem namate draagbare elektroniese toestelle gewild geword het, wat dryf litiumioonbatterye om veiliger en duursaamer te wees. Elektriese voertuie was in 2010's bekendgestel, wat 'n nuwe mark vir litium-ioonbatterye geskep het. Die ontwikkeling van nuwe vervaardigingsprosesse en -materiale, soos silikonanodes en vastestof elektroliete, het voortgegaan om die werkverrigting en veiligheid van te verbeter litium-ioon batterye. Deesdae het litium-ioonbatterye noodsaaklik geword in ons daaglikse lewens, sodat die navorsing en ontwikkeling van nuwe materiale en tegnologieë is aan die gang om die werkverrigting, doeltreffendheid en veiligheid van te verbeter hierdie batterye.

4.Die tipes litiumioonbatterye

Litium-ioon batterye kom in 'n verskeidenheid van vorms en groottes, en nie almal nie hulle word gelyk gemaak. Normaalweg is daar vyf soorte litium-ioonbatterye.

l Litiumkobaltoksied

Litiumkobaltoksiedbatterye word vervaardig van litiumkarbonaat en kobalt en staan ​​ook bekend as litiumkobaltaat- of litium-ioon-kobaltbatterye. Hulle het 'n kobaltoksied katode en 'n grafiet koolstof anode, en litium ione migreer van die anode na die katode tydens ontlading, met die vloei omkeer wanneer die battery gelaai is. Wat die toepassing daarvan betref, word hulle in draagbare gebruik elektroniese toestelle, elektriese voertuie en hernubare energiebergingstelsels as gevolg van hul hoë spesifieke energie, lae selfontladingstempo, hoë werking spanning en wye temperatuurreeks. Maar let op die veiligheidskwessies verband hou met die potensiaal vir termiese weghol en onstabiliteit by hoog temperature.

l Litium-mangaanoksied

Litium-mangaanoksied (LiMn2O4) is 'n katodemateriaal wat algemeen gebruik word in litium-ioon batterye. Die tegnologie vir hierdie soort battery was aanvanklik in die 1980's ontdek, met die eerste publikasie in die Materials Research Bulletin in 1983. Een van die voordele van LiMn2O4 is dat dit goeie termiese toestand het stabiliteit, wat beteken dat dit minder geneig is om termiese weghol ervaar, wat is ook veiliger as ander litium-ioon batterytipes. Daarbenewens is mangaan volop en wyd beskikbaar, wat dit 'n meer volhoubare opsie maak in vergelyking tot katodemateriaal wat beperkte hulpbronne soos kobalt bevat. As gevolg hiervan, hulle word gereeld gevind in mediese toerusting en toestelle, elektriese gereedskap, elektriese motorfietse en ander toepassings. Ten spyte van sy voordele, LiMn2O4 armer fietsrystabiliteit in vergelyking met LiCoO2, wat beteken dat dit dalk meer benodig gereelde vervanging, so dit is dalk nie so geskik vir langtermyn energieberging nie stelsels.

l Litium-ysterfosfaat (LFP)

Fosfaat word dikwels as 'n katode in litium-ysterfosfaatbatterye gebruik bekend as li-fosfaatbatterye. Hul lae weerstand het hul termiese verbetering verbeter stabiliteit en veiligheid. Hulle is ook bekend vir duursaamheid en 'n lang lewensiklus, wat hulle die mees koste-effektiewe opsie vir ander tipes litium-ioon maak batterye. Gevolglik word hierdie batterye gereeld in elektriese fietse gebruik en ander toepassings wat 'n lang lewensiklus en hoë vlakke van veiligheid vereis. Maar die nadele daarvan maak dit moeilik om vinnig te ontwikkel. Eerstens, in vergelyking met ander tipes litium-ioon batterye, hulle kos meer, want hulle gebruik skaars en duur grondstowwe. Daarbenewens het litium-ysterfosfaatbatterye 'n laer bedryfspanning, wat beteken dat hulle dalk nie vir sommige geskik is nie toepassings wat 'n hoër spanning vereis. Die langer laaityd maak dit 'n nadeel in toepassings wat 'n vinnige herlaai vereis.

