Cunoştinţe
VR

Ce sunt bateriile litiu-ion

Mai 06, 2023

1. Ce sunt bateriile litiu-ion?

O baterie este o sursă de energie electrică constând din una sau mai multe celule electrochimice cu conexiuni externe pentru alimentarea dispozitivelor electrice. O baterie litiu-ion sau Li-ion este un tip de baterie reîncărcabilă care utilizează reducerea reversibilă a ionilor de litiu pentru a stoca energie și este renumită densitatea lor ridicată de energie.




2. Structura bateriilor litiu-ion

În general, majoritatea bateriilor comerciale Li-ion folosesc compuși de intercalare ca materiale active. Ele constau de obicei din mai multe straturi de materiale care sunt aranjate într-o anumită ordine pentru a facilita procesul electrochimic care permite bateriei să stocheze și să elibereze energie - anod, catod, electrolit, separator și colector de curent.


Ce este anodul?

Ca componentă a bateriei, anodul joacă un rol important în capacitatea, performanța și durabilitatea bateriei. La încărcare, anodul de grafit este responsabil pentru acceptarea și stocarea ionilor de litiu. Când bateria este descărcată, ionii de litiu se deplasează de la anod la catod, astfel încât se creează un curent electric. În general, cel mai comun anod utilizat comercial este grafitul, care în starea sa complet litiată de LiC6 se corelează cu o capacitate maximă de 1339 C/g (372 mAh/g). Dar, odată cu dezvoltarea tehnologiilor, noi materiale precum siliciul au fost cercetate pentru a îmbunătăți densitățile de energie pentru bateriile litiu-ion.


Ce este catodul?

Catodul lucrează pentru a accepta și elibera ioni de litiu încărcați pozitiv în timpul ciclurilor curente. De obicei, constă dintr-o structură stratificată dintr-un oxid stratificat (cum ar fi oxidul de litiu cobalt), un polianion (cum ar fi fosfatul de litiu fier) ​​sau un spinel (cum ar fi oxidul de litiu mangan) acoperit pe un colector de sarcină (de obicei realizat din aluminiu). 


Ce este electrolitul?

Ca sare de litiu într-un solvent organic, electrolitul servește ca mediu pentru ca ionii de litiu să se deplaseze între anod și catod în timpul încărcării și descărcării.

Ce este separatorul?


Ca o membrană subțire sau un strat de material neconductor, separatorul funcționează pentru a preveni scurtcircuitarea anodului (electrodul negativ) și catodul (electrodului pozitiv), deoarece acest strat este permeabil la ionii de litiu, dar nu și la electroni. De asemenea, poate asigura fluxul constant de ioni între electrozi în timpul încărcării și descărcării. Prin urmare, bateria poate menține o tensiune stabilă și poate reduce riscul de supraîncălzire, ardere sau explozie.

Ce este colectorul actual?


Colectorul de curent este conceput pentru a colecta curentul produs de electrozii bateriei și îl transportă către circuitul extern, ceea ce este important pentru a asigura performanța optimă și longevitatea bateriei. Și, de obicei, este fabricat dintr-o foaie subțire de aluminiu sau cupru.



3. Istoria dezvoltării bateriilor cu ioni de litiu

Cercetările privind bateriile reîncărcabile Li-ion datează din anii 1960, unul dintre cele mai vechi exemple este o baterie CuF2/Li dezvoltată de NASA în 1965. Iar criza petrolului a lovit lumea în anii 1970, cercetătorii și-au îndreptat atenția către sursele alternative de energie, astfel încât descoperirea care a produs cea mai timpurie formă a bateriei moderne Li-ion a fost făcută din cauza greutății ușoare și a densității mari de energie a bateriilor litiu-ion. În același timp, Stanley Whittingham de la Exxon a descoperit că ionii de litiu pot fi introduși în materiale precum TiS2 pentru a crea o baterie reîncărcabilă. 


Așa că a încercat să comercializeze această baterie, dar nu a reușit din cauza costului ridicat și a prezenței litiului metalic în celule. În 1980 s-a descoperit că noul material oferă o tensiune mai mare și era mult mai stabil în aer, care mai târziu avea să fie folosit în prima baterie Li-ion comercială, deși nu a rezolvat, de la sine, problema persistentă a inflamabilității. în același an, Rachid Yazami a inventat electrodul de grafit de litiu (anodul). Și apoi, în 1991, primele baterii litiu-ion reîncărcabile din lume au început să intre pe piață. În anii 2000, cererea de baterii litiu-ion a crescut pe măsură ce dispozitivele electronice portabile au devenit populare, ceea ce face ca bateriile litiu-ion să fie mai sigure și mai durabile. Vehiculele electrice au fost introduse în anii 2010, ceea ce a creat o nouă piață pentru bateriile litiu-ion. 


