什么是锂离子电池

1 什么是锂离子电池？

电池是一种电源，由一个或多个电化学电池组成，具有外部连接，用于为电气设备供电 锂离子电池是一种可充电电池，利用锂离子的可逆还原来储存能量，并以其高能量密度而闻名。

2 锂离子电池的结构

通常，大多数商业锂离子电池使用插层化合物作为活性材料。 它们通常由多层材料组成，这些材料按特定顺序排列，以促进电化学过程，使电池能够储存和释放能量——阳极、阴极、电解质、隔膜和集电器。

什么是阳极？

负极作为电池的组成部分，对于电池的容量、性能、耐久性起着重要的作用。 充电时，石墨阳极负责接受和储存锂离子。 当电池放电时，锂离子从阳极移动到阴极，从而产生电流。 一般来说，最常见的商业阳极是石墨，其在完全锂化的 LiC6 状态下的最大容量为 1339 C/g (372 mAh/g) 但随着技术的发展，人们开始研究硅等新材料来提高锂离子电池的能量密度。

什么是阴极？

阴极的作用是在电流循环期间接受和释放带正电的锂离子。 它通常由层状氧化物（如钴酸锂）、聚阴离子（如磷酸铁锂）或尖晶石（如锰酸锂）的层状结构涂覆在集流体（通常由铝制成）上组成。 

什么是电解质？

作为有机溶剂中的锂盐，电解质在充电和放电过程中充当锂离子在阳极和阴极之间移动的介质。

什么是分隔符？

作为非导电材料的薄膜或层，隔膜的作用是防止阳极（负极）和阴极（正极）短路，因为该层可渗透锂离子但不可渗透电子。 它还可以保证充电和放电过程中电极之间离子的稳定流动。 因此，电池可以保持稳定的电压并降低过热、燃烧或爆炸的风险。

什么是集电体？

集电器旨在收集电池电极产生的电流并将其传输到外部电路，这对于确保电池的最佳性能和寿命非常重要。 通常它由薄铝片或铜片制成。

3 锂离子电池的发展历史

可充电锂离子电池的研究可以追溯到 20 世纪 60 年代，最早的例子之一是 NASA 在 2017 年开发的 CuF2/Li 电池。 1965 20世纪70年代石油危机席卷全球，研究人员将注意力转向替代能源，由于锂离子电池重量轻、能量密度高，因此取得了突破，产生了最早形式的现代锂离子电池。 与此同时，埃克森公司的 Stanley Whittingham 发现锂离子可以嵌入 TiS2 等材料中以制造可充电电池 

因此，他尝试将这种电池商业化，但由于成本高且电池中存在金属锂而失败。 1980 年，人们发现新材料可以提供更高的电压，并且在空气中更稳定，这种材料后来被用于第一个商用锂离子电池，尽管它本身并没有解决长期存在的可燃性问题。同年，Rachid Yazami发明了锂石墨电极（阳极）。 1991年，世界上第一块可充电锂离子电池开始进入市场。 2000年代，随着便携式电子设备的普及，对锂离子电池的需求增加，这使得锂离子电池变得更安全、更耐用。 2010年代电动汽车问世，为锂离子电池创造了新市场 

硅负极、固态电解质等新制造工艺和材料的开发，不断提高锂离子电池的性能和安全性。 如今，锂离子电池已成为我们日常生活中不可或缺的一部分，因此新材料和新技术的研发不断发展，以提高这些电池的性能、效率和安全性。

4.锂离子电池的种类

锂离子电池有多种形状和尺寸，而且并非所有电池都是一样的。 通常锂离子电池有五种。

l 钴酸锂

钴酸锂电池由碳酸锂和钴制成，也称为钴酸锂或锂离子钴电池 它们具有氧化钴阴极和石墨碳阳极，锂离子在放电过程中从阳极迁移到阴极，而当电池充电时，锂离子的流动则相反。 就其应用而言，它们因具有高比能量、低自放电率、高工作电压和宽温度范围而应用于便携式电子设备、电动汽车和可再生能源存储系统。但要注意相关的安全问题高温下热失控和不稳定的可能性。

l 锰酸锂

锰酸锂 (LiMn2O4) 是锂离子电池中常用的正极材料。这种电池的技术最初于 20 世纪 80 年代被发现，并于 1983 年首次发表在《材料研究公报》上。 LiMn2O4的优点之一是它具有良好的热稳定性，这意味着它不太可能发生热失控，这也比其他类型的锂离子电池更安全。 此外，锰储量丰富且来源广泛，与钴等资源有限的正极材料相比，锰是一种更可持续的选择。 因此，它们经常出现在医疗设备和装置、电动工具、电动摩托车和其他应用中。 尽管有其优点，但与 LiCoO2 相比，LiMn2O4 的循环稳定性较差，这意味着它可能需要更频繁的更换，因此可能不太适合长期储能系统。

l 磷酸铁锂（LFP）

磷酸盐用作磷酸铁锂电池的阴极，通常称为磷酸锂电池。 它们的低电阻提高了它们的热稳定性和安全性 它们还以耐用性和长生命周期而闻名，这使它们成为其他类型锂离子电池最具成本效益的选择。 因此，这些电池经常用于电动自行车和其他需要长生命周期和高安全水平的应用 但其缺点使其难以快速发展。 首先，与其他类型的锂离子电池相比，它们的成本更高，因为它们使用稀有且昂贵的原材料。 此外，磷酸铁锂电池的工作电压较低，这意味着它们可能不适合一些需要较高电压的应用。 其较长的充电时间使其在需要快速充电的应用中处于劣势。

