Wat is litiumioonbatterye

1 Wat is litiumioonbatterye?

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

2 Die struktuur van litiumioonbatterye

Oor die algemeen gebruik die meeste kommersiële Li-ioonbatterye interkalasieverbindings as aktiewe materiale. Hulle bestaan ​​tipies uit verskeie lae materiale wat in 'n spesifieke volgorde gerangskik is om die elektrochemiese proses te vergemaklik wat die battery in staat stel 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, werkverrigting en duursaamheid van die battery. Wanneer dit gelaai word, is die grafietanode verantwoordelik vir die aanvaarding en berging van litiumione. Wanneer die battery ontlaai word, beweeg die litiumione van die anode na die katode sodat 'n elektriese stroom geskep word. Oor die algemeen is die mees algemene kommersieel gebruikte anode 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 tegnologieë is nuwe materiale soos silikon nagevors om die energiedigthede vir litiumioonbatterye te verbeter.

Wat is katode?

Katode werk om positief-gelaaide litiumione tydens stroomsiklusse te aanvaar en vry te stel. Dit bestaan ​​gewoonlik uit 'n gelaagde struktuur van 'n gelaagde oksied (soos litiumkobaltoksied), 'n polianion (soos litiumysterfosfaat) of 'n spinel (soos litiummangaanoksied) bedek op 'n ladingkollektor (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 ontlading.

Wat is skeiding?

As 'n dun membraan of laag van nie-geleidende materiaal, werk skeiding om te verhoed dat die anode (negatiewe elektrode) en katode (positiewe elektrode) kortsluit, 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 ontlading. Daarom kan die battery 'n stabiele spanning handhaaf en die risiko van oorverhitting, verbranding of ontploffing verminder.

Wat is huidige versamelaar?

Stroomopsamelaar is ontwerp om die stroom wat deur die battery se elektrodes geproduseer word te versamel en dit na die eksterne stroombaan te vervoer, wat belangrik is om optimale werkverrigting en lang lewe van die battery te verseker. En gewoonlik word 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 deur NASA in 1965 En oliekrisis het die wêreld in die 1970's getref, navorsers het hul aandag gevestig op alternatiewe bronne van energie, so die deurbraak wat die vroegste vorm van die moderne Li-ioonbattery opgelewer het, is gemaak as gevolg van die ligte gewig en hoë energiedigtheid van litiumioonbatterye. Terselfdertyd het Stanley Whittingham van Exxon ontdek dat litiumione in materiaal soos TiS2 ingevoeg kan word om 'n herlaaibare battery te skep 

Hy het dus 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-ioonbattery gebruik sou word, hoewel dit nie op sy eie die aanhoudende kwessie van vlambaarheid opgelos het nie. dieselfde jaar het Rachid Yazami die litiumgrafietelektrode (anode) uitgevind. En toe in 1991 het die wêreld se eerste herlaaibare litiumioonbatterye die mark begin betree. In 2000's het die vraag na litiumioonbatterye toegeneem namate draagbare elektroniese toestelle gewild geword het, wat litiumioonbatterye veiliger en duursaamer dryf. Elektriese voertuie is in 2010's bekendgestel, wat 'n nuwe mark vir litiumioonbatterye geskep het 

Die ontwikkeling van nuwe vervaardigingsprosesse en -materiale, soos silikonanodes en vastestofelektroliete, het voortgegaan om die werkverrigting en veiligheid van litiumioonbatterye te verbeter. Deesdae het litium-ioonbatterye noodsaaklik geword in ons daaglikse lewens, so die navorsing en ontwikkeling van nuwe materiale en tegnologieë is aan die gang om die werkverrigting, doeltreffendheid en veiligheid van hierdie batterye te verbeter.

