Kas yra ličio jonų baterijos?

1. Kas yra ličio jonų baterijos?

Baterija yra elektros energijos šaltinis, susidedantis iš vieno ar kelių elektrocheminiai elementai su išorinėmis jungtimis elektros prietaisams maitinti. Ličio jonų arba ličio jonų baterija yra įkraunama baterija, kuriai naudojama grįžtamasis ličio jonų redukavimas energijai kaupti ir yra žinomas dėl jų aukšto lygio energijos tankis.

2. Ličio jonų baterijų sandara

Paprastai dauguma komercinių ličio jonų baterijų naudoja interkaliacinius junginius kaip aktyviosios medžiagos. Paprastai jie susideda iš kelių medžiagų sluoksnių, kurie yra išdėstyti tam tikra tvarka, kad būtų palengvintas elektrocheminis procesas, kuris leidžia akumuliatoriui kaupti ir išleisti energiją – anodą, katodas, elektrolitas, separatorius ir srovės kolektorius.

Kas yra anodas?

Kaip akumuliatoriaus komponentas, anodas vaidina svarbų vaidmenį nustatant talpą, baterijos našumas ir ilgaamžiškumas. Įkraunant grafito anodas yra atsakingas už ličio jonų priėmimą ir saugojimą. Kai akumuliatorius yra išsikrovus, ličio jonai iš anodo pereina į katodą taip, kad an sukuriama elektros srovė. Paprastai komerciškai dažniausiai naudojamas anodas yra grafitas, kuris visiškai lituotame LiC6 būsenoje koreliuoja su maksimaliu talpa 1339 C/g (372 mAh/g). Tačiau tobulėjant technologijoms atsiranda naujų Buvo ištirtos medžiagos, tokios kaip silicis, siekiant pagerinti energijos tankį ličio jonų baterijoms.

Kas yra katodas?

Katodas priima ir išleidžia teigiamai įkrautus ličio jonus srovės ciklai. Paprastai jis susideda iš sluoksniuotos oksido struktūros (pvz., ličio kobalto oksidas), polianijonas (pvz., ličio geležies fosfatas) arba špinelis (pvz., ličio mangano oksidas), padengtas ant krūvio kolektoriaus (paprastai pagamintas iš aliuminio).

Kas yra elektrolitas?

Kaip ličio druska organiniame tirpiklyje, elektrolitas tarnauja kaip terpė kad ličio jonai judėtų tarp anodo ir katodo įkrovimo metu ir iškrovimas.

Kas yra separatorius?

Atskyriklis veikia kaip plona membrana arba nelaidžios medžiagos sluoksnis neleisti anodo (neigiamo elektrodo) ir katodo (teigiamojo elektrodo) nuo trumpinimas, nes šis sluoksnis yra pralaidus ličio jonams, bet nelaidus elektronams. Tai taip pat gali užtikrinti pastovų jonų srautą tarp elektrodų įkrovimo metu ir iškrovimas. Todėl baterija gali išlaikyti stabilią įtampą ir sumažinti perkaitimo, užsidegimo ar sprogimo pavojus.

Kas yra dabartinis kolektorius?

Srovės kolektorius yra skirtas surinkti srovę, kurią sukuria akumuliatoriaus elektrodus ir perkelia jį į išorinę grandinę, kuri yra svarbu užtikrinti optimalų akumuliatoriaus veikimą ir ilgaamžiškumą. Ir paprastai jis paprastai yra pagamintas iš plono aliuminio arba vario lakšto.

3. Ličio jonų baterijų kūrimo istorija

Įkraunamų ličio jonų baterijų tyrimai datuojami septintajame dešimtmetyje, vienas iš Ankstyviausi pavyzdžiai yra CuF2/Li baterija, kurią NASA sukūrė 1965 m. Ir naftos krizė Aštuntajame dešimtmetyje pasaulį ištiko, tyrėjai atkreipė dėmesį į alternatyvas energijos šaltiniai, taigi proveržis, kuris sukūrė anksčiausią formą modernus ličio jonų akumuliatorius buvo pagamintas dėl lengvo svorio ir didelės energijos ličio jonų baterijų tankis. Tuo pačiu metu Stanley Whittingham iš Exxon atrado, kad ličio jonus galima įterpti į tokias medžiagas kaip TiS2 sukurti įkraunamą bateriją 

Taigi jis bandė komercializuoti šią bateriją, bet nepavyko dėl didelių sąnaudų ir metalinio ličio buvimo ląstelėse. 1980 m. buvo nustatyta, kad nauja medžiaga siūlo didesnę įtampą ir buvo daug daugiau stabilus ore, kuris vėliau bus naudojamas pirmoje komercinėje ličio jonų baterijoje, nors ji pati savaime neišsprendė nuolatinio klausimo degumas.Tais pačiais metais Rachidas Yazami išrado ličio grafitą elektrodas (anodas). Ir tada 1991 m. – pirmasis pasaulyje įkraunamas ličio jonų aparatas baterijos pradėjo ateiti į rinką 

