Cosa sono le batterie agli ioni di litio?

1. Cosa sono le batterie agli ioni di litio?

Una batteria è una fonte di energia elettrica composta da uno o più celle elettrochimiche con connessioni esterne per l'alimentazione di dispositivi elettrici. Una batteria agli ioni di litio o agli ioni di litio è un tipo di batteria ricaricabile che utilizza il riduzione reversibile degli ioni di litio per immagazzinare energia ed è famosa la loro efficacia densità di energia.

2. La struttura delle batterie agli ioni di litio

Generalmente la maggior parte delle batterie agli ioni di litio commerciali utilizzano composti di intercalazione come materiali attivi. Solitamente sono costituiti da diversi strati di materiali disposti in un ordine specifico per facilitare il processo elettrochimico che consente alla batteria di immagazzinare e rilasciare energia: anodo, catodo, elettrolita, separatore e collettore di corrente.

Cos'è l'anodo?

Come componente della batteria, l'anodo svolge un ruolo importante nella capacità, prestazioni e durata della batteria. Durante la ricarica, l'anodo di grafite è responsabile dell'accettazione e dello stoccaggio degli ioni di litio. Quando la batteria è scaricati, gli ioni di litio si spostano dall'anodo al catodo in modo che an si crea corrente elettrica. Generalmente l'anodo più comune utilizzato in commercio è la grafite, che nel suo stato completamente litiato di LiC6 è correlata a un massimo capacità di 1339 C/g (372 mAh/g). Ma con lo sviluppo delle tecnologie, nuove materiali come il silicio sono stati studiati per migliorare le densità energetiche per batterie agli ioni di litio.

Cos'è il catodo?

Il catodo funziona per accettare e rilasciare ioni di litio caricati positivamente durante cicli attuali. Di solito è costituito da una struttura stratificata di un ossido stratificato (come l'ossido di litio cobalto), un polianione (come il fosfato di litio ferro) o uno spinello (come l'ossido di litio e manganese) rivestito su un collettore di carica (solitamente in alluminio).

Cos'è l'elettrolita?

Come sale di litio in un solvente organico, l'elettrolita funge da mezzo affinché gli ioni di litio si spostino tra l'anodo e il catodo durante la carica e scarico.

Cos'è il separatore?

Come una membrana sottile o uno strato di materiale non conduttivo, il separatore funziona impedire l'anodo (elettrodo negativo) e il catodo (elettrodo positivo). cortocircuito, poiché questo strato è permeabile agli ioni di litio ma non agli elettroni. Esso può anche garantire il flusso costante di ioni tra gli elettrodi durante la carica e scarico. Pertanto, la batteria può mantenere una tensione stabile e ridurla il rischio di surriscaldamento, combustione o esplosione.

Cos'è il collezionista attuale?

Il collettore di corrente è progettato per raccogliere la corrente prodotta dal elettrodi della batteria e la trasporta al circuito esterno, che è importante per garantire prestazioni ottimali e longevità della batteria. E di solito è tipicamente costituito da un sottile foglio di alluminio o rame.

3. La storia dello sviluppo delle batterie agli ioni di litio

La ricerca sulle batterie ricaricabili agli ioni di litio risale agli anni '60, uno dei il primo esempio è una batteria CuF2/Li sviluppata dalla NASA nel 1965. E crisi petrolifera ha colpito il mondo negli anni '70, i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione alle alternative fonti di energia, quindi la svolta che ha prodotto la prima forma di la moderna batteria agli ioni di litio è stata realizzata per la sua leggerezza e l'elevata energia densità delle batterie agli ioni di litio. Allo stesso tempo, Stanley Whittingham della Exxon scoprì che gli ioni di litio potevano essere inseriti in materiali come il TiS2 creare una batteria ricaricabile 

Quindi ha provato a commercializzare questa batteria ma fallì a causa del costo elevato e della presenza di litio metallico nelle celle. Nel 1980 si scoprì che un nuovo materiale offriva un voltaggio più elevato ed era molto di più stabile nell'aria, che sarebbe stata successivamente utilizzata nella prima batteria commerciale agli ioni di litio, sebbene non abbia, da solo, risolto il problema persistente di infiammabilità.Lo stesso anno, Rachid Yazami inventò la grafite di litio elettrodo (anodo). E poi, nel 1991, la prima batteria ricaricabile agli ioni di litio al mondo le batterie hanno iniziato ad entrare nel mercato 

