Что такое литий-ионные аккумуляторы?

1. Что такое литий-ионные аккумуляторы?

Батарея – это источник электроэнергии, состоящий из одного или нескольких электрохимические элементы с внешними соединениями для питания электроприборов. Литий-ионный или литий-ионный аккумулятор — это тип перезаряжаемой батареи, в которой используется обратимое восстановление ионов лития для хранения энергии и известно своим высоким плотность энергии.

2. Структура литий-ионных аккумуляторов

Обычно в большинстве коммерческих литий-ионных аккумуляторов используются интеркаляционные соединения. активные материалы. Обычно они состоят из нескольких слоев материалов, которые расположены в определенном порядке, чтобы облегчить электрохимический процесс, который позволяет батарее хранить и выделять энергию - анод, катод, электролит, сепаратор и токосъемник.

Что такое анод?

Как компонент батареи анод играет важную роль в емкости, производительность и долговечность аккумулятора. Во время зарядки графитовый анод отвечает за прием и хранение ионов лития. Когда батарея при разряде ионы лития перемещаются от анода к катоду, так что создается электрический ток. Как правило, наиболее распространенный коммерчески используемый анод. представляет собой графит, который в полностью литированном состоянии LiC6 соответствует максимальному уровню емкость 1339 Кл/г (372 мАч/г). Но с развитием технологий появляются новые такие материалы, как кремний, были исследованы для улучшения плотности энергии. для литий-ионных аккумуляторов.

Что такое катод?

Катод принимает и высвобождает положительно заряженные ионы лития во время текущие циклы. Обычно он состоит из слоистой структуры слоистого оксида. (например, оксид лития-кобальта), полианион (например, фосфат лития-железа) или шпинель (например, оксид лития-марганца), нанесенная на коллектор заряда (обычно из алюминия).

Что такое электролит?

Электролит в виде соли лития в органическом растворителе служит средой. чтобы ионы лития перемещались между анодом и катодом во время зарядки и разгрузка.

Что такое сепаратор?

Сепаратор представляет собой тонкую мембрану или слой непроводящего материала. предотвратить попадание анода (отрицательного электрода) и катода (положительного электрода) короткое замыкание, поскольку этот слой проницаем для ионов лития, но не для электронов. Это также может обеспечить устойчивый поток ионов между электродами во время зарядки и разгрузка. Таким образом, батарея может поддерживать стабильное напряжение и уменьшать риск перегрева, возгорания или взрыва.

Что такое токосъемник?

Токосъемник предназначен для сбора тока, вырабатываемого электроды батареи и транспортирует его во внешнюю цепь, которая Важно обеспечить оптимальную производительность и долговечность аккумулятора. И обычно его изготавливают из тонкого листа алюминия или меди.

3. История развития литий-ионных аккумуляторов

Исследования литий-ионных аккумуляторов начались в 1960-х годах и стали одним из Самым ранним примером является батарея CuF2/Li, разработанная НАСА в 1965 году. И нефтяной кризис поразив мир в 1970-х годах, исследователи обратили внимание на альтернативные источников энергии, поэтому прорыв, который привел к созданию самой ранней формы современный литий-ионный аккумулятор был создан из-за легкого веса и высокой энергии Плотность литий-ионных аккумуляторов. В то же время Стэнли Уиттингем из Exxon обнаружил, что ионы лития можно вводить в такие материалы, как TiS2, чтобы создать аккумуляторную батарею 

Поэтому он попытался коммерциализировать эту батарею, но потерпел неудачу из-за высокой стоимости и наличия в элементах металлического лития. В 1980 году было обнаружено, что новый материал обеспечивает более высокое напряжение и гораздо более стабилен на воздухе, что позже будет использовано в первой коммерческой литий-ионной батарее, хотя это само по себе не решило сохраняющуюся проблему воспламеняемость. В том же году Рашид Язами изобрел литий-графит. электрод (анод). А затем, в 1991 году, появился первый в мире литий-ионный аккумулятор. аккумуляторы начали выходить на рынок 