Dezvoltarea de noi procese și materiale de fabricație, cum ar fi anozii de siliciu și electroliții în stare solidă, a continuat să îmbunătățească performanța și siguranța bateriilor litiu-ion. În zilele noastre, bateriile litiu-ion au devenit esențiale în viața noastră de zi cu zi, așa că cercetarea și dezvoltarea de noi materiale și tehnologii sunt în desfășurare pentru a îmbunătăți performanța, eficiența și siguranța acestor baterii.



4. Tipurile de baterii litiu-ion

Bateriile cu litiu-ion vin într-o varietate de forme și dimensiuni și nu toate sunt egale. În mod normal, există cinci tipuri de baterii litiu-ion.

l Oxid de litiu cobalt

Bateriile cu oxid de litiu cobalt sunt fabricate din carbonat de litiu și cobalt și sunt cunoscute și sub denumirea de baterii cu litiu cobaltat sau litiu-ion cobalt. Au un catod de oxid de cobalt și un anod de carbon grafit, iar ionii de litiu migrează de la anod la catod în timpul descărcării, fluxul inversându-se atunci când bateria este încărcată. În ceea ce privește aplicarea sa, acestea sunt utilizate în dispozitive electronice portabile, vehicule electrice și sisteme de stocare a energiei regenerabile datorită energiei specifice ridicate, ratei scăzute de auto-descărcare, tensiunii ridicate de funcționare și intervalului larg de temperatură. Dar acordați atenție preocupărilor legate de siguranță. la potențialul de evadare termică și instabilitate la temperaturi ridicate.


l Litiu Mangan Oxid

Litiu Mangan Oxid (LiMn2O4) este un material catod care este utilizat în mod obișnuit în bateriile litiu-ion. Tehnologia pentru acest tip de baterie a fost descoperită inițial în anii 1980, odată cu prima publicare în Materials Research Bulletin în 1983. Unul dintre avantaje de LiMn2O4 este că are o stabilitate termică bună, ceea ce înseamnă că este mai puțin probabil să experimenteze evadarea termică, care sunt, de asemenea, mai sigure decât alte tipuri de baterii litiu-ion. În plus, manganul este abundent și disponibil pe scară largă, ceea ce îl face o opțiune mai durabilă în comparație cu materialele catodice care conțin resurse limitate, cum ar fi cobaltul. Ca rezultat, se găsesc frecvent în echipamente și dispozitive medicale, scule electrice, motociclete electrice și alte aplicații. În ciuda avantajelor sale, LiMn2O4 are o stabilitate mai slabă a ciclului în comparație cu LiCoO2, ceea ce înseamnă că poate necesita înlocuire mai frecventă, așa că poate să nu fie la fel de potrivit pentru sistemele de stocare a energiei pe termen lung.


l Fosfat de fier de litiu (LFP)

Fosfatul este folosit ca catod în bateriile cu litiu fosfat de fier, adesea cunoscute sub numele de baterii cu li-fosfat. Rezistenta lor scazuta le-a imbunatatit stabilitatea termica si siguranta. De asemenea, sunt renumite pentru durabilitate și un ciclu lung de viață, ceea ce le face cea mai rentabilă opțiune pentru alte tipuri de baterii litiu-ion. În consecință, aceste baterii sunt utilizate frecvent în biciclete electrice și alte aplicații care necesită un ciclu de viață lung și niveluri ridicate de siguranță. Dar dezavantajele sale fac dificilă dezvoltarea rapidă. În primul rând, în comparație cu alte tipuri de baterii litiu-ion, acestea costă mai mult deoarece folosesc materii prime rare și scumpe. În plus, bateriile cu litiu fier fosfat au o tensiune de funcționare mai mică, ceea ce înseamnă că este posibil să nu fie potrivite pentru unele aplicații care necesită o tensiune mai mare. Timpul de încărcare mai lung îl face un dezavantaj în aplicațiile care necesită o reîncărcare rapidă.


l Litiu Nichel Mangan Cobalt Oxid (NMC)

Bateriile cu litiu nichel mangan cobalt oxid, adesea cunoscute sub numele de baterii NMC, sunt construite dintr-o varietate de materiale care sunt universale în bateriile litiu-ion. Este inclus un catod construit dintr-un amestec de nichel, mangan și cobalt. Densitatea sa ridicată de energie, performanța bună la ciclism și durata de viață lungă au făcut din aceasta prima alegere în vehiculele electrice, sistemele de stocare în rețea și alte aplicații de înaltă performanță, ceea ce a contribuit și mai mult la popularitatea tot mai mare a vehiculelor electrice și a sistemelor de energie regenerabilă. Pentru a crește capacitatea, noi electroliți și aditivi sunt utilizați pentru a-i permite să se încarce la 4,4 V/celulă și mai mult. Există o tendință către Li-ion amestecat cu NMC, deoarece sistemul este rentabil și oferă performanțe bune. Nichelul, manganul și cobaltul sunt trei materiale active care pot fi combinate cu ușurință pentru a se potrivi cu o gamă largă de aplicații ale sistemelor de stocare a energiei și autovehicule (EES) care necesită cicluri frecvente.


