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 hay Li-ion là loại pin sạc sử dụng sự khử thuận nghịch của các ion lithium để lưu trữ năng lượng và nổi tiếng là có hiệu suất cao mật độ năng lượng.

2. Cấu trúc của pin Lithium Ion

Nhìn chung, hầu hết các loại Pin Li-ion thương mại đều sử dụng các hợp chất xen kẽ như vật liệu hoạt động. Chúng thường bao gồm nhiều lớp vật liệu sắp xếp theo một thứ tự cụ thể để tạo 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 về dung lượng, hiệu suất và độ bền của pin. Khi sạc, cực dương than chì là chịu trách nhiệm tiếp nhận và lưu trữ các ion lithium. Khi hết pin phóng điện, các ion lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm để dòng điện được tạo ra. 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 hiệu suất tối đa công suất 1339 C/g (372 mAh/g). Nhưng với sự phát triển của công nghệ, những các vật liệu 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 quá trình các chu kỳ hiện tại. Nó thường bao gồm một cấu trúc phân lớp của một lớp oxit (chẳng hạn như lithium coban oxit), một polyanion (chẳng hạn như lithium iron phosphate) hoặc một loại Spinel (chẳng hạn như lithium mangan oxit) được phủ trên một bộ thu điện (thường là 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, dải phân cách có tác dụng ngăn chặn cực dương (điện cực âm) và cực âm (điện cực dương) khỏi chập mạch, vì lớp này cho phép các ion lithium thấm nhưng không thấm với các electron. Nó cũng có thể đảm bảo dòng ion ổn định giữa các điện cực trong quá trình sạc và xả thải. Vì vậy, ắc quy có thể duy trì được điện áp ổn định và giảm thiểu nguy cơ quá nhiệt, cháy hoặc nổ.

Bộ sưu tập hiện tại là gì?

Bộ thu dòng được thiết kế để thu dòng điện được tạo ra bởi các điện cực của pin và vận chuyển nó tới mạch điện bên ngoài, đó là 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 được NASA phát triển vào năm 1965. Và khủng hoảng dầu mỏ tấn công thế giới vào những năm 1970, các nhà nghiên cứu đã chuyển sự chú ý của họ sang các giải pháp thay thế nguồn năng lượng, do đó bước đột phá đã tạo ra hình thức sớm nhất của Pin Li-ion hiện đại được chế tạo vì trọng lượng nhẹ và năng lượng cao mật độ 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 thế ông đã cố gắng thương mại hóa loại pin này nhưng thất bại do chi phí 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 hiệu suất cao hơn nhiều. ổn định trong không khí, 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 của tính dễ cháy. Cùng năm đó, Rachid Yazami đã phát minh ra than chì lithium điện cực (anode). Và sau đó vào năm 1991, pin lithium-ion có thể sạc lại đầu tiên trên thế giới pin bắt đầu thâm nhập thị trường 

Vào những năm 2000, nhu cầu về lithium-ion pin tăng lên khi các thiết bị điện tử cầm tay trở nên phổ biến, điều này thúc đẩy pin lithium ion an toàn hơn và bền hơn. Xe điện đã được giới thiệu vào những năm 2010, tạo ra một thị trường mới cho pin lithium-ion. các phát triển 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 mới và công nghệ đang được tiến hành để cải thiện hiệu suất, hiệu quả và an toàn của những cục 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 đều có chúng được làm bằng 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 coban lithium hoặc pin 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 của nó, chúng được sử dụng trong thiết bị di động thiết bị điện tử, xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo vì năng lượng riêng cao, tốc độ tự phóng điện thấp, hoạt động cao điện áp và phạm vi nhiệt độ rộng. Nhưng hãy chú ý đến những lo ngại về an toàn liên quan đến khả năng thoát nhiệt và mất ổn định ở mức cao nhiệt độ.

