什麼是鋰離子電池

1 什麼是鋰離子電池？

電池是一種電源，由一個或多個電化學電池組成，具有外部連接，用於為電氣設備供電 鋰離子電池是一種可充電電池，利用鋰離子的可逆還原來儲存能量，並以其高能量密度而聞名。

2 鋰離子電池的結構

通常，大多數商業鋰離子電池使用插層化合物作為活性材料。 它們通常由多層材料組成，這些材料按特定順序排列，以促進電化學過程，使電池能夠儲存和釋放能量——陽極、陰極、電解質、隔膜和集電器。

什麼是陽極？

負極作為電池的組成部分，對於電池的容量、性能、耐久性起著重要的作用。 充電時，石墨陽極負責接受和儲存鋰離子。 當電池放電時，鋰離子從陽極移動到陰極，從而產生電流。 一般來說，最常見的商業陽極是石墨，在完全鋰化的 LiC6 狀態下的最大容量為 1339 C/g (372 mAh/g) 但隨著科技的發展，人們開始研究矽等新材料來提高鋰離子電池的能量密度。

什麼是陰極？

陰極的作用是在電流循環期間接受和釋放帶正電的鋰離子。 它通常由層狀氧化物（如鈷酸鋰）、聚陰離子（如磷酸鐵鋰）或尖晶石（如錳酸鋰）塗覆在集流體（通常由鋁製成）上的層狀結構組成。 

什麼是電解質？

作為有機溶劑中的鋰鹽，電解質在充電和放電過程中充當鋰離子在陽極和陰極之間移動的介質。

什麼是分隔符號？

作為非導電材料的薄膜或層，隔膜的作用是防止陽極（負極）和陰極（正極）短路，因為該層可滲透鋰離子但不滲透電子。 它還可以保證充電和放電過程中電極之間離子的穩定流動。 因此，電池可以保持穩定的電壓並降低過熱、燃燒或爆炸的風險。

什麼是集電體？

集電器旨在收集電池電極產生的電流並將其傳輸到外部電路，這對於確保電池的最佳性能和壽命非常重要。 通常它是由薄鋁片或銅片製成。

3 鋰離子電池的發展歷史

可充電鋰離子電池的研究可以追溯到 20 世紀 60 年代，最早的例子之一是 NASA 在 2017 年開發的 CuF2/Li 電池。 1965 在70年代石油危機席捲全球，研究人員將注意力轉向替代能源，由於鋰離子電池重量輕、能量密度高，因此取得了突破，產生了最早形式的現代鋰離子電池。 同時，埃克森公司的 Stanley Whittingham 發現鋰離子可以嵌入 TiS2 等材料中以製造可充電電池 

因此，他嘗試將這種電池商業化，但由於成本高且電池中存在金屬鋰而失敗。 1980 年，人們發現新材料可以提供更高的電壓，並且在空氣中更穩定，這種材料後來被用於第一個商用鋰離子電池，儘管它本身並沒有解決長期存在的可燃性問題。 ，Rachid Yazami發明了鋰石墨電極（陽極）。 1991年，世界上第一顆可充電鋰離子電池開始進入市場。 2000年代，隨著隨身電子設備的普及，對鋰離子電池的需求增加，促使鋰離子電池變得更安全、更耐用。 2010年代電動車問世，為鋰離子電池創造了新市場 

矽負極、固態電解質等新製程及材料的開發，不斷提高鋰離子電池的性能和安全性。 如今，鋰離子電池已成為我們日常生活中不可或缺的一部分，因此新材料和新技術的研發不斷提高，以提高這些電池的性能、效率和安全性。

4.鋰離子電池的種類

鋰離子電池有多種形狀和尺寸，並非所有電池都是一樣的。 通常鋰離子電池有五種。

l 鈷酸鋰

鈷酸鋰電池由碳酸鋰和鈷製成，也稱為鈷酸鋰或鋰離子鈷電池 它們具有氧化鈷陰極和石墨碳陽極，鋰離子在放電過程中從陽極遷移到陰極，而當電池充電時，鋰離子的流動則相反。 就其應用而言，它們因具有高比能量、低自放電率、高工作電壓和寬溫度範圍而應用於便攜式電子設備、電動汽車和可再生能源儲存系統。熱失控和不穩定的可能性。

l 錳酸鋰

錳酸鋰 (LiMn2O4) 是鋰離子電池中常用的正極材料。 LiMn2O4的優點之一是它具有良好的熱穩定性，這意味著它不太可能發生熱失控，這也比其他類型的鋰離子電池更安全。 此外，錳儲量豐富且來源廣泛，與鈷等資源有限的正極材料相比，錳是更永續的選擇。 因此，它們經常出現在醫療設備和裝置、電動工具、電動摩托車和其他應用中。 儘管有其優點，但與 LiCoO2 相比，LiMn2O4 的循環穩定性較差，這意味著它可能需要更頻繁的更換，因此可能不太適合長期儲能係統。

l 磷酸鐵鋰（LFP）

磷酸鹽用作磷酸鋰電池的陰極，通常稱為磷酸鋰電池。 它們的低電阻提高了它們的熱穩定性和安全性 它們也以耐用性和長生命週期而聞名，這使它們成為其他類型鋰離子電池最具成本效益的選擇。 因此，這些電池經常用於電動自行車和其他需要長生命週期和高安全水平的應用 但其缺點使其難以快速發展。 首先，與其他類型的鋰離子電池相比，它們的成本更高，因為它們使用稀有且昂貴的原料。 此外，磷酸鐵鋰電池的工作電壓較低，這意味著它們可能不適合一些需要較高電壓的應用。 其較長的充電時間使其在需要快速充電的應用中處於劣勢。