 Din care putem vedea familia NMC devine din ce în ce mai diversă

Cu toate acestea, efectele sale secundare ale evadării termice, pericolele de incendiu și preocupările de mediu pot împiedica dezvoltarea sa ulterioară.

l Titanat de litiu

Titanatul de litiu, adesea cunoscut sub numele de li-titanat, este un tip de baterie care are un număr tot mai mare de utilizări. Datorită nanotehnologiei sale superioare, este capabil să se încarce și să se descarce rapid, menținând în același timp o tensiune stabilă, ceea ce îl face bine potrivit pentru aplicații de mare putere, cum ar fi vehiculele electrice, sistemele comerciale și industriale de stocare a energiei și stocarea la nivel de rețea. Împreună cu siguranța și fiabilitatea, aceste baterii ar putea fi utilizate pentru aplicații militare și aerospațiale, precum și pentru stocarea energiei eoliene și solare și pentru construirea de rețele inteligente. În plus, conform Battery Space, aceste baterii ar putea fi folosite în backup-uri critice pentru sistemul de alimentare. Cu toate acestea, bateriile cu titanat de litiu tind să fie mai scumpe decât bateriile tradiționale cu litiu-ion datorită procesului complex de fabricație necesar pentru a le produce.



5. Tendințele de dezvoltare ale bateriilor cu ioni de litiu

Creșterea globală a instalațiilor de energie regenerabilă a crescut producția de energie intermitentă, creând o rețea dezechilibrată. Acest lucru a condus la o cerere de baterii. În timp ce concentrarea pe zero emisii de carbon și nevoia de a se îndepărta de combustibilii fosili, și anume cărbunele, pentru producția de energie, determină mai multe guverne să stimuleze instalațiile solare și eoliene. Aceste instalații se pretează sistemelor de stocare a bateriilor care stochează surplusul de putere generată. Prin urmare, stimulentele guvernamentale pentru a stimula instalarea bateriilor Li-ion stimulează și dezvoltarea bateriilor litiu-ion. De exemplu, se estimează că dimensiunea pieței globale NMC Baterii cu litiu-ion va crește de la milioane USD în 2022 la milioane USD în 2029; este de așteptat să crească la un CAGR de % din 2023 până în 2029.  Iar nevoile tot mai mari ale aplicațiilor care necesită sarcini grele vor face din bateriile cu ioni de litiu de 3000-10000 segmentul cu cea mai rapidă creștere în perioada de prognoză (2022-2030).



6. Analiza investițiilor bateriilor litiu-ion

Se estimează că industria de piață a bateriilor cu ioni de litiu va crește de la 51,16 miliarde USD în 2022 la 118,15 miliarde USD până în 2030, prezentând o rată de creștere anuală compusă de 4,72% în perioada de prognoză (2022-2030), care depinde de mai mulți factori.

 

 

l Analiza utilizatorului final

Instalațiile din sectorul utilităților sunt factori cheie pentru sistemele de stocare a energiei bateriei (BESS). Se preconizează că acest segment va crește de la 2,25 miliarde USD în 2021 la 5,99 miliarde USD în 2030, la un CAGR de 11,5%. Bateriile Li-ion prezintă un CAGR mai mare de 34,4% datorită bazei lor scăzute de creștere. Segmentele de stocare a energiei rezidențiale și comerciale sunt alte zone cu potențial mare de piață de 5,51 miliarde USD în 2030, de la 1,68 miliarde USD în 2021. Sectorul industrial își continuă marșul către zero emisii de carbon, companiile făcând angajamente zero net în următoarele două decenii. Companiile de telecomunicații și centre de date sunt în fruntea reducerii emisiilor de carbon, cu un accent sporit pe sursele de energie regenerabile. Toate acestea vor promova dezvoltarea rapidă a baterii litiu-ion, deoarece companiile găsesc modalități de a asigura o rezervă fiabilă și o echilibrare a rețelei.


l Analiza tipului de produs

Datorită prețului ridicat al cobaltului, bateria fără cobalt este una dintre tendințele de dezvoltare a bateriilor litiu-ion. LiNi0.5Mn1.5O4 de înaltă tensiune (LNMO) cu densitate teoretică ridicată de energie este unul dintre cele mai promițătoare materiale catodice fără co în continuare. În plus, rezultatele experimentale au demonstrat că performanța ciclică și a ratei C a bateriei LNMO este îmbunătățită prin utilizarea electrolitului semisolid. Acest lucru poate fi propus că COF anionic este capabil să absoarbă puternic Mn3+/Mn2+ și Ni2+ prin interacțiunea Coulomb, limitând migrarea lor distructivă către anod. Prin urmare, această muncă va fi benefică pentru comercializarea materialului catodic LNMO.