4.Die tipes litiumioonbatterye

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

l Litiumkobaltoksied

Litiumkobaltoksiedbatterye word van litiumkarbonaat en kobalt vervaardig en staan ​​ook bekend as litiumkobaltaat- of litium-ioonkobaltbatterye Hulle het 'n kobaltoksiedkatode en 'n grafietkoolstofanode, en litiumione migreer van die anode na die katode tydens ontlading, met die vloei omkeer wanneer die battery gelaai word. Wat die toepassing daarvan betref, word dit in draagbare elektroniese toestelle, elektriese voertuie en hernubare energiebergingstelsels gebruik vanweë hul hoë spesifieke energie, lae selfontladingstempo, hoë bedryfsspanning en wye temperatuurreeks. Maar let op die veiligheidskwessies wat verband hou met tot die potensiaal vir termiese weghol en onstabiliteit by hoë temperature.

l Litium-mangaanoksied

Litium-mangaanoksied (LiMn2O4) is 'n katodemateriaal wat algemeen in litium-ioonbatterye gebruik word. Die tegnologie vir hierdie soort battery is 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 stabiliteit het, wat beteken dat dit minder geneig is om termiese weghol te ervaar, wat ook veiliger is as ander litium-ioon batterytipes. Boonop is mangaan volop en wyd beskikbaar, wat dit 'n meer volhoubare opsie maak in vergelyking met katodemateriaal wat beperkte hulpbronne soos kobalt bevat. As gevolg hiervan word hulle gereeld in mediese toerusting en toestelle, elektriese gereedskap, elektriese motorfietse en ander toepassings aangetref. Ten spyte van sy voordele, is LiMn2O4 swakker fietsrystabiliteit in vergelyking met LiCoO2, wat beteken dat dit meer gereelde vervanging mag vereis, dus is dit dalk nie so geskik vir langtermyn energiebergingstelsels nie.

l Litium-ysterfosfaat (LFP)

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

l Litium Nikkel Mangaan Kobalt Oksied (NMC)

Litium-nikkel-mangaan-kobaltoksied-batterye, dikwels bekend as NMC-batterye, is gemaak van 'n verskeidenheid materiale wat universeel is in litium-ioon-batterye. 'n Katode wat saamgestel is uit 'n mengsel van nikkel, mangaan en kobalt is ingesluit Sy hoë energiedigtheid, goeie fietsryprestasie en 'n lang leeftyd het dit die eerste keuse gemaak in elektriese voertuie, roosterbergingstelsels en ander hoëprestasietoepassings, wat verder bygedra het tot die groeiende gewildheid van elektriese voertuie en hernubare energiestelsels. Om kapasiteit te verhoog, word nuwe elektroliete en bymiddels gebruik om dit in staat te stel om tot 4,4V/sel en hoër te laai. Daar is 'n neiging na NMC-gemengde Li-ion aangesien die stelsel kostedoeltreffend is en goeie werkverrigting lewer. Nikkel, mangaan en kobalt is drie aktiewe materiale wat maklik gekombineer kan word om by 'n wye reeks motor- en energiebergingstelsels (EES) toepassings te pas wat gereelde fietsry vereis.

 Waaruit ons kan sien die NMC-familie word meer divers

Die newe-effekte van termiese weghol, brandgevare en omgewingsbekommernisse kan egter die verdere ontwikkeling daarvan belemmer.

l Litiumtitanaat

Litiumtitanaat, dikwels bekend as li-titanaat, is 'n tipe battery wat 'n groeiende aantal gebruike het. As gevolg van sy voortreflike nanotegnologie, is dit in staat om vinnig te laai en te ontlaai terwyl dit 'n stabiele spanning behou, wat dit goed geskik maak vir hoëkragtoepassings soos elektriese voertuie, kommersiële en industriële energiebergingstelsels en roostervlakberging Saam met sy veiligheid en betroubaarheid, kan hierdie batterye gebruik word vir militêre en lugvaarttoepassings, sowel as die berging van wind- en sonenergie en die bou van slim roosters. Verder, volgens Battery Space, kan hierdie batterye gebruik word in kragstelsel-stelsel-kritiese rugsteun Nietemin is litiumtitanaatbatterye geneig om duurder te wees as tradisionele litiumioonbatterye as gevolg van die komplekse vervaardigingsproses wat nodig is om dit te vervaardig.