l Oxit mangan liti

Lithium Mangan Oxide (LiMn2O4) là vật liệu catốt được sử dụng phổ biến trong pin lithium-ion. Công nghệ cho loại pin này ban đầu được được phát hiện vào những năm 1980, với ấn phẩm đầu tiên trên tạp chí Nghiên cứu Vật liệu Bản tin năm 1983. Một trong những ưu điểm của LiMn2O4 là có khả năng tản nhiệt tốt. ổn định, có 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 còn phong phú và sẵn có rộng rãi, khiến nó trở thành một lựa chọn bền vững hơn so với đến vật liệu catốt có chứa nguồn tài nguyên hạn chế như coban. Kết quả là, chúng thường được tìm thấy trong các thiết bị và dụng cụ y tế, dụng cụ điện, điện xe máy và các ứng dụng khác. Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng LiMn2O4 kém hơn độ ổn định của chu trình so với LiCoO2, có nghĩa là nó có thể cần nhiều hơn thay thế thường xuyên, do đó nó có thể không phù hợp cho việc lưu trữ năng lượng lâu dài hệ thống.

l Liti Sắt Phosphate (LFP)

Phốt phát được sử dụng làm cực âm trong pin lithium sắt photphat, thường được gọi là pin li-phosphate. Điện trở thấp của chúng đã cải thiện khả năng chịu nhiệt của chúng sự ổn định 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 lithium-ion khác pin. Vì vậy, loại pin này thường xuyên được sử dụng trên xe đạp điện. và các ứng dụng khác đòi hỏi vòng đời 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 vì chúng sử dụng những loại pin hiếm và nguyên liệu đắt tiền. Ngoài ra, pin lithium iron phosphate có điện áp hoạt động thấp hơn, có nghĩa là chúng có thể không phù hợp với một số các ứng dụng yêu cầu điện áp cao hơn. Thời gian sạc lâu hơn khiến nó trở thành một bất lợi trong các ứng dụng yêu cầu sạc lại nhanh chóng.

l Lithium Niken Mangan Cobalt Oxit (NMC)

Pin Lithium Niken mangan Cobalt Oxide, thường được gọi là NMC pin, được chế tạo từ nhiều loại vật liệu phổ biến trong pin lithium-ion. Một cực âm được làm từ 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, lưu trữ lưới điện hệ thống và các ứng dụng hiệu suất cao khác, đã góp phần hơn nữa trước sự phổ biến ngày càng tăng của xe điện và hệ thống năng lượng tái tạo. ĐẾN tăng công suất, chất điện giải và chất phụ gia mới được sử dụng để cho phép nó sạc tới 4,4V/cell trở lên 

Có xu hướng sử dụng Li-ion pha trộn NMC kể từ hệ thống có hiệu quả về mặt 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 mục đích một loạt các ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng và ô tô (EES) yêu cầu đạp xe thường xuyên. Từ đó có thể thấy gia đình NMC ngày càng trở nên đa dạng Tuy nhiên, tác dụng phụ của nó là thoát nhiệt, nguy cơ cháy nổ và ảnh hưởng đến môi trường. mối lo ngại có thể cản trở sự phát triển hơn nữa của nó.

l Lithium Titanat

Lithium titanate, thường được gọi là li-titanate, là một 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, điều này làm cho nó rất thích hợp cho các ứng dụng năng lượng cao như xe điện, thương mại và hệ thống lưu trữ năng lượng công nghiệp, và lưu trữ ở cấp độ lưới điện 

Cùng với nó an toàn và độ tin cậy, những loại pin này có thể được sử dụng cho quân sự và hàng không vũ trụ ứng dụng, cũng như lưu trữ năng lượng gió và mặt trời và xây dựng thông minh lưới. Hơn nữa, theo Battery Space, những loại pin này có thể được sử dụng trong các dự phòng quan trọng của hệ thống điện. Tuy nhiên, lithium titanate pin có xu hướng đắt hơn pin lithium-ion truyền thống do đến quá trình chế tạo phức tạp cần thiết để sản xuất chúng.