Negli anni 2000, la domanda di ioni di litio le batterie aumentarono con la diffusione dei dispositivi elettronici portatili, che guidano batterie agli ioni di litio per essere più sicure e più durevoli. I veicoli elettrici erano introdotto negli anni 2010, che ha creato un nuovo mercato per le batterie agli ioni di litio. IL sviluppo di nuovi processi produttivi e materiali, come gli anodi di silicio e gli elettroliti a stato solido, hanno continuato a migliorare le prestazioni e la sicurezza batterie agli ioni di litio. Al giorno d'oggi, le batterie agli ioni di litio sono diventate essenziali la nostra vita quotidiana, quindi la ricerca e lo sviluppo di nuovi materiali e sono in corso tecnologie per migliorare le prestazioni, l’efficienza e la sicurezza di queste batterie.

4.I tipi di batterie agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio sono disponibili in una varietà di forme e dimensioni, e non tutte sono resi uguali. Normalmente esistono cinque tipi di batterie agli ioni di litio.

l Ossido di litio cobalto

Le batterie all'ossido di litio cobalto sono prodotte da carbonato di litio e cobalto e sono note anche come batterie al litio cobalto o agli ioni di litio cobalto. Hanno un catodo di ossido di cobalto, un anodo di carbonio di grafite e ioni di litio migrano dall'anodo al catodo durante la scarica, con inversione di flusso quando la batteria è carica. Per quanto riguarda la sua applicazione, vengono utilizzati in portatile dispositivi elettronici, veicoli elettrici e sistemi di accumulo di energia rinnovabile a causa della loro elevata energia specifica, basso tasso di autoscarica, elevato funzionamento tensione e ampio intervallo di temperature. Ma prestare attenzione ai problemi di sicurezza legati al potenziale di fuga termica e instabilità alle alte temperature temperature.

l Ossido di litio manganese

L'ossido di litio manganese (LiMn2O4) è un materiale catodico comunemente utilizzato nelle batterie agli ioni di litio. La tecnologia per questo tipo di batteria era inizialmente scoperto negli anni '80, con la prima pubblicazione su Materials Research Bollettino del 1983. Uno dei vantaggi di LiMn2O4 è che ha una buona termica stabilità, il che significa che è meno probabile che si verifichi una fuga termica, il che sono anche più sicure rispetto ad altri tipi di batterie agli ioni di litio. Inoltre, il manganese lo è abbondante e ampiamente disponibile, il che lo rende un’opzione più sostenibile rispetto ai materiali catodici che contengono risorse limitate come il cobalto. Di conseguenza, si trovano frequentemente in apparecchiature e dispositivi medici, utensili elettrici, elettrici motocicli e altre applicazioni. Nonostante i suoi vantaggi, LiMn2O4 è più povero stabilità del ciclo rispetto a LiCoO2, il che significa che potrebbe richiederne di più sostituzione frequente, quindi potrebbe non essere adatto per l'accumulo di energia a lungo termine sistemi.

l Litio Ferro Fosfato (LFP)

Il fosfato viene spesso utilizzato come catodo nelle batterie al litio ferro fosfato note come batterie al litio-fosfato. La loro bassa resistenza ha migliorato la loro termica stabilità e sicurezza. Sono anche famosi per la durabilità e il lungo ciclo di vita, che li rendono l’opzione più conveniente rispetto ad altri tipi di ioni di litio batterie. Di conseguenza, queste batterie vengono spesso utilizzate nelle biciclette elettriche e altre applicazioni che richiedono un lungo ciclo di vita ed elevati livelli di sicurezza. Ma i suoi svantaggi rendono difficile un rapido sviluppo. Innanzitutto, rispetto a altri tipi di batterie agli ioni di litio, costano di più perché utilizzano batterie rare e materie prime costose. Inoltre, le batterie al litio ferro fosfato hanno a tensione operativa inferiore, il che significa che potrebbero non essere adatti per alcuni applicazioni che richiedono una tensione più elevata. Il suo tempo di ricarica più lungo lo rende un svantaggio nelle applicazioni che richiedono una ricarica rapida.