2000-aisiais ličio jonų paklausa baterijų padaugėjo, nes išpopuliarėjo nešiojamieji elektroniniai prietaisai, kurie varo ličio jonų akumuliatoriai būtų saugesni ir patvaresni. Elektromobiliai buvo pristatytas 2010 m., sukūręs naują ličio jonų baterijų rinką. The naujų gamybos procesų ir medžiagų, tokių kaip silicio anodai, kūrimas ir kietojo kūno elektrolitų, toliau gerino veikimą ir saugumą ličio jonų baterijos. Šiais laikais ličio jonų baterijos tapo būtinos mūsų kasdieniame gyvenime, todėl naujų medžiagų tyrimai ir kūrimas bei technologijos nuolat gerina našumą, efektyvumą ir saugumą šios baterijos.

4. Ličio jonų baterijų tipai

Ličio jonų baterijos būna įvairių formų ir dydžių, ir ne visos jie yra lygūs. Paprastai yra penkių rūšių ličio jonų baterijos.

l Ličio kobalto oksidas

Ličio kobalto oksido baterijos gaminamos iš ličio karbonato ir kobalto ir taip pat žinomi kaip ličio kobaltato arba ličio jonų kobalto baterijos. Jie turi kobalto oksido katodą ir grafito anglies anodą bei ličio jonus iškrovimo metu migruoja iš anodo į katodą, o srautas keičiasi atvirkščiai kai akumuliatorius įkraunamas. Kalbant apie taikymą, jie naudojami nešiojamuose elektroniniai prietaisai, elektrinės transporto priemonės ir atsinaujinančios energijos kaupimo sistemos dėl didelės specifinės energijos, mažo savaiminio išsikrovimo greičio, didelio veikimo įtampa ir platus temperatūros diapazonas.Tačiau atkreipkite dėmesį į saugumo problemas susiję su galimu terminiu pabėgimu ir nestabilumu temperatūros.

l Ličio mangano oksidas

Ličio mangano oksidas (LiMn2O4) yra katodo medžiaga, kuri dažniausiai naudojama ličio jonų akumuliatoriuose. Tokio tipo akumuliatorių technologija iš pradžių buvo buvo atrastas devintajame dešimtmetyje, pirmą kartą paskelbus Medžiagų tyrimuose Biuletenis 1983 m. Vienas iš LiMn2O4 privalumų yra geras šiluminis stabilumas, o tai reiškia, kad mažesnė tikimybė patirti terminį pabėgimą, o tai taip pat yra saugesnės nei kitų tipų ličio jonų baterijos. Be to, manganas yra gausu ir plačiai prieinama, todėl tai yra tvaresnis pasirinkimas katodinėms medžiagoms, kuriose yra ribotų išteklių, pavyzdžiui, kobalto. Dėl to jie dažnai randami medicinos įrangoje ir prietaisuose, elektriniuose įrankiuose, elektriniuose motociklams ir kitoms reikmėms. Nepaisant privalumų, LiMn2O4 prastesnis dviračio stabilumas, palyginti su LiCoO2, o tai reiškia, kad gali prireikti daugiau dažnas keitimas, todėl gali būti netinkamas ilgalaikiam energijos kaupimui sistemos.

l Ličio geležies fosfatas (LFP)

Fosfatas dažnai naudojamas kaip katodas ličio geležies fosfato baterijose žinomos kaip li-fosfato baterijos. Mažas jų atsparumas pagerino jų šiluminę savybę stabilumas ir saugumas. Jie taip pat garsėja ilgaamžiškumu ir ilgu gyvavimo ciklu, todėl jie yra ekonomiškiausias pasirinkimas kitų tipų ličio jonų atžvilgiu baterijos. Todėl šios baterijos dažnai naudojamos elektriniuose dviračiuose ir kitos programos, kurioms reikalingas ilgas gyvavimo ciklas ir aukštas saugos lygis. Tačiau dėl jo trūkumų sunku greitai vystytis. Pirma, palyginti su kitų tipų ličio jonų baterijos, jos kainuoja brangiau, nes naudojamos retos ir brangios žaliavos. Be to, ličio geležies fosfato baterijos turi a mažesnė darbinė įtampa, o tai reiškia, kad kai kuriems jos gali netikti programas, kurioms reikalinga didesnė įtampa. Dėl ilgesnio įkrovimo laiko jis a trūkumas programose, kurias reikia greitai įkrauti.