5. Xu hướng phát triển của pin Lithium Ion

Sự tăng trưởng toàn cầu của việc lắp đặt năng lượng tái tạo đã tăng lên sản xuất năng lượng không liên tục, tạo ra một lưới điện không cân bằng. Điều này đã dẫn tới một nhu cầu về pin. Trong khi tập trung vào lượng khí thải carbon bằng không và cần phải di chuyển tránh xa nhiên liệu hóa thạch, cụ thể là than, để thúc đẩy sản xuất điện nhiều hơn Chính phủ khuyến khích lắp đặt năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Những cái này việc cài đặt tự cho phép các hệ thống lưu trữ pin lưu trữ năng lượng dư thừa tạo ra 

Do đó, chính phủ khuyến khích sử dụng pin Li-ion việc lắp đặt 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 USD 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 năm 2029. Và nhu cầu ngày càng cao của các ứng dụng đòi hỏi khắt khe tải dự kiến ​​sẽ làm cho pin lithium ion 3000-10000 nhanh nhất phân khúc đang phát triển trong giai đoạn dự báo (2022-2030).

6. Phân tích đầu tư Pin Lithium Ion

Ngành công nghiệp thị trường pin lithium ion dự kiến ​​​​sẽ tăng từ 51,16 USD tỷ USD vào năm 2022 lên 118,15 tỷ USD vào năm 2030, thể hiện tốc độ tăng trưởng kép hàng năm tốc độ tăng trưởng 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 ngành tiện ích là động lực chính cho việc lưu trữ năng lượng của pin hệ thống (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 cho thấy hiệu suất cao hơn 34,4% CAGR do cơ sở tăng trưởng thấp. Lưu trữ năng lượng dân dụng và thương mại phân khúc là các lĩnh vực khác có tiềm năng thị trường lớn là 5,51 tỷ USD vào năm 2030, từ 1,68 tỷ USD vào năm 2021. Ngành công nghiệp tiếp tục tiến tới lượng khí thải carbon bằng không, với các công ty thực hiện cam kết không có lượng khí thải carbon trong hai năm tới thập kỷ. Các công ty viễn thông và trung tâm dữ liệu đang đi đầu trong việc giảm lượng khí thải carbon với sự tập trung ngày càng tăng vào các nguồn năng lượng tái tạo. Tất cả trong đó sẽ thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của pin lithium ion như 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. Cao áp LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) với mật độ năng lượng lý thuyết cao là một trong những Co-free hứa hẹn nhất vật liệu catốt trong hơn nữa. Hơn nữa, kết quả thực 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 nửa 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 mang tính hủy diệt của chúng tới cực dương. Vì vậy, công việc này sẽ có lợi cho việc thương mại hóa vật liệu catốt LNMO.

l Phân tích khu vực

Châu Á-Thái Bình Dương sẽ là thị trường pin lithium-ion cố định lớn nhất tính đến nay 2030, được thúc đẩy bởi các tiện ích và ngành công nghiệp. Nó sẽ vượt qua Bắc Mỹ và Châu Âu với thị trường trị giá 7,07 tỷ USD vào năm 2030, tăng từ mức 1,24 tỷ USD ở vào năm 2021 với tốc độ CAGR là 21,3%. Bắc Mỹ và Châu Âu sẽ là lớn nhất tiếp theo thị trường do mục tiêu của họ là khử cacbon cho nền kinh tế và mạng lưới của họ trong thời gian tới hai thập kỷ. LATAM sẽ có tốc độ tăng trưởng cao nhất với tốc độ CAGR là 21,4% vì kích thước 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 quan tâm đến giá cả và chất lượng. được xem xét, 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. Cao hơn mật độ năng lượng với trọng lượng ít hơn và kích thước rộng hơn giữa các lần sạc chu kỳ.

l An toàn

An toàn là một khía cạnh quan trọng khác của pin lithium-ion kể từ khi xảy ra vụ nổ và hỏa hoạn có thể xảy ra trong khi sạc hoặc xả, vì vậy cần phải chọn pin có cơ chế an toàn được cải tiến, chẳng hạn như cảm biến nhiệt độ và các 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 tăng đáng kể phạm vi hoạt động của chúng năng lực và sự an toàn.

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 hạn sử dụng ngày trước khi thực hiện mua hàng. Pin lithium ion có tuổi thọ cao hơn tuổi thọ do tính chất hóa học của nó nhưng mỗi loại pin khác nhau tùy thuộc vào loại, thông số kỹ thuật và cách chúng được thực hiện. Pin chất lượng cao sẽ tồn tại lâu hơn vì chúng được làm bằng vật liệu tốt bên trong.