l 鎳鈷錳酸鋰（NMC）

鋰鎳錳鈷氧化物電池，通常稱為 NMC 電池，由鋰離子電池中通用的多種材料製成。 包括由鎳、錳和鈷混合物構成的陰極 其高能量密度、良好的循環性能和較長的使用壽命使其成為電動車、電網儲存系統和其他高性能應用的首選，這進一步促進了電動車和再生能源系統的日益普及。 為了增加容量，使用了新的電解質和添加劑，使其能夠充電至 4.4V/電池或更高。 由於該系統具有成本效益且性能良好，因此出現了使用 NMC 混合鋰離子電池的趨勢。 鎳、錳和鈷是三種活性材料，可輕鬆組合以適應需要頻繁循環的各種汽車和儲能係統 (EES) 應用。

 從中我們可以看到NMC家族正在變得更加多元化

然而，其熱失控、火災隱患和環境問題等副作用可能會阻礙其進一步發展。

l 鈦酸鋰

鈦酸鋰，通常稱為鈦酸鋰，是一種用途越來越廣泛的電池。 由於其優越的奈米技術，它能夠快速充電和放電，同時保持穩定的電壓，這使得它非常適合電動車、商業和工業儲能係統以及電網級儲存等大功率應用 加上其安全性和可靠性，這些電池可用於軍事和航空航天應用，以及儲存風能和太陽能以及建造智慧電網。 此外，根據 Battery Space 的說法，這些電池可用於電力系統關鍵備份 然而，由於生產過程複雜，鈦酸鋰電池往往比傳統鋰離子電池更昂貴。

5.鋰離子電池發展趨勢

全球再生能源裝置的成長增加了間歇性能源生產，造成電網不平衡。 這導致了對電池的需求。 這些裝置適用於儲存多餘電力的電池儲存系統。 因此，政府對鋰離子電池安裝的誘因也推動了鋰離子電池的發展 例如，全球三元鋰離子電池市場規模預計將從2022年的百萬美元成長到2029年的百萬美元；預計從 2023 年到 2023 年複合年增長率將達到 % 2029  重負載應用需求的不斷增長預計將使 3000-10000 鋰離子電池成為預測期內（2022-2030 年）成長最快的細分市場。

6 鋰離子電池投資分析

鋰離子電池市場產業預計將從2022年的511.6億美元成長到2030年的1,181.5億美元，在預測期內（2022-2030年）複合年增長率為4.72%，取決於多個因素。

l 最終使用者分析

公用事業部門的安裝是電池儲能係統（BESS）的關鍵驅動力。 該領域預計將從 2021 年的 22.5 億美元增長到 2030 年的 59.9 億美元，複合年增長率為 11.5%。  由於成長基數較低，鋰離子電池的複合年增長率高達 34.4%。 住宅和商業儲能領域是其他領域，其市場潛力從 2021 年的 16.8 億美元增加到 2030 年的 55.1 億美元。 工業部門繼續向零碳排放邁進，各公司做出了未來二十年淨零排放的承諾。 電信和資料中心公司處於減少碳排放的最前沿，並且更加關注再生能源 所有這些都將促進我國的快速發展  隨著公司尋找確保可靠備援和電網平衡的方法，鋰離子電池。

l 產品類型分析

由於鈷的價格較高，無鈷電池是鋰離子電池的發展趨勢之一。 具有高理論能量密度的高壓LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）是未來最有前景的無鈷正極材料之一。 此外，實驗結果證明，使用半固態電解質可以提高LNMO電池的循環和倍率性能。 這可以認為陰離子COF能夠透過庫侖相互作用強烈吸收Mn3+/Mn2+和Ni2+，抑制它們向陽極的破壞性遷移。 因此，這項工作將有利於LNMO正極材料的商業化。

l 區域分析

在公用事業和工業的推動下，到 2030 年，亞太地區將成為最大的固定式鋰離子電池市場。 到 2030 年，它將超越北美和歐洲，市場規模將達到 70.7 億美元，較 2021 年的 12.4 億美元成長，複合年增長率為 21.3%。 北美和歐洲將成為下一個最大的市場，因為它們的目標是在未來二十年內實現經濟和電網脫碳。 拉丁美洲由於規模較小且基數較低，增長率最高，複合年增長率為 21.4%。

7 高品質鋰離子電池需要考慮的事項

購買光學太陽能逆變器時，不僅要考慮價格和質量，還應考慮其他因素。

l 能量密度

能量密度是每單位體積儲存的能量。 能量密度更高、重量更小、尺寸更小，充電週期之間的範圍更廣。

升  安全

安全性是鋰離子電池的另一個重要方面，因為在充電或放電時可能會發生爆炸和火災，因此有必要選擇具有改進安全機制的電池，例如溫度感測器和抑制物質。

l 型

鋰離子電池產業的最新趨勢之一是固態電池的發展，它具有更高的能量密度和更長的生命週期等一系列優點。 例如，在電動車中使用固態電池將顯著提高其續航里程和安全性。

l 充電速率

充電速率取決於電池安全充電的速度。 有時電池需要很長時間才能充電才能使用。

l 壽命

 沒有一種電池可以在整個使用壽命內運行，但也有一個失效日期。 購買前請檢查有效期限。 由於其化學性質，鋰離子電池具有固有的較長壽命，但每種電池根據類型、規格和製造方式而彼此不同。 高品質電池的使用壽命更長，因為它們內部採用優質材料製成。