l Ossido di litio nichel manganese cobalto (NMC)

Batterie al litio nichel manganese ossido di cobalto, spesso note come NMC le batterie, sono costruite con una varietà di materiali universali batterie agli ioni di litio. Un catodo costruito con una miscela di nichel, manganese e il cobalto è incluso. La sua alta densità di energia, buone prestazioni ciclistiche e a la lunga durata lo ha reso la prima scelta nei veicoli elettrici e nello stoccaggio in rete sistemi e altre applicazioni ad alte prestazioni, che ha ulteriormente contribuito alla crescente popolarità dei veicoli elettrici e dei sistemi di energia rinnovabile. A aumentare la capacità, vengono utilizzati nuovi elettroliti e additivi per consentirlo caricare a 4,4 V/cella e superiore 

Da allora c'è una tendenza verso gli ioni di litio miscelati con NMC il sistema è conveniente e fornisce buone prestazioni. Nichel, manganese, e il cobalto sono tre materiali attivi che possono essere facilmente combinati per adattarsi a un ampio spettro gamma di applicazioni automobilistiche e di sistemi di accumulo di energia (EES) che richiedono ciclismo frequente. Da ciò possiamo vedere che la famiglia NMC sta diventando sempre più numerosa diversi Tuttavia, i suoi effetti collaterali sono la fuga termica, i rischi di incendio e l'ambiente le preoccupazioni potrebbero ostacolarne l’ulteriore sviluppo.

ltitanato di litio

Il titanato di litio, spesso noto come li-titanato, è un tipo di batteria che ha a numero crescente di utilizzi. Grazie alla sua nanotecnologia superiore, è in grado di farlo carica e scarica rapidamente mantenendo una tensione stabile, il che lo rende adatto per applicazioni ad alta potenza come veicoli elettrici e commerciali e sistemi di stoccaggio dell'energia industriale e stoccaggio a livello di rete 

Insieme al suo sicurezza e affidabilità, queste batterie potrebbero essere utilizzate per scopi militari e aerospaziali applicazioni, nonché immagazzinare energia eolica e solare e costruire in modo intelligente griglie. Inoltre, secondo Battery Space, queste batterie potrebbero esserlo impiegato nei backup critici del sistema di alimentazione. Tuttavia, titanato di litio le batterie tendono ad essere più costose rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio al complesso processo di fabbricazione necessario per produrli.

5.Le tendenze di sviluppo delle batterie agli ioni di litio

La crescita globale degli impianti di energia rinnovabile è aumentata produzione intermittente di energia, creando una rete sbilanciata. Ciò ha portato a domanda di batterie, mentre l’attenzione è sulle emissioni zero di carbonio e sulla necessità di muoversi lontano dai combustibili fossili, in particolare dal carbone, perché la produzione di energia richiede di più I governi incentivano gli impianti solari ed eolici. Questi le installazioni si prestano a sistemi di accumulo di batterie che immagazzinano l’energia in eccesso generato 

Pertanto, incentivi statali per incentivare le batterie agli ioni di litio le installazioni guidano anche lo sviluppo delle batterie agli ioni di litio. Per esempio, Si prevede che la dimensione globale del mercato delle batterie agli ioni di litio NMC crescerà a partire dal dollaro USA milioni di dollari nel 2022 a milioni di dollari nel 2029; si prevede che cresca ad un CAGR del% dal 2023 al 2029. E le crescenti esigenze di applicazioni pesanti si prevede che i carichi renderanno le batterie agli ioni di litio di 3000-10000 le più veloci segmento in crescita durante il periodo di previsione (2022-2030).

6. L’analisi degli investimenti delle batterie agli ioni di litio

Si prevede che il settore del mercato delle batterie agli ioni di litio crescerà da 51,16 USD miliardi nel 2022 a 118,15 miliardi di dollari entro il 2030, con un tasso annuo composto tasso di crescita del 4,72% durante il periodo di previsione (2022-2030), da cui dipende diversi fattori.

