Què són les bateries d'ions de liti?

1. Què són les bateries d'ions de liti?

Una bateria és una font d'energia elèctrica formada per una o més cèl·lules electroquímiques amb connexions externes per alimentar dispositius elèctrics. Una bateria de ions de liti o de ions de liti és un tipus de bateria recarregable que utilitza Reducció reversible dels ions de liti per emmagatzemar energia i és famós el seu alt densitat d'energia.

2. L'estructura de les bateries d'ions de liti

En general, la majoria de bateries comercials d'ió de liti utilitzen compostos d'intercalació com materials actius. Normalment consisteixen en diverses capes de materials que són disposats en un ordre específic per facilitar el procés electroquímic que permet que la bateria emmagatzemi i alliberi energia: ànode, càtode, electròlit, separador i col·lector de corrent.

Què és l'ànode?

Com a component de la bateria, l'ànode té un paper important en la capacitat, rendiment i durabilitat de la bateria. Quan es carrega, l'ànode de grafit és responsable d'acceptar i emmagatzemar ions de liti. Quan la bateria està descarregats, els ions de liti es mouen de l'ànode al càtode de manera que an es crea corrent elèctric. Generalment l'ànode més utilitzat comercialment és grafit, que en el seu estat totalment litiat de LiC6 es correlaciona amb un màxim capacitat de 1339 C/g (372 mAh/g). Però amb el desenvolupament de les tecnologies, noves S'han investigat materials com el silici per millorar les densitats d'energia per a bateries d'ions de liti.

Què és el càtode?

El càtode treballa per acceptar i alliberar ions de liti carregats positivament durant cicles actuals. Normalment consisteix en una estructura en capes d'un òxid en capes (com l'òxid de cobalt de liti), un polianió (com el fosfat de ferro de liti) o una espinela (com l'òxid de manganès de liti) recoberta sobre un col·lector de càrrega (normalment fet d'alumini).

Què és l'electròlit?

Com a sal de liti en un dissolvent orgànic, l'electròlit serveix de medi perquè els ions de liti es moguin entre l'ànode i el càtode durant la càrrega i descàrrega.

Què és el separador?

Com a membrana fina o capa de material no conductor, el separador funciona evitar que l'ànode (elèctrode negatiu) i el càtode (elèctrode positiu). curt, ja que aquesta capa és permeable als ions de liti però no als electrons. Això També pot garantir el flux constant d'ions entre els elèctrodes durant la càrrega i descàrrega. Per tant, la bateria pot mantenir una tensió estable i reduir-la el risc de sobreescalfament, combustió o explosió.

Què és el col·lector actual?

El col·lector de corrent està dissenyat per recollir el corrent produït pel els elèctrodes de la bateria i el transporta al circuit extern, que és important per garantir un rendiment òptim i una longevitat de la bateria. I normalment es fa amb una fina làmina d'alumini o coure.

3. La història del desenvolupament de les bateries d'ions de liti

La investigació sobre les bateries recarregables d'ió de liti data dels anys 60, una de les Els primers exemples són una bateria CuF2/Li desenvolupada per la NASA el 1965. I la crisi del petroli va arribar al món a la dècada de 1970, els investigadors van centrar la seva atenció en l'alternativa fonts d'energia, de manera que l'avenç que va produir la forma més antiga de la La bateria moderna d'ions de liti es va fabricar a causa del pes lleuger i l'alta energia densitat de les bateries de ions de liti. Al mateix temps, Stanley Whittingham d'Exxon va descobrir que els ions de liti es podrien inserir en materials com el TiS2 crear una bateria recarregable 

Així que va intentar comercialitzar aquesta bateria però va fallar per l'alt cost i la presència de liti metàl·lic a les cèl·lules. L'any 1980 es va trobar material nou que oferia una tensió més alta i era molt més estable a l'aire, que més tard s'utilitzaria en la primera bateria comercial d'ions de liti, tot i que no va resoldre, per si sol, el persistent problema de inflamabilitat. El mateix any, Rachid Yazami va inventar el grafit de liti elèctrode (ànode). I després, el 1991, el primer ió de liti recarregable del món les bateries van començar a entrar al mercat 

