Pin Lithium Ion là gì

1 Pin Lithium Ion là gì？

Pin là nguồn năng lượng điện bao gồm một hoặc nhiều tế bào điện hóa có kết nối bên ngoài để cấp nguồn cho các thiết bị điện Pin lithium-ion hoặc Li-ion là một loại pin sạc sử dụng quá trình khử thuận nghịch của các ion lithium để lưu trữ năng lượng và nổi tiếng với mật độ năng lượng cao.

2 Cấu trúc của pin Lithium Ion

Nói chung, hầu hết các loại Pin Li-ion thương mại đều sử dụng các hợp chất xen kẽ làm vật liệu hoạt động. Chúng thường bao gồm nhiều lớp vật liệu được sắp xếp theo một thứ tự cụ thể để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình điện hóa cho phép pin lưu trữ và giải phóng năng lượng - cực dương, cực âm, chất điện phân, bộ phân tách và bộ thu dòng điện.

cực dương là gì?

Là một thành phần của pin, anode đóng vai trò quan trọng đối với dung lượng, hiệu suất và độ bền của pin. Khi sạc, cực dương than chì có nhiệm vụ tiếp nhận và lưu trữ các ion lithium. Khi pin cạn kiệt, các ion lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm để tạo ra dòng điện. Nói chung, cực dương được sử dụng thương mại phổ biến nhất là than chì, ở trạng thái LiC6 được phủ đầy đủ tương ứng với công suất tối đa 1339 C/g (372 mAh/g) Nhưng với sự phát triển của công nghệ, các vật liệu mới như silicon đã được nghiên cứu để cải thiện mật độ năng lượng cho pin lithium-ion.

cực âm là gì?

Cathode có tác dụng tiếp nhận và giải phóng các ion lithium tích điện dương trong chu kỳ dòng điện. Nó thường bao gồm cấu trúc phân lớp của một lớp oxit (chẳng hạn như oxit lithium coban), một polyanion (như lithium iron phosphate) hoặc một Spinel (như oxit mangan lithium) được phủ trên một bộ thu điện (thường làm bằng nhôm) 

Chất điện phân là gì?

Là muối lithium trong dung môi hữu cơ, chất điện phân đóng vai trò là môi trường để các ion lithium di chuyển giữa cực dương và cực âm trong quá trình sạc và xả.

dấu phân cách là gì?

Là một màng mỏng hoặc lớp vật liệu không dẫn điện, chất phân tách có tác dụng ngăn chặn cực dương (điện cực âm) và cực âm (điện cực dương) bị chập, vì lớp này có khả năng thấm đối với các ion lithium nhưng không thấm vào các electron. Nó cũng có thể đảm bảo dòng ion ổn định giữa các điện cực trong quá trình sạc và xả. Do đó, pin có thể duy trì điện áp ổn định và giảm nguy cơ quá nhiệt, cháy hoặc nổ.

Bộ sưu tập hiện tại là gì?

Bộ thu dòng được thiết kế để thu dòng điện do các điện cực của pin tạo ra và vận chuyển nó đến mạch điện bên ngoài, điều này rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất tối ưu và tuổi thọ của pin. Và thông thường nó thường được làm từ một tấm nhôm hoặc đồng mỏng.

3 Lịch sử phát triển của pin Lithium Ion

Nghiên cứu về pin Li-ion có thể sạc lại được bắt đầu từ những năm 1960, một trong những ví dụ sớm nhất là pin CuF2/Li do NASA phát triển vào năm 1960. 1965 Và cuộc khủng hoảng dầu mỏ xảy ra trên thế giới vào những năm 1970, các nhà nghiên cứu chuyển sự chú ý sang các nguồn năng lượng thay thế, do đó bước đột phá tạo ra dạng pin Li-ion hiện đại sớm nhất được thực hiện nhờ trọng lượng nhẹ và mật độ năng lượng cao của pin lithium ion. Đồng thời, Stanley Whittingham của Exxon phát hiện ra rằng các ion lithium có thể được đưa vào các vật liệu như TiS2 để tạo ra pin sạc 