l Analisi dell'utente finale

Le installazioni del settore dei servizi pubblici sono fattori chiave per lo stoccaggio dell’energia delle batterie sistemi (BESS). Si prevede che questo segmento crescerà da 2,25 miliardi di dollari nel 2021 a... 5,99 miliardi di dollari nel 2030 con un CAGR dell’11,5%. Le batterie agli ioni di litio mostrano un aumento del 34,4% CAGR a causa della loro bassa crescita di base. Stoccaggio energetico residenziale e commerciale i segmenti sono altre aree con un grande potenziale di mercato di 5,51 miliardi di dollari nel 2030, da 1,68 miliardi di dollari nel 2021. Il settore industriale continua la sua marcia verso zero emissioni di carbonio, con le aziende che si impegnano a raggiungere zero emissioni nette nei prossimi due decenni. Le società di telecomunicazioni e data center sono in prima linea nella riduzione emissioni di carbonio con una maggiore attenzione alle fonti energetiche rinnovabili. Tutto di cui promuoverà il rapido sviluppo delle batterie agli ioni di litio come le aziende trovano modi per garantire backup affidabili e bilanciamento della rete.

l Analisi del tipo di prodotto

A causa del prezzo elevato del cobalto, la batteria senza cobalto è una delle migliori Tendenze di sviluppo delle batterie agli ioni di litio. LiNi0,5Mn1,5O4 ad alta tensione (LNMO) con elevata densità energetica teorica è uno dei Co-free più promettenti materiali catodici nell'ulteriore. Inoltre, i risultati sperimentali lo hanno dimostrato le prestazioni di ciclismo e C-rate della batteria LNMO vengono migliorate utilizzando elettrolita semisolido. Si può suggerire che il COF anionico sia capace assorbendo fortemente Mn3+/Mn2+ e Ni2+ attraverso l'interazione di Coulomb, frenando la loro migrazione distruttiva verso l'anodo. Pertanto, questo lavoro lo farà essere vantaggioso per la commercializzazione del materiale catodico LNMO.

l Analisi regionale

L’Asia-Pacifico sarà il più grande mercato delle batterie stazionarie agli ioni di litio 2030, guidato dai servizi di pubblica utilità e dalle industrie. Supererà il Nord America e L’Europa con un mercato di 7,07 miliardi di dollari nel 2030, in crescita da 1,24 miliardi di dollari 2021 ad un CAGR del 21,3%. Il Nord America e l’Europa saranno i prossimi più grandi mercati a causa dei loro obiettivi di decarbonizzare le loro economie e la rete nel prossimo futuro due decenni. L’LATAM vedrà il tasso di crescita più elevato con un CAGR del 21,4% perché delle sue dimensioni più piccole e della base bassa.

7. Cose da considerare per una batteria agli ioni di litio di alta qualità

Quando si acquista un inverter solare ottico, non devono essere solo il prezzo e la qualità considerato, occorre tenere presenti anche altri fattori.

l Densità di energia

La densità energetica è la quantità di energia immagazzinata per unità di volume. Più alto la densità energetica con meno peso e dimensioni è più estesa tra una ricarica e l'altra cicli.

lSicurezza

La sicurezza è un altro aspetto critico delle batterie agli ioni di litio a causa delle esplosioni e incendi che potrebbero verificarsi durante la carica o lo scaricamento, pertanto è necessario farlo scegliere batterie con meccanismi di sicurezza migliorati, come i sensori di temperatura e sostanze inibitorie.

l Digitare

Una delle ultime tendenze nel settore delle batterie agli ioni di litio è la sviluppo di batterie allo stato solido, che offre una serie di vantaggi come maggiore densità energetica e un ciclo di vita più lungo. Ad esempio, l'uso di le batterie allo stato solido delle auto elettriche aumenteranno significativamente la loro autonomia capacità e sicurezza.

l Velocità di ricarica

La velocità di ricarica dipende dalla velocità con cui la batteria viene caricata in modo sicuro. A volte la batteria impiega molto tempo a caricarsi prima di poter essere utilizzata.

lDurata della vita

Nessuna batteria dura per tutta la vita ma ha una data di scadenza. Controlla la scadenza data prima di effettuare l'acquisto. Le batterie agli ioni di litio hanno una durata intrinseca più lunga durata a causa della sua chimica, ma ogni batteria differisce l'una dall'altra a seconda il tipo, le specifiche e il modo in cui sono realizzati. Le batterie di alta qualità lo faranno durano più a lungo poiché sono realizzati con materiali pregiati all'interno.