A la dècada de 2000, la demanda d'ió de liti les bateries van augmentar a mesura que es van popularitzar els dispositius electrònics portàtils, que condueixen les bateries de ions de liti per ser més segures i duradores. Els vehicles elèctrics eren introduït a la dècada de 2010, que va crear un nou mercat per a les bateries d'ions de liti. El desenvolupament de nous processos de fabricació i materials, com els ànodes de silici i electròlits d'estat sòlid, va continuar millorant el rendiment i la seguretat de bateries de ions de liti. Actualment, les bateries d'ions de liti s'han convertit en essencials la nostra vida diària, així la recerca i desenvolupament de nous materials i Les tecnologies estan en curs per millorar el rendiment, l'eficiència i la seguretat aquestes bateries.

4.Els tipus de bateries d'ions de liti

Les bateries d'ió de liti tenen una varietat de formes i mides, i no totes es fan iguals. Normalment hi ha cinc tipus de bateries d'ions de liti.

l Òxid de cobalt de liti

Les bateries d'òxid de cobalt de liti es fabriquen amb carbonat de liti i cobalt i també es coneixen com a bateries de cobaltat de liti o cobalt d'ions de liti. Tenen un càtode d'òxid de cobalt i un ànode de carboni de grafit i ions de liti migren de l'ànode al càtode durant la descàrrega, amb el flux invers quan la bateria està carregada. Pel que fa a la seva aplicació, s'utilitzen en portàtils dispositius electrònics, vehicles elèctrics i sistemes d'emmagatzematge d'energia renovable a causa de la seva alta energia específica, baixa taxa d'autodescàrrega, alt funcionament tensió i ampli rang de temperatures. Però presteu atenció a les preocupacions de seguretat relacionat amb el potencial de fugida tèrmica i inestabilitat a nivell alt temperatures.

l Òxid de manganès de liti

L'òxid de manganès de liti (LiMn2O4) és un material càtode que s'utilitza habitualment en bateries d'ions de liti. La tecnologia per a aquest tipus de bateries va ser inicialment descobert a la dècada de 1980, amb la primera publicació a Materials Research Butlletí de 1983. Un dels avantatges de LiMn2O4 és que té una bona tèrmica estabilitat, el que significa que és menys probable que experimenti una fuga tèrmica, que també són més segurs que altres tipus de bateries d'ions de liti. A més, el manganès és abundant i àmpliament disponible, cosa que la converteix en una opció més sostenible en comparació per catodar materials que contenen recursos limitats com el cobalt. Com a resultat, es troben amb freqüència en equips i dispositius mèdics, eines elèctriques, elèctrics motocicletes i altres aplicacions. Malgrat els seus avantatges, LiMn2O4 és més pobre estabilitat del cicle en comparació amb LiCoO2, el que significa que pot requerir més substitució freqüent, de manera que pot ser que no sigui tan adequat per a l'emmagatzematge d'energia a llarg termini sistemes.

l Fosfat de ferro de liti (LFP)

El fosfat s'utilitza sovint com a càtode a les bateries de liti i fosfat de ferro conegudes com a bateries de li-fosfat. La seva baixa resistència han millorat la seva tèrmica estabilitat i seguretat. També són famosos per la seva durabilitat i un llarg cicle de vida, que els converteixen en l'opció més rendible per a altres tipus d'ions de liti bateries. En conseqüència, aquestes bateries s'utilitzen freqüentment en bicicletes elèctriques i altres aplicacions que requereixen un cicle de vida llarg i alts nivells de seguretat. Però els seus inconvenients fan que sigui difícil de desenvolupar-se ràpidament. En primer lloc, en comparació amb altres tipus de bateries d'ions de liti, costen més perquè utilitzen rares i matèries primeres cares. A més, les bateries de fosfat de ferro de liti tenen a tensió de funcionament més baixa, la qual cosa significa que poden no ser adequats per a alguns aplicacions que requereixen una tensió més alta. El seu temps de càrrega més llarg el converteix en un desavantatge en aplicacions que requereixen una recàrrega ràpida.