Vì vậy, ông đã cố gắng thương mại hóa loại pin này nhưng không thành công do giá thành cao và sự hiện diện của lithium kim loại trong pin. Năm 1980, người ta phát hiện ra vật liệu mới có điện áp cao hơn và ổn định hơn nhiều trong không khí, vật liệu này sau này được sử dụng trong pin Li-ion thương mại đầu tiên, mặc dù bản thân nó không giải quyết được vấn đề dai dẳng về tính dễ cháy. cùng năm đó, Rachid Yazami đã phát minh ra điện cực than chì lithium (cực dương). Và sau đó vào năm 1991, pin lithium-ion có thể sạc lại đầu tiên trên thế giới bắt đầu được đưa vào thị trường. Vào những năm 2000, nhu cầu về pin lithium-ion tăng lên khi các thiết bị điện tử cầm tay trở nên phổ biến, điều này khiến pin lithium ion trở nên an toàn hơn và bền hơn. Xe điện ra đời vào những năm 2010, tạo ra thị trường mới cho pin lithium-ion 

Sự phát triển của các quy trình và vật liệu sản xuất mới, chẳng hạn như cực dương silicon và chất điện phân thể rắn, tiếp tục cải thiện hiệu suất và độ an toàn của pin lithium-ion. Ngày nay, pin lithium-ion đã trở nên thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, vì vậy việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu và công nghệ mới đang được tiến hành để cải thiện hiệu suất, hiệu quả và độ an toàn của các loại pin này.

4.Các loại pin Lithium Ion

Pin lithium-ion có nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau và không phải tất cả chúng đều giống nhau. Thông thường có năm loại pin lithium-ion.

l Oxit Coban Liti

Pin lithium coban oxit được sản xuất từ ​​lithium cacbonat và coban và còn được gọi là pin lithium cobaltate hoặc lithium-ion coban Chúng có cực âm oxit coban và cực dương than chì, và các ion lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm trong quá trình phóng điện, với dòng chảy đảo ngược khi pin được sạc. Về ứng dụng, chúng được sử dụng trong các thiết bị điện tử cầm tay, xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo vì năng lượng riêng cao, tốc độ tự phóng điện thấp, điện áp hoạt động cao và phạm vi nhiệt độ rộng. Nhưng hãy chú ý đến các vấn đề an toàn liên quan đến khả năng thoát nhiệt và mất ổn định ở nhiệt độ cao.

l Oxit mangan liti

Lithium Mangan Oxide (LiMn2O4) là vật liệu catốt thường được sử dụng trong pin lithium-ion. Công nghệ chế tạo loại pin này lần đầu tiên được phát hiện vào những năm 1980, với lần xuất bản đầu tiên trên Bản tin Nghiên cứu Vật liệu vào năm 1983. Một trong những ưu điểm của LiMn2O4 là nó có độ ổn định nhiệt tốt, nghĩa là nó ít có khả năng xảy ra hiện tượng thoát nhiệt, điều này cũng an toàn hơn các loại pin lithium-ion khác. Ngoài ra, mangan rất dồi dào và sẵn có rộng rãi, khiến nó trở thành một lựa chọn bền vững hơn so với các vật liệu làm cực âm có nguồn tài nguyên hạn chế như coban. Do đó, chúng thường được tìm thấy trong các thiết bị và dụng cụ y tế, dụng cụ điện, xe máy điện và các ứng dụng khác. Mặc dù có những ưu điểm nhưng độ ổn định chu trình của LiMn2O4 kém hơn so với LiCoO2, điều đó có nghĩa là nó có thể cần được thay thế thường xuyên hơn, do đó nó có thể không phù hợp với các hệ thống lưu trữ năng lượng lâu dài.

l Liti Sắt Phosphate (LFP)

Phốt phát được sử dụng làm cực âm trong pin lithium iron phosphate, thường được gọi là pin li-phosphate. Điện trở thấp của chúng đã cải thiện độ ổn định nhiệt và an toàn Chúng cũng nổi tiếng về độ bền và vòng đời dài, khiến chúng trở thành lựa chọn tiết kiệm chi phí nhất so với các loại pin lithium-ion khác. Do đó, những loại pin này thường được sử dụng trong xe đạp điện và các ứng dụng khác đòi hỏi tuổi thọ dài và mức độ an toàn cao. Nhưng nhược điểm của nó khiến nó khó phát triển nhanh chóng. Thứ nhất, so với các loại pin lithium-ion khác, chúng có giá cao hơn do sử dụng nguyên liệu thô quý hiếm và đắt tiền. Ngoài ra, pin lithium iron phosphate có điện áp hoạt động thấp hơn, điều đó có nghĩa là chúng có thể không phù hợp với một số ứng dụng yêu cầu điện áp cao hơn. Thời gian sạc lâu hơn khiến nó trở thành bất lợi trong các ứng dụng yêu cầu sạc lại nhanh.

l Lithium Niken Mangan Cobalt Oxit (NMC)