l Ličio nikelio mangano kobalto oksidas (NMC)

Ličio nikelio mangano kobalto oksido baterijos, dažnai žinomos kaip NMC baterijos, yra pagamintos iš įvairių medžiagų, kurios yra universalios ličio jonų baterijos. Katodas, pagamintas iš nikelio, mangano ir įeina kobaltas. Jo didelis energijos tankis, geras važiavimas dviračiu ir a Dėl ilgo eksploatavimo jis tapo pirmuoju pasirinkimu elektra varomuose automobiliuose, tinklo saugyklose sistemas ir kitas didelio našumo programas, o tai dar labiau prisidėjo į augantį elektromobilių ir atsinaujinančios energijos sistemų populiarumą. Į padidinti pajėgumą, tam naudojami nauji elektrolitai ir priedai įkrauti iki 4,4 V / elemento ir daugiau 

Nuo to laiko pastebima NMC sumaišyto ličio jonų tendencija sistema yra ekonomiška ir užtikrina gerą našumą. Nikelis, manganas, ir kobaltas yra trys aktyvios medžiagos, kurias galima lengvai derinti, kad tiktų plačiam reikalingų automobilių ir energijos kaupimo sistemų (EES) programų spektras dažnas važiavimas dviračiu. Iš ko matome, kad NMC šeimos vis daugėja įvairus Tačiau jo šalutinis terminis pabėgimas, gaisro pavojus ir aplinka susirūpinimas gali trukdyti tolesniam jos vystymuisi.

l Ličio titanatas

Ličio titanatas, dažnai žinomas kaip li-titanatas, yra akumuliatoriaus tipas, turintis a didėjantis naudojimo atvejų skaičius. Dėl savo aukščiausios kokybės nanotechnologijų jis gali greitai įkrauna ir iškrauna, išlaikant stabilią įtampą, todėl tai daroma puikiai tinka didelės galios reikmėms, pvz., elektrinėms transporto priemonėms, komercinėms transporto priemonėms ir pramoninės energijos kaupimo sistemos bei tinklo lygio saugojimas 

Kartu su ja saugumas ir patikimumas, šios baterijos galėtų būti naudojamos kariniams ir aviacijos reikmėms pritaikymas, taip pat vėjo ir saulės energijos kaupimas bei išmanusis statymas tinkleliai. Be to, pasak Battery Space, šios baterijos gali būti naudojamas kuriant energijos sistemos sistemai svarbias atsargines kopijas. Nepaisant to, ličio titanatas baterijos paprastai yra brangesnės nei tradicinės ličio jonų baterijos sudėtingas gamybos procesas, reikalingas joms gaminti.

5. Ličio jonų baterijų plėtros tendencijos

Pasaulinis atsinaujinančios energijos įrenginių augimas išaugo su pertrūkiais energijos gamyba, sukuriant nesubalansuotą tinklą. Tai lėmė a baterijų paklausa.tuo tarpu dėmesys nuliniam anglies dvideginio išmetimui ir būtinybei judėti atsisakyti iškastinio kuro, būtent anglies, energijos gamybai paskatinti daugiau vyriausybes skatinti saulės ir vėjo jėgaines. Šios įrenginiai tinka akumuliatorių saugojimo sistemoms, kurios kaupia energijos perteklių sukurtas 

Todėl vyriausybė skatina skatinti ličio jonų akumuliatorių įrenginiai taip pat skatina ličio jonų baterijų kūrimą. Pavyzdžiui, prognozuojama, kad pasaulinė NMC ličio jonų baterijų rinka augs nuo JAV dolerių milijonų JAV dolerių 2022 m. iki milijonų JAV dolerių 2029 m.; tikimasi, kad CAGR augs % nuo 2023 iki 2029 m. Ir didėjantys programų, reikalaujančių sunkių, poreikiai Prognozuojama, kad dėl apkrovų 3000–10 000 ličio jonų baterijos bus greičiausios augantis segmentas prognozuojamu laikotarpiu (2022-2030).