l Òxid de cobalt de manganès de liti níquel (NMC)

Bateries de liti níquel manganès d'òxid de cobalt, sovint conegudes com a NMC piles, estan construïts amb una varietat de materials que són universals bateries de ions de liti. Un càtode construït amb una barreja de níquel, manganès i el cobalt està inclòs. La seva alta densitat d'energia, un bon rendiment de ciclisme i a La llarga vida útil l'ha convertit en la primera opció en vehicles elèctrics, emmagatzematge a la xarxa sistemes i altres aplicacions d'alt rendiment, que ha contribuït encara més a la creixent popularitat dels vehicles elèctrics i els sistemes d'energies renovables. A augmentar la capacitat, s'utilitzen nous electròlits i additius per permetre-ho càrrega a 4,4 V/cel·la i superior 

Des de llavors, hi ha una tendència cap a l'ió de liti barrejat amb NMC el sistema és rendible i ofereix un bon rendiment. níquel, manganès, i el cobalt són tres materials actius que es poden combinar fàcilment per adaptar-se a un ampli gamma d'aplicacions d'automoció i sistemes d'emmagatzematge d'energia (EES) que requereixen ciclisme freqüent. Des del qual podem veure que la família NMC és cada cop més No obstant això, els seus efectes secundaris són la fuga tèrmica, els riscos d'incendi i el medi ambient les preocupacions poden dificultar el seu desenvolupament posterior.

l Titanat de liti

El titanat de liti, sovint conegut com a titanat de liti, és un tipus de bateria que té a nombre creixent d'usos. A causa de la seva nanotecnologia superior, és capaç de fer-ho carregueu i descarregueu ràpidament mantenint una tensió estable, cosa que la fa molt adequat per a aplicacions d'alta potència com ara vehicles elèctrics, comercials i sistemes d'emmagatzematge d'energia industrial i emmagatzematge a nivell de xarxa 

Juntament amb la seva seguretat i fiabilitat, aquestes bateries es podrien utilitzar per a militars i aeroespacials aplicacions, així com emmagatzemar energia eòlica i solar i construir smart graelles. A més, segons Battery Space, aquestes bateries podrien ser emprat en còpies de seguretat crítiques del sistema d'alimentació. No obstant això, titanat de liti les bateries solen ser més cares que les bateries tradicionals d'ions de liti al complex procés de fabricació necessari per produir-los.

5.Les tendències de desenvolupament de les bateries d'ions de liti

El creixement global de les instal·lacions d'energies renovables ha augmentat producció d'energia intermitent, creant una xarxa desequilibrada. Això ha donat lloc a a demanda de bateries.mentre el focus en zero emissions de carboni i necessitat de moure's lluny dels combustibles fòssils, és a dir, el carbó, per a la producció d'energia demana més governs per incentivar les instal·lacions d'energia solar i eòlica. Aquests les instal·lacions es presten a sistemes d'emmagatzematge de bateries que emmagatzemen l'excés d'energia generat 

Per tant, els incentius governamentals per incentivar la bateria d'ions de liti Les instal·lacions també impulsen el desenvolupament de bateries d'ions de liti. Per exemple, Es preveu que la mida del mercat global de bateries d'ions de liti NMC creixi a partir de dòlars dels EUA milions el 2022 a milions de dòlars EUA el 2029; s'espera que creixi a un CAGR del % del 2023 al 2029. I les creixents necessitats d'aplicacions exigents pesades Es preveu que les càrregues facin que les bateries d'ions de liti de 3000-10000 siguin les més ràpides segment en creixement durant el període de previsió (2022-2030).