В 2000-е годы спрос на литий-ионные батареи Количество батарей увеличилось по мере того, как стали популярными портативные электронные устройства, которые позволяют литий-ионные аккумуляторы более безопасны и долговечны. Электромобили были представленный в 2010-х годах, что создало новый рынок литий-ионных аккумуляторов. разработка новых производственных процессов и материалов, таких как кремниевые аноды и твердотельные электролиты, продолжали улучшать производительность и безопасность литий-ионные аккумуляторы. В настоящее время литий-ионные аккумуляторы стали незаменимыми в нашу повседневную жизнь, поэтому исследования и разработки новых материалов и технологии продолжают улучшать производительность, эффективность и безопасность эти батарейки.

4.Типы литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы бывают самых разных форм и размеров, но не все из них они уравниваются. Обычно существует пять видов литий-ионных аккумуляторов.

л оксид лития-кобальта

Литий-кобальт-оксидные аккумуляторы изготавливаются из карбоната лития и кобальтовые и также известны как литий-кобальтатные или литий-ионно-кобальтовые батареи. Они имеют катод из оксида кобальта и графит-углеродный анод, а также ионы лития. мигрируют от анода к катоду во время разряда, меняя направление потока когда аккумулятор заряжен. Что касается применения, то они используются в портативных электронные устройства, электромобили и системы хранения возобновляемой энергии из-за их высокой удельной энергии, низкой скорости саморазряда, высоких эксплуатационных характеристик. напряжение и широкий диапазон температур. Но обратите внимание на вопросы безопасности. связано с возможностью термического разгона и нестабильности при высоких температуры.

л оксид лития-марганца

Оксид лития-марганца (LiMn2O4) представляет собой катодный материал, который обычно используется. в литий-ионных батареях. Технология создания батарей этого типа изначально была обнаружен в 1980-х годах с первой публикацией в журнале Materials Research. Бюллетень 1983 года. Одним из преимуществ LiMn2O4 является то, что он имеет хорошие термические характеристики. стабильность, что означает меньшую вероятность возникновения теплового неконтроля, который также безопаснее, чем другие типы литий-ионных аккумуляторов. Кроме того, марганец в изобилии и широко доступны, что делает его более устойчивым вариантом по сравнению с для катода материалов, которые содержат ограниченные ресурсы, такие как кобальт. Как результат, их часто можно встретить в медицинском оборудовании и устройствах, электроинструментах, электрооборудовании. мотоциклы и другие приложения. Несмотря на свои преимущества, LiMn2O4 беднее циклическая стабильность по сравнению с LiCoO2, а это означает, что для него может потребоваться больше частая замена, поэтому он может быть неподходящим для долгосрочного хранения энергии. системы.

l Литий-железо-фосфат (LFP)

Фосфат используется в качестве катода в литий-железо-фосфатных батареях, часто известные как литий-фосфатные батареи. Их низкое сопротивление улучшило их термические свойства. стабильность и безопасность. Они также славятся долговечностью и длительным жизненным циклом. что делает их наиболее экономичным вариантом по сравнению с другими типами литий-ионных аккумуляторов. батареи. Следовательно, эти батареи часто используются в электрических велосипедах. и другие применения, требующие длительного жизненного цикла и высокого уровня безопасности. Но его недостатки мешают быстрому развитию. Во-первых, по сравнению с другие типы литий-ионных аккумуляторов стоят дороже, поскольку в них используются редкие и дорогое сырье. Кроме того, литий-железо-фосфатные аккумуляторы имеют более низкое рабочее напряжение, а это значит, что они могут не подойти для некоторых приложения, требующие более высокого напряжения. Более длительное время зарядки делает его Недостаток в приложениях, требующих быстрой подзарядки.

l Оксид лития, никеля, марганца, кобальта (NMC)