6. Investicijų į ličio jonų baterijas analizė

Numatoma, kad ličio jonų baterijų rinkos pramonė augs nuo 51,16 USD mlrd. 2022 m. iki 118,15 mlrd. USD iki 2030 m. augimo tempas prognozuojamu laikotarpiu (2022–2030 m.) sieks 4,72 %, o tai priklauso nuo keli veiksniai.

l Galutinio vartotojo analizė

Komunalinių paslaugų sektoriaus įrenginiai yra pagrindiniai akumuliatoriaus energijos kaupimo veiksniai sistemos (BESS). Tikimasi, kad šis segmentas išaugs nuo 2,25 mlrd. USD 2021 m 5,99 mlrd. USD 2030 m., kai CAGR yra 11,5%. Ličio jonų baterijos rodo didesnį 34,4 proc. CAGR dėl mažos augimo bazės. Gyvenamosios ir komercinės energijos kaupimas segmentai yra kitos sritys, turinčios didelį rinkos potencialą – 5,51 mlrd. USD 2030 m. nuo 1,68 mlrd. USD 2021 m. Pramonės sektorius tęsia savo žygį link anglies dvideginio išmetimo nebus, o įmonės prisiims įsipareigojimus, kad per artimiausius du būtų nulinis dešimtmečius. Telekomunikacijų ir duomenų centrų įmonės pirmauja mažindamos anglies dvideginio išmetimą, didesnį dėmesį skiriant atsinaujinantiems energijos šaltiniams. Visi iš kurių skatins sparčią ličio jonų baterijų plėtrą kaip įmonės randa būdų, kaip užtikrinti patikimą atsarginę kopiją ir tinklo balansavimą.

l Produkto tipo analizė

Dėl didelės kobalto kainos kobalto neturinti baterija yra viena iš ličio jonų baterijų plėtros tendencijos. Aukštos įtampos LiNi0,5Mn1,5O4 (LNMO) su dideliu teoriniu energijos tankiu yra vienas iš perspektyviausių Co-free katodo medžiagos toliau. Be to, tai įrodė eksperimentiniai rezultatai LNMO akumuliatoriaus važiavimas dviračiu ir C dažnio našumas pagerinamas naudojant pusiau kietas elektrolitas. Galima pasiūlyti, kad anijoninis COF sugeba stipriai sugeria Mn3+/Mn2+ ir Ni2+ per Kulono sąveiką, stabdydami jų destruktyvią migraciją į anodą. Todėl šis darbas bus būti naudingas LNMO katodo medžiagos komercializavimui.

l Regioninė analizė

Azijos ir Ramiojo vandenyno regionas bus didžiausia stacionarių ličio jonų baterijų rinka 2030 m., skatinamas komunalinių paslaugų ir pramonės. Jis aplenks Šiaurės Ameriką ir Europos rinka, kurios rinka 2030 m. sieks 7,07 mlrd. USD, išaugs nuo 1,24 mlrd 2021 m. esant 21,3% CAGR. Šiaurės Amerika ir Europa bus kitos pagal dydį rinkose dėl jų tikslų dekarbonizuoti savo ekonomiką ir tinklą du dešimtmečiai. LATAM matys didžiausią augimo tempą, kai CAGR sieks 21,4%, nes mažesnio dydžio ir žemo pagrindo.

7. Į ką reikia atsižvelgti, norint įsigyti aukštos kokybės ličio jonų baterijas

Perkant optinį saulės keitiklį turi būti ne tik kaina ir kokybė turi būti atsižvelgta ir į kitus veiksnius.

l Energijos tankis

Energijos tankis yra energijos kiekis, sukauptas tūrio vienete. Aukščiau energijos tankis, esant mažesniam svoriui ir dydžiui, yra didesnis tarp įkrovimo ciklai.

l Sauga

Saugumas yra dar vienas svarbus ličio jonų akumuliatorių aspektas po sprogimų ir gaisrai, kurie gali kilti kraunant ar iškraunant, todėl būtina rinkitės baterijas su patobulintais saugos mechanizmais, pavyzdžiui, temperatūros jutikliais ir slopinančių medžiagų.

l Tipas

Viena iš naujausių ličio jonų baterijų pramonės tendencijų yra kietojo kūno baterijų kūrimas, kuris siūlo daugybę privalumų, tokių kaip didesnis energijos tankis ir ilgesnis gyvavimo ciklas. Pavyzdžiui, naudojimas kietojo kūno akumuliatoriai elektromobiliuose žymiai padidins jų veikimo diapazoną pajėgumų ir saugumo.

l Įkrovimo greitis

Įkrovimo greitis priklauso nuo to, kaip greitai akumuliatorius įkraunamas saugiai. Kartais baterijos įkraunamos ilgai, kol jas galima naudoti.

l Gyvenimo trukmė

Jokia baterija neveikia visą gyvenimą, tačiau turi galiojimo laiką. Patikrinkite galiojimo laiką data prieš perkant. Ličio jonų baterijos yra ilgesnės tarnavimo laikas dėl savo chemijos, tačiau kiekviena baterija skiriasi viena nuo kitos, priklausomai nuo tipas, specifikacijos ir pagaminimo būdas. Tiks aukštos kokybės baterijos tarnauja ilgiau, nes viduje jie pagaminti iš puikių medžiagų.