6. L'anàlisi de la inversió de les bateries d'ions de liti

Es preveu que la indústria del mercat de les bateries d'ions de liti creixi des dels 51,16 USD mil milions el 2022 fins als 118.150 milions de dòlars el 2030, mostrant una taxa anual composta taxa de creixement del 4,72% durant el període de previsió (2022-2030), que depèn de diversos factors.

l Anàlisi de l'usuari final

Les instal·lacions del sector de serveis públics són motors clau per a l'emmagatzematge d'energia de les bateries sistemes (BESS). S'espera que aquest segment creixi de 2.250 milions de dòlars el 2021 a 5.990 milions de dòlars el 2030 amb un CAGR de l'11,5%. Les bateries d'ió de liti mostren un 34,4% més alt CAGR a causa de la seva baixa base de creixement. Emmagatzematge d'energia residencial i comercial els segments són altres àrees amb un gran potencial de mercat de 5.510 milions de dòlars el 2030, dels 1.680 milions de dòlars el 2021. El sector industrial segueix la seva marxa cap a zero emissions de carboni, amb les empreses fent compromisos nets zero en els dos propers dècades. Les empreses de telecomunicacions i centres de dades estan a l'avantguarda de la reducció emissions de carboni amb un enfocament més gran a les fonts d'energia renovables. Tots dels quals promourà el ràpid desenvolupament de bateries d'ions de liti com les empreses troben maneres d'assegurar una còpia de seguretat i un equilibri de xarxa fiables.

l Anàlisi de tipus de producte

A causa de l'alt preu del cobalt, la bateria sense cobalt és un dels tendències de desenvolupament de bateries d'ions de liti. LiNi d'alta tensió 0,5Mn1,5O4 (LNMO) amb una alta densitat d'energia teòrica és un dels més prometedors Co-free materials de càtode en més. A més, els resultats experimentals ho van demostrar el rendiment del cicle i la taxa C de la bateria LNMO es millora utilitzant el electròlit semisòlid. Això es pot proposar que el COF aniònic és capaç absorbint fortament el Mn3+/Mn2+ i el Ni2+ mitjançant la interacció de Coulomb, restringint la seva migració destructiva a l'ànode. Per tant, aquest treball serà ser beneficiós per a la comercialització de material de càtode LNMO.

l Anàlisi Regional

Àsia-Pacífic serà el mercat de bateries d'ió de liti més gran 2030, impulsat pels serveis públics i les indústries. Superarà Amèrica del Nord i Europa amb un mercat de 7.070 milions de dòlars el 2030, passant dels 1.240 milions de dòlars a 2021 a un CAGR del 21,3%. Amèrica del Nord i Europa seran els següents més grans mercats a causa dels seus objectius de descarbonitzar les seves economies i la xarxa en el proper dues dècades. LATAM veurà la taxa de creixement més alta amb un CAGR del 21,4% perquè de la seva mida més petita i base baixa.

7. Coses a tenir en compte per a bateries d'ions de liti d'alta qualitat

En comprar un inversor solar òptic, no només ha de ser el preu i la qualitat considerat, també s'han de tenir en compte altres factors.

l Densitat energètica

La densitat d'energia és la quantitat d'energia emmagatzemada per unitat de volum. Més alt la densitat d'energia amb menys pes i mida és més àmplia entre la càrrega cicles.

l Seguretat

La seguretat és un altre aspecte crític de les bateries d'ions de liti des de les explosions i els incendis que es puguin produir durant la càrrega o la descàrrega, per la qual cosa és necessari Trieu bateries amb mecanismes de seguretat millorats, com ara sensors de temperatura i substàncies inhibidores.

l Tipus

Una de les últimes tendències en la indústria de les bateries d'ions de liti és la desenvolupament de bateries d'estat sòlid, que ofereix una sèrie de beneficis com ara més densitat d'energia i un cicle de vida més llarg. Per exemple, l'ús de Les bateries d'estat sòlid dels cotxes elèctrics augmentaran significativament la seva autonomia capacitat i seguretat.

l Taxa de càrrega

La velocitat de càrrega depèn de la rapidesa amb què es carrega la bateria de manera segura. De vegades, la bateria triga molt a carregar-se abans que es pugui utilitzar.

l Vida útil

La bateria no funciona durant tota la vida, però té una data de caducitat. Comproveu la caducitat data abans de fer la compra. Les bateries d'ions de liti tenen un temps inherent més llarg vida a causa de la seva química, però cada bateria difereix entre si segons el tipus, les especificacions i la forma en què es fan. Les bateries d'alta qualitat seran duren més, ja que estan fets de materials nobles a l'interior.