Литий-никель-марганцево-кобальт-оксидные батареи, часто известные как NMC. Батареи изготовлены из различных материалов, которые универсальны в использовании. литий-ионные аккумуляторы. Катод, изготовленный из смеси никеля, марганца и кобальт включен. Его высокая плотность энергии, хорошие характеристики езды на велосипеде и Долгий срок службы сделал его лучшим выбором для электромобилей, систем хранения данных в сети. системы и другие высокопроизводительные приложения, что еще больше способствовало растущей популярности электромобилей и систем возобновляемой энергетики. К Для увеличения мощности используются новые электролиты и присадки, позволяющие зарядка до 4,4 В/элемент и выше 

Существует тенденция к использованию литий-ионных аккумуляторов, смешанных с NMC, поскольку Система экономически эффективна и обеспечивает хорошую производительность. Никель, марганец, и кобальт — три активных материала, которые можно легко комбинировать для широкого применения. ряд приложений для автомобилей и систем хранения энергии (EES), которые требуют частая езда на велосипеде. Из чего мы видим, что семейство NMC становится все более разнообразны. Тем не менее, его побочные эффекты в виде теплового неконтроля, опасности возгорания и воздействия на окружающую среду опасения могут помешать его дальнейшему развитию.

л титанат лития

Титанат лития, часто известный как лититанат, представляет собой тип батареи, которая имеет растущее число применений. Благодаря своей превосходной нанотехнологии, он способен быстро заряжать и разряжать, сохраняя при этом стабильное напряжение, что делает его хорошо подходит для применений с высокой мощностью, таких как электромобили, коммерческие и промышленные системы хранения энергии, а также хранение на уровне сети. 

Вместе со своим безопасность и надежность, эти батареи могут использоваться в военной и аэрокосмической промышленности. приложения, а также хранение энергии ветра и солнца и создание интеллектуальных сетки. Кроме того, согласно данным Battery Space, эти батареи могут быть используется в резервном копировании критически важных систем энергосистемы. Тем не менее, титанат лития батареи, как правило, дороже традиционных литий-ионных батарей из-за к сложному производственному процессу, необходимому для их производства.

5. Тенденции развития литий-ионных аккумуляторов.

Глобальный рост установок возобновляемой энергетики увеличился прерывистое производство энергии, создавая несбалансированную сеть. Это привело к спрос на аккумуляторы. При этом основное внимание уделяется нулевым выбросам углекислого газа и необходимости двигаться отказ от ископаемого топлива, а именно угля, для производства электроэнергии потребует более правительства стимулировать установку солнечных и ветроэнергетических установок. Эти установки подходят для аккумуляторных систем хранения, которые сохраняют избыточную мощность созданный 

Таким образом, государственные стимулы для стимулирования производства литий-ионных аккумуляторов установки также стимулируют разработку литий-ионных аккумуляторов. Например, По прогнозам, объем мирового рынка литий-ионных аккумуляторов NMC вырастет с $ миллионов долларов США в 2022 году до миллионов долларов США в 2029 году; ожидается, что среднегодовой темп роста составит % с 2023 по 2029 год. И растущие потребности приложений, требующих тяжелых прогнозируется, что литий-ионные батареи будут 3000-10000 самыми быстрыми растущий сегмент в течение прогнозируемого периода (2022-2030 гг.).

6. Инвестиционный анализ литий-ионных аккумуляторов

Прогнозируется, что рынок литий-ионных аккумуляторов вырастет с 51,16 долларов США. млрд в 2022 году до 118,15 млрд долларов США к 2030 году, что представляет собой совокупный годовой показатель темп роста 4,72% в течение прогнозируемого периода (2022-2030 гг.), который зависит от несколько факторов.