l Analiza regională

Asia-Pacific va fi cea mai mare piață staționară a bateriilor litiu-ion până în 2030, condusă de utilități și industrii. Acesta va depăși America de Nord și Europa cu o piață de 7,07 miliarde USD în 2030, în creștere de la 1,24 miliarde USD în 2021, la un CAGR de 21,3%. America de Nord și Europa vor fi următoarele piețe ca mărime datorită obiectivelor lor de a-și decarboniza economiile și rețeaua în următoarele două decenii. LATAM va înregistra cea mai mare rată de creștere la un CAGR de 21,4% din cauza dimensiunii sale mai mici și a bazei scăzute.

 

7. Lucruri de luat în considerare pentru o baterie litiu-ion de înaltă calitate

Atunci când cumpărați un invertor solar optic, trebuie luate în considerare nu doar prețul și calitatea, ci și alți factori.


l Densitatea energetică

Densitatea de energie este cantitatea de energie stocată pe unitate de volum. Densitatea mai mare de energie, cu greutate și dimensiune mai reduse, este mai extinsă între ciclurile de încărcare.


l  Siguranță

Siguranța este un alt aspect critic al bateriilor litiu-ion, deoarece exploziile și incendiile care pot apărea în timpul încărcării sau descărcării, de aceea este necesar să alegeți baterii cu mecanisme de siguranță îmbunătățite, cum ar fi senzori de temperatură și substanțe inhibitoare.


l Tip

Una dintre cele mai recente tendințe din industria bateriilor cu litiu-ion este dezvoltarea bateriilor cu stare solidă, care oferă o serie de beneficii, cum ar fi densitate mai mare de energie și un ciclu de viață mai lung. De exemplu, utilizarea bateriilor cu stare solidă în mașinile electrice va crește semnificativ capacitatea și siguranța acestora.


l Rata de încărcare

Rata de încărcare depinde de cât de repede se încarcă bateria în siguranță. Uneori, bateria durează mult să se încarce înainte de a putea fi folosită.


l Durata de viață

 Nicio baterie nu funcționează pe toată durata de viață, dar are o dată de expirare. Verificați data de expirare înainte de a face achiziția. Bateriile litiu-ion au o durată inerentă mai lungă datorită chimiei sale, dar fiecare baterie diferă una de alta în funcție de tip, specificații și modul în care sunt fabricate. Bateriile de înaltă calitate vor dura mai mult, deoarece în interior sunt fabricate din materiale fine.

 

 

 

 

 


Informatii de baza
  • Anul infiintarii
    --
  • Tip afacere
    --
  • Țară / Regiune
    --
  • Industria principală
    --
  • Principalele produse
    --
  • Întreprindere persoană juridică
    --
  • Total angajați
    --
  • Valoarea anuală de ieșire
    --
  • Piața de export
    --
  • Clienții cooperați
    --
Chat with Us

Trimiteți-vă ancheta

Alegeți o altă limbă
English
العربية
Deutsch
Español
français
italiano
日本語
한국어
Português
русский
简体中文
繁體中文
Afrikaans
አማርኛ
Azərbaycan
Беларуская
български
বাংলা
Bosanski
Català
Sugbuanon
Corsu
čeština
Cymraeg
dansk
Ελληνικά
Esperanto
Eesti
Euskara
فارسی
Suomi
Frysk
Gaeilgenah
Gàidhlig
Galego
ગુજરાતી
Hausa
Ōlelo Hawaiʻi
हिन्दी
Hmong
Hrvatski
Kreyòl ayisyen
Magyar
հայերեն
bahasa Indonesia
Igbo
Íslenska
עִברִית
Basa Jawa
ქართველი
Қазақ Тілі
ខ្មែរ
ಕನ್ನಡ
Kurdî (Kurmancî)
Кыргызча
Latin
Lëtzebuergesch
ລາວ
lietuvių
latviešu valoda‎
Malagasy
Maori
Македонски
മലയാളം
Монгол
मराठी
Bahasa Melayu
Maltese
ဗမာ
नेपाली
Nederlands
norsk
Chicheŵa
ਪੰਜਾਬੀ
Polski
پښتو
Română
سنڌي
සිංහල
Slovenčina
Slovenščina
Faasamoa
Shona
Af Soomaali
Shqip
Српски
Sesotho
Sundanese
svenska
Kiswahili
தமிழ்
తెలుగు
Точики
ภาษาไทย
Pilipino
Türkçe
Українська
اردو
O'zbek
Tiếng Việt
Xhosa
יידיש
èdè Yorùbá
Zulu
Limba actuală:Română