Pin Lithium Niken mangan Cobalt Oxide, thường được gọi là pin NMC, được chế tạo từ nhiều loại vật liệu phổ biến trong pin lithium-ion. Một cực âm được làm bằng hỗn hợp niken, mangan và coban được bao gồm Mật độ năng lượng cao, hiệu suất đạp xe tốt và tuổi thọ dài đã khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu trong xe điện, hệ thống lưu trữ lưới và các ứng dụng hiệu suất cao khác, điều này càng góp phần vào sự phổ biến ngày càng tăng của xe điện và hệ thống năng lượng tái tạo. Để tăng công suất, các chất điện giải và chất phụ gia mới được sử dụng để giúp nó có thể sạc tới mức 4,4V/cell trở lên. Có xu hướng sử dụng Li-ion pha trộn NMC vì hệ thống này tiết kiệm chi phí và mang lại hiệu suất tốt. Niken, mangan và coban là ba vật liệu hoạt tính có thể dễ dàng kết hợp để phù hợp với nhiều ứng dụng trong ô tô và hệ thống lưu trữ năng lượng (EES) đòi hỏi phải đạp xe thường xuyên.

 Từ đó có thể thấy gia đình NMC ngày càng đa dạng hơn

Tuy nhiên, tác dụng phụ của nó là thoát nhiệt, nguy cơ cháy nổ và các vấn đề về môi trường có thể cản trở sự phát triển hơn nữa của nó.

l Lithium Titanat

Lithium titanate, thường được gọi là li-titanate, là loại pin có số lượng sử dụng ngày càng tăng. Nhờ công nghệ nano vượt trội, nó có thể sạc và xả nhanh chóng trong khi vẫn duy trì điện áp ổn định, khiến nó rất phù hợp cho các ứng dụng năng lượng cao như xe điện, hệ thống lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp cũng như lưu trữ ở cấp độ lưới điện. Cùng với độ an toàn và độ tin cậy, những loại pin này có thể được sử dụng cho các ứng dụng quân sự và hàng không vũ trụ, cũng như lưu trữ năng lượng gió và mặt trời cũng như xây dựng lưới điện thông minh. Hơn nữa, theo Battery Space, những loại pin này có thể được sử dụng trong các bản sao lưu quan trọng của hệ thống điện. Tuy nhiên, pin lithium titanate có xu hướng đắt hơn pin lithium-ion truyền thống do quy trình chế tạo phức tạp cần thiết để sản xuất chúng.

5. Xu hướng phát triển của pin Lithium Ion

Sự phát triển toàn cầu của việc lắp đặt năng lượng tái tạo đã làm tăng sản lượng năng lượng không liên tục, tạo ra một mạng lưới mất cân bằng. Điều này đã dẫn đến nhu cầu về pin. Trong khi việc tập trung vào lượng khí thải carbon bằng 0 và nhu cầu tránh xa nhiên liệu hóa thạch, cụ thể là than, để sản xuất điện đã khiến nhiều chính phủ khuyến khích lắp đặt năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Những hệ thống lắp đặt này phù hợp với hệ thống lưu trữ pin để lưu trữ năng lượng dư thừa được tạo ra. Do đó, các ưu đãi của chính phủ nhằm khuyến khích lắp đặt pin Li-ion cũng thúc đẩy sự phát triển của pin lithium ion Ví dụ: quy mô thị trường Pin Lithium-Ion NMC toàn cầu được dự đoán sẽ tăng từ triệu USD vào năm 2022 lên triệu USD vào năm 2029; dự kiến ​​sẽ tăng trưởng với tốc độ CAGR là % từ năm 2023 đến 2029  Và nhu cầu ngày càng tăng của các ứng dụng đòi hỏi tải nặng được dự đoán sẽ khiến pin lithium ion 3000-10000 trở thành phân khúc phát triển nhanh nhất trong giai đoạn dự báo (2022-2030).

6 Phân tích đầu tư Pin Lithium Ion

Ngành công nghiệp thị trường pin lithium ion được dự đoán sẽ tăng từ 51,16 tỷ USD vào năm 2022 lên 118,15 tỷ USD vào năm 2030, thể hiện tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 4,72% trong giai đoạn dự báo (2022-2030), điều này phụ thuộc vào một số yếu tố.