l Litium Nikkel Mangaan Kobalt Oksied (NMC)

Litium Nikkel mangaan Kobalt Oksied batterye, dikwels bekend as NMC batterye, is gemaak van 'n verskeidenheid materiale wat universeel is in litium-ioon batterye. 'n Katode wat uit 'n mengsel van nikkel, mangaan en kobalt is ingesluit. Sy hoë energiedigtheid, goeie fietsryprestasie, en a lang lewensduur het dit die eerste keuse gemaak in elektriese voertuie, roosterberging stelsels, en ander hoëprestasie-toepassings, wat verder bygedra het tot die groeiende gewildheid van elektriese voertuie en hernubare energiestelsels. Om kapasiteit verhoog, word nuwe elektroliete en bymiddels gebruik om dit in staat te stel laai tot 4.4V/sel en hoër 

Daar is 'n neiging na NMC-gemengde Li-ion sedert die stelsel is kostedoeltreffend en lewer goeie werkverrigting. Nikkel, mangaan, en kobalt is drie aktiewe materiale wat maklik gekombineer kan word om 'n wye te pas reeks motor- en energiebergingstelsels (EES) toepassings wat vereis gereelde fietsry. Waaruit ons kan sien die NMC-familie word meer diverse Maar sy newe-effekte van termiese weghol, brandgevare en omgewing bekommernisse kan die verdere ontwikkeling daarvan belemmer.

l Litiumtitanaat

Litiumtitanaat, dikwels bekend as li-titanaat, is 'n tipe battery wat 'n groeiende aantal gebruike. As gevolg van sy voortreflike nanotegnologie, is dit in staat om vinnig laai en ontlaai terwyl 'n stabiele spanning behou word, wat dit maak goed geskik vir hoëkragtoepassings soos elektriese voertuie, kommersiële en industriële energiebergingstelsels, en roostervlakberging 

Saam met sy veiligheid en betroubaarheid, kan hierdie batterye vir militêre en lugvaart gebruik word toepassings, sowel as die berging van wind- en sonenergie en die bou van slim roosters. Verder, volgens Battery Space, kan hierdie batterye wees aangewend in kragstelsel-stelsel-kritiese rugsteun. Nietemin, litiumtitanaat batterye is geneig om duurder te wees as tradisionele litium-ioon batterye as gevolg aan die komplekse vervaardigingsproses wat nodig is om dit te vervaardig.

5. Die ontwikkelingstendense van litiumioonbatterye

Die globale groei van installasies vir hernubare energie het toegeneem intermitterende energieproduksie, wat 'n ongebalanseerde rooster skep. Dit het gelei tot 'n vraag na batterye.terwyl die fokus op nul koolstofvrystellings en moet beweeg weg van fossielbrandstowwe, naamlik steenkool, vra vir kragproduksie meer regerings om son- en windkraginstallasies aan te spoor. Hierdie installasies leen hulle tot batterybergingstelsels wat oortollige krag berg gegenereer 

Daarom, regering aansporings Li-ion battery aan te spoor installasies dryf ook die ontwikkeling van litiumioonbatterye aan. Byvoorbeeld, die wêreldwye NMC Lithium-Ion Battery-markgrootte sal na verwagting van US$ groei miljoen in 2022 tot US$ miljoen in 2029; dit sal na verwagting teen 'n CAGR van % groei van 2023 tot 2029. En die toenemende behoeftes van toepassings wat swaar vereis vragte word geprojekteer om litiumioonbatterye van 3000-10000 die vinnigste te maak groeiende segment gedurende die voorspellingsperiode (2022-2030).