5. Die ontwikkelingstendense van litiumioonbatterye

Die wêreldwye groei van installasies vir hernubare energie het die intermitterende energieproduksie verhoog, wat 'n ongebalanseerde netwerk skep. Dit het gelei tot 'n vraag na batterye. terwyl die fokus op geen koolstofvrystellings en behoefte om weg te beweeg van fossielbrandstowwe, naamlik steenkool, vir kragproduksie meer regerings aanspoor om son- en windkraginstallasies aan te spoor. Hierdie installasies leen hulle tot batterybergingstelsels wat oortollige krag wat opgewek word stoor. Daarom dryf regeringsaansporings om Li-ioon-batterye aan te spoor ook die ontwikkeling van litiumioonbatterye Byvoorbeeld, die wêreldwye NMC Lithium-Ion Batterye-markgrootte sal na verwagting groei van US$ miljoen in 2022 tot US$ miljoen in 2029; dit sal na verwagting teen 'n CAGR van % groei vanaf 2023 tot 2029  En die toenemende behoeftes van toepassings wat swaar vragte vereis, sal na verwagting litiumioonbatterye van 3000-10000 die vinnigste groeiende segment gedurende die voorspellingsperiode (2022-2030) maak.

6 Die beleggingsontleding van litiumioonbatterye

Die markbedryf vir litiumioonbatterye sal na verwagting van USD 51.16 miljard in 2022 tot USD 118.15 miljard teen 2030 groei, met 'n saamgestelde jaarlikse groeikoers van 4.72% gedurende die voorspellingsperiode (2022-2030), wat van verskeie faktore afhang.

l Eindgebruikeranalise

Nutsektorinstallasies is sleuteldryfkragte vir battery-energiebergingstelsels (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-ioonbatterye toon 'n hoër 34.4% CAGR as gevolg van hul lae groeibasis. Residensiële en kommersiële energiebergingsegmente 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 geen koolstofvrystellings, met maatskappye wat netto-nul beloftes in die volgende twee dekades maak. Telekommunikasie- en datasentrummaatskappye is aan die voorpunt van die vermindering van koolstofvrystellings met 'n groter fokus op hernubare energie-kragbronne Al wat die vinnige ontwikkeling van sal bevorder  litiumioonbatterye soos maatskappye maniere vind om betroubare rugsteun en roosterbalansering te verseker.

l Produktipe-analise

As gevolg van die hoë prys van kobalt, is kobaltvrye batterye een van die ontwikkelingstendense van litium-ioonbatterye. Hoëspanning LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) met 'n hoë teoretiese energiedigtheid is een van die mees belowende Ko-vrye katode materiale in die verdere. Verder het die eksperimentele resultate bewys dat die fietsry en C-tempo werkverrigting van LNMO battery verbeter word deur die semi-soliede elektroliet te gebruik. Dit kan voorgestel word dat die anioniese COF in staat is om die Mn3+/Mn2+ en Ni2+ sterk te absorbeer deur Coulomb interaksie, wat hul vernietigende migrasie na die anode beperk. Daarom sal hierdie werk voordelig wees vir die kommersialisering van LNMO-katodemateriaal.

l Streeksanalise

Asië-Stille Oseaan sal teen 2030 die grootste stilstaande litium-ioonbatterymark wees, aangedryf deur nutsdienste en nywerhede. Dit sal Noord-Amerika en Europa verbysteek 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 volgende grootste markte wees as gevolg van hul doelwitte om hul ekonomieë en netwerk oor die volgende twee dekades te ontkoolstof. LATAM sal die hoogste groeikoers teen 'n CAGR van 21.4% sien vanweë sy kleiner grootte en lae basis.

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

By die aankoop van 'n optiese sonkrag-omskakelaar moet nie net die prys en kwaliteit in ag geneem word nie, ander faktore moet 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 laaisiklusse.

l  Veiligheid

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

l Tik

Een van die jongste neigings in die litium-ioonbatterybedryf 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 en veiligheid aansienlik verhoog.

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. Kontroleer die vervaldatum voordat u die aankoop doen. Litiumioonbatterye het 'n inherente langer lewensduur as gevolg van sy chemie, maar elke battery verskil van mekaar na gelang van die tipe, spesifikasies en die manier waarop hulle gemaak word. Hoë kwaliteit batterye sal langer hou, aangesien hulle binne van fyn materiaal gemaak is.