l Phân tích người dùng cuối

Việc lắp đặt trong lĩnh vực tiện ích là động lực chính cho hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS). Phân khúc này dự kiến ​​sẽ tăng từ 2,25 tỷ USD vào năm 2021 lên 5,99 tỷ USD vào năm 2030 với tốc độ CAGR là 11,5%.  Pin Li-ion có CAGR cao hơn 34,4% do cơ sở tăng trưởng thấp. Phân khúc lưu trữ năng lượng dân dụng và thương mại là những lĩnh vực khác có tiềm năng thị trường lớn là 5,51 tỷ USD vào năm 2030, từ mức 1,68 tỷ USD vào năm 2021. Lĩnh vực công nghiệp tiếp tục tiến tới mức phát thải carbon bằng 0, với các công ty đưa ra cam kết không phát thải carbon trong hai thập kỷ tới. Các công ty viễn thông và trung tâm dữ liệu đang đi đầu trong việc giảm lượng khí thải carbon bằng cách tăng cường tập trung vào các nguồn năng lượng tái tạo Tất cả những điều đó sẽ thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của  pin lithium ion khi các công ty tìm cách đảm bảo sao lưu đáng tin cậy và cân bằng lưới điện.

l Phân tích loại sản phẩm

Do giá coban cao nên pin không chứa coban là một trong những xu hướng phát triển của pin lithium-ion. LiNi0,5Mn1,5O4 (LNMO) điện áp cao với mật độ năng lượng lý thuyết cao là một trong những vật liệu catốt không chứa Co hứa hẹn nhất trong tương lai. Hơn nữa, kết quả thử nghiệm đã chứng minh rằng hiệu suất chu kỳ và tốc độ C của pin LNMO được cải thiện bằng cách sử dụng chất điện phân bán rắn. Điều này có thể được đề xuất rằng COF anion có khả năng hấp thụ mạnh Mn3+/Mn2+ và Ni2+ thông qua tương tác Coulomb, hạn chế sự di chuyển có tính phá hủy của chúng sang cực dương. Vì vậy, công việc này sẽ có lợi cho việc thương mại hóa vật liệu làm cực âm LNMO.

l Phân tích khu vực

Châu Á-Thái Bình Dương sẽ là thị trường pin lithium-ion cố định lớn nhất vào năm 2030, được thúc đẩy bởi các ngành công nghiệp và tiện ích. Nó sẽ vượt qua Bắc Mỹ và Châu Âu với thị trường 7,07 tỷ USD vào năm 2030, tăng từ 1,24 tỷ USD vào năm 2021 với tốc độ CAGR là 21,3%. Bắc Mỹ và Châu Âu sẽ là những thị trường lớn nhất tiếp theo do họ đặt mục tiêu khử cacbon cho nền kinh tế và mạng lưới điện trong hai thập kỷ tới. LATAM sẽ có tốc độ tăng trưởng cao nhất với tốc độ CAGR là 21,4% do quy mô nhỏ hơn và cơ sở thấp.

7 Những điều cần cân nhắc để có pin Lithium Ion chất lượng cao

Khi mua biến tần năng lượng mặt trời quang học, không chỉ phải xem xét giá cả và chất lượng mà các yếu tố khác cũng cần được lưu ý.

l Mật độ năng lượng

Mật độ năng lượng là lượng năng lượng được lưu trữ trên một đơn vị thể tích. Mật độ năng lượng cao hơn với trọng lượng và kích thước ít hơn sẽ rộng hơn giữa các chu kỳ sạc.

tôi  An toàn

An toàn là một khía cạnh quan trọng khác của pin lithium-ion vì các vụ nổ và cháy có thể xảy ra trong khi sạc hoặc xả, do đó cần chọn pin có cơ chế an toàn được cải tiến, chẳng hạn như cảm biến nhiệt độ và chất ức chế.

l Loại

Một trong những xu hướng mới nhất trong ngành công nghiệp pin lithium-ion là phát triển pin thể rắn, mang lại nhiều lợi ích như mật độ năng lượng cao hơn và vòng đời dài hơn. Ví dụ, việc sử dụng pin thể rắn trong ô tô điện sẽ làm tăng đáng kể khả năng hoạt động và độ an toàn của chúng.

l Tốc độ sạc

Tốc độ sạc phụ thuộc vào tốc độ sạc pin an toàn. Đôi khi pin phải sạc rất lâu mới có thể sử dụng được.

l Tuổi thọ

 Không có viên pin nào chạy suốt đời nhưng lại có hạn sử dụng. Kiểm tra ngày hết hạn trước khi mua hàng. Pin lithium ion vốn có tuổi thọ cao hơn do tính chất hóa học của nó nhưng mỗi loại pin đều khác nhau tùy thuộc vào loại, thông số kỹ thuật và cách chúng được tạo ra. Pin chất lượng cao sẽ có tuổi thọ cao hơn vì chúng được làm bằng vật liệu tốt bên trong.