6. Die beleggingsontleding van litiumioonbatterye

Die markbedryf vir litiumioonbatterye sal na verwagting van USD 51,16 groei miljard in 2022 tot USD 118,15 miljard teen 2030, wat 'n saamgestelde jaarlikse uitstal groeikoers van 4.72% gedurende die voorspellingsperiode (2022-2030), wat afhang van verskeie faktore.

l Eindgebruikeranalise

Nutsektorinstallasies is sleuteldryfkragte vir die berging van batteryenergie stelsels (BESS). Hierdie segment sal na verwagting groei van $2,25 miljard in 2021 tot $5.99 miljard in 2030 teen 'n CAGR van 11.5%. Li-ioon batterye toon 'n hoër 34,4% CAGR as gevolg van hul lae groeibasis. Residensiële en kommersiële energieberging segmente is ander gebiede met 'n groot markpotensiaal van $5,51 miljard in 2030, vanaf $1,68 miljard in 2021. Die nywerheidsektor gaan voort met sy opmars na nul koolstofvrystellings, met maatskappye wat netto-nul beloftes in die volgende twee maak dekades. Telekommunikasie- en datasentrummaatskappye is aan die voorpunt van vermindering koolstofvrystellings met 'n groter fokus op hernubare energie kragbronne. Almal waarvan die vinnige ontwikkeling van litiumioonbatterye sal bevorder as maatskappye vind maniere om betroubare rugsteun en roosterbalansering te verseker.

l Produktipe-analise

As gevolg van die hoë prys van kobalt, is kobaltvrye battery een van die ontwikkelingstendense van litium-ioonbatterye. Hoëspanning LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) met 'n hoë teoretiese energie digtheid is een van die mees belowende Co-vry katode materiaal in die verdere. Verder het die eksperimentele resultate dit bewys die fietsry en C-koers prestasie van LNMO battery word verbeter deur die gebruik van die halfvaste elektroliet. Dit kan voorgestel word waartoe die anioniese COF in staat is absorbeer die Mn3+/Mn2+ en Ni2+ sterk deur Coulomb-interaksie, om hul vernietigende migrasie na die anode te beperk. Daarom sal hierdie werk voordelig wees vir die kommersialisering van LNMO-katodemateriaal.

l Streeksanalise

Asië-Stille Oseaan sal die grootste stilstaande litium-ioonbatterymark wees 2030, aangedryf deur nutsdienste en nywerhede. Dit sal Noord-Amerika verbysteek en Europa met 'n mark van $7,07 miljard in 2030, groei van $1,24 miljard in 2021 teen 'n CAGR van 21.3%. Noord-Amerika en Europa sal die naasgrootste wees markte as gevolg van hul doelwitte om hul ekonomieë en rooster oor die volgende te ontkarboniseer twee dekades. LATAM sal die hoogste groeikoers teen 'n CAGR van 21.4% sien omdat van sy kleiner grootte en lae basis.

7. Dinge om te oorweeg vir 'n hoë-gehalte litium-ioon batterye

Wanneer u 'n optiese sonkragomskakelaar koop, moet nie net die prys en kwaliteit wees nie in ag geneem moet word, moet ander faktore ook in gedagte gehou word.

l Energiedigtheid

Die Energiedigtheid is die hoeveelheid energie wat per volume-eenheid gestoor word. Hoër energiedigtheid met minder gewig en grootte is meer omvangryk tussen laai siklusse.

l Veiligheid

Veiligheid is nog 'n kritieke aspek van litium-ioonbatterye sedert ontploffings en brande wat kan voorkom tydens laai of ontlaai, dus is dit nodig om kies batterye met verbeterde veiligheidsmeganismes, soos temperatuursensors en inhiberende stowwe.

l Tik

Een van die nuutste neigings in die litium-ioon battery industrie is die ontwikkeling van vastestofbatterye, wat 'n reeks voordele bied soos hoër energiedigtheid en 'n langer lewensiklus. Byvoorbeeld, die gebruik van vastestofbatterye in elektriese motors sal hul reikafstand aansienlik vergroot vermoë en veiligheid.

l Tempo van laai

Die tempo van laai hang af hoe vinnig die battery veilig gelaai word. Soms neem die battery lank om te laai voordat dit gebruik kan word.

l Lewensduur

Geen battery loop vir die hele lewe nie, maar het 'n vervaldatum. Gaan die vervaldatum na datum voor die aankoop. Litiumioonbatterye het 'n inherente langer lewensduur as gevolg van sy chemie maar elke battery verskil van mekaar afhangende van die tipe, spesifikasies en die manier waarop dit gemaak word. Hoë kwaliteit batterye sal hou langer, aangesien hulle binne van fyn materiaal gemaak is.