l Анализ конечных пользователей

Установки в коммунальном секторе являются ключевым фактором развития аккумуляторных систем хранения энергии. системы (БЭСС). Ожидается, что этот сегмент вырастет с $2,25 млрд в 2021 году до $5,99 млрд в 2030 году при среднегодовом темпе роста 11,5%. Литий-ионные батареи показывают более высокий показатель на 34,4%. CAGR из-за их низкой базы роста. Жилые и коммерческие хранилища энергии сегменты — это другие области с большим рыночным потенциалом в 5,51 миллиарда долларов США в 2030 году, от $1,68 млрд в 2021 году. Промышленный сектор продолжает движение к нулевые выбросы углекислого газа, при этом компании обещают достичь нулевого уровня выбросов в ближайшие два года. десятилетия. Телекоммуникационные компании и компании центров обработки данных находятся в авангарде сокращения выбросы углерода с повышенным вниманием к возобновляемым источникам энергии. Все из которых будет способствовать быстрому развитию литий-ионных батарей как компании находят способы обеспечить надежное резервное копирование и балансировку сети.

l Анализ типа продукта

Из-за высокой цены на кобальт безкобальтовые аккумуляторы являются одними из тенденции развития литий-ионных аккумуляторов. Высоковольтный LiNi0,5Mn1,5O4 (ЛНМО) с высокой теоретической плотностью энергии является одним из наиболее перспективных катодные материалы в дальнейшем. Кроме того, результаты экспериментов доказали, что Циклическая производительность и производительность батареи LNMO улучшаются за счет использования полутвердый электролит. Можно предположить, что анионный COF способен сильно поглощая Mn3+/Mn2+ и Ni2+ за счет кулоновского взаимодействия, сдерживание их разрушительной миграции к аноду. Поэтому эта работа будет быть полезным для коммерциализации катодного материала LNMO.

l Региональный анализ

Азиатско-Тихоокеанский регион станет крупнейшим рынком стационарных литий-ионных аккумуляторов по 2030, благодаря коммунальным предприятиям и промышленности. Он обгонит Северную Америку и Европа с рынком в 7,07 миллиарда долларов в 2030 году, который вырастет с 1,24 миллиарда долларов в 2021 г. при среднегодовом темпе роста 21,3%. Северная Америка и Европа станут следующими по величине рынках из-за их целей по декарбонизации своей экономики и созданию сети в следующем году. два десятилетия. В Латинской Америке будут наблюдаться самые высокие темпы роста в среднегодовом темпе роста 21,4%, потому что из-за его меньшего размера и низкой базы.

7. Что следует учитывать при выборе высококачественных литий-ионных аккумуляторов

При покупке оптического солнечного инвертора необходимо учитывать не только цену и качество. Учитывая это, следует учитывать и другие факторы.

л Плотность энергии

Плотность энергии — это количество энергии, запасенной в единице объема. Выше плотность энергии при меньшем весе и размере более обширна между зарядками циклы.

л Безопасность

Безопасность — еще один критический аспект литий-ионных аккумуляторов, поскольку взрывы и пожары, которые могут возникнуть во время зарядки или разрядки, поэтому необходимо выбирайте батареи с улучшенными механизмами безопасности, такими как датчики температуры и ингибирующие вещества.

л Тип

Одной из последних тенденций в индустрии литий-ионных аккумуляторов является разработка твердотельных батарей, которая предлагает ряд преимуществ, таких как более высокая плотность энергии и более длительный жизненный цикл. Например, использование твердотельные аккумуляторы в электромобилях значительно увеличат их запас хода возможности и безопасность.

л Скорость зарядки

Скорость зарядки зависит от того, насколько быстро аккумулятор заряжается безопасно. Иногда аккумулятору требуется много времени, чтобы зарядиться, прежде чем его можно будет использовать.

л продолжительность жизни

Ни одна батарея не работает в течение всего срока службы, но имеет срок годности. Проверьте срок действия дату перед совершением покупки. Литий-ионные аккумуляторы имеют более длительный срок службы. жизнь из-за своего химического состава, но каждая батарея отличается друг от друга в зависимости от тип, технические характеристики и способ их изготовления. Высококачественные батареи будут прослужат дольше, поскольку внутри они сделаны из высококачественных материалов.