l 镍钴锰酸锂（NMC）

锂镍锰钴氧化物电池，通常称为 NMC 电池，由锂离子电池中通用的多种材料制成。 包括由镍、锰和钴混合物构成的阴极 其高能量密度、良好的循环性能和较长的使用寿命使其成为电动汽车、电网存储系统和其他高性能应用的首选，这进一步促进了电动汽车和可再生能源系统的日益普及。 为了增加容量，使用了新的电解质和添加剂，使其能够充电至 4.4V/电池或更高。 由于该系统具有成本效益且性能良好，因此出现了使用 NMC 混合锂离子电池的趋势。 镍、锰和钴是三种活性材料，可以轻松组合以适应需要频繁循环的各种汽车和储能系统 (EES) 应用。

 从中我们可以看到NMC家族正在变得更加多元化

然而，其热失控、火灾隐患和环境问题等副作用可能会阻碍其进一步发展。

l 钛酸锂

钛酸锂，通常称为钛酸锂，是一种用途越来越广泛的电池。 由于其优越的纳米技术，它能够快速充电和放电，同时保持稳定的电压，这使得它非常适合电动汽车、商业和工业储能系统以及电网级存储等大功率应用 加上其安全性和可靠性，这些电池可用于军事和航空航天应用，以及存储风能和太阳能以及构建智能电网。 此外，根据 Battery Space 的说法，这些电池可用于电力系统关键备份 然而，由于生产过程复杂，钛酸锂电池往往比传统锂离子电池更昂贵。

5、锂离子电池发展趋势

全球可再生能源装置的增长增加了间歇性能源生产，造成电网不平衡。 这导致了对电池的需求。而对零碳排放的关注以及电力生产需要摆脱化石燃料（即煤炭）促使更多政府鼓励太阳能和风能发电装置。 这些装置适用于存储多余电力的电池存储系统。 因此，政府对锂离子电池安装的激励措施也推动了锂离子电池的发展 例如，全球三元锂离子电池市场规模预计将从2022年的百万美元增长到2029年的百万美元；预计从 2023 年到 2023 年复合年增长率将达到 % 2029  重负载应用需求的不断增长预计将使 3000-10000 锂离子电池成为预测期内（2022-2030 年）增长最快的细分市场。

6 锂离子电池投资分析

锂离子电池市场行业预计将从2022年的511.6亿美元增长到2030年的1181.5亿美元，在预测期内（2022-2030年）复合年增长率为4.72%，这取决于多个因素。

l 最终用户分析

公用事业部门的安装是电池储能系统（BESS）的关键驱动力。 该领域预计将从 2021 年的 22.5 亿美元增长到 2030 年的 59.9 亿美元，复合年增长率为 11.5%。  由于增长基数较低，锂离子电池的复合年增长率高达 34.4%。 住宅和商业储能领域是其他领域，其市场潜力从 2021 年的 16.8 亿美元增至 2030 年的 55.1 亿美元。 工业部门继续向零碳排放迈进，各公司做出了未来二十年净零排放的承诺。 电信和数据中心公司处于减少碳排放的最前沿，并且更加关注可再生能源 所有这些都将促进我国的快速发展  随着公司寻找确保可靠备份和电网平衡的方法，锂离子电池。

l 产品类型分析

由于钴的价格较高，无钴电池是锂离子电池的发展趋势之一。 具有高理论能量密度的高压LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）是未来最有前途的无钴正极材料之一。 此外，实验结果证明，使用半固态电解质可以提高LNMO电池的循环和倍率性能。 这可以认为阴离子COF能够通过库仑相互作用强烈吸收Mn3+/Mn2+和Ni2+，抑制它们向阳极的破坏性迁移。 因此，这项工作将有利于LNMO正极材料的商业化。

l 区域分析

在公用事业和工业的推动下，到 2030 年，亚太地区将成为最大的固定式锂离子电池市场。 到 2030 年，它将超越北美和欧洲，市场规模将达到 70.7 亿美元，较 2021 年的 12.4 亿美元增长，复合年增长率为 21.3%。 北美和欧洲将成为下一个最大的市场，因为它们的目标是在未来二十年实现经济和电网脱碳。 拉丁美洲由于规模较小且基数较低，增长率最高，复合年增长率为 21.4%。

7 高品质锂离子电池需要考虑的事项

购买光学太阳能逆变器时，不仅要考虑价格和质量，还应考虑其他因素。

l 能量密度

能量密度是每单位体积储存的能量。 能量密度更高、重量更小、尺寸更小，充电周期之间的范围更广。

升  安全

安全性是锂离子电池的另一个重要方面，因为在充电或放电时可能会发生爆炸和火灾，因此有必要选择具有改进安全机制的电池，例如温度传感器和抑制物质。

l 类型

锂离子电池行业的最新趋势之一是固态电池的发展，它具有更高的能量密度和更长的生命周期等一系列优点。 例如，在电动汽车中使用固态电池将显着提高其续航里程和安全性。

l 充电速率

充电速率取决于电池安全充电的速度。 有时电池需要很长时间才能充电才能使用。

l 寿命

 没有一种电池可以在整个使用寿命内运行，但也有一个失效日期。 购买前请检查有效期。 由于其化学性质，锂离子电池具有固有的较长寿命，但每种电池根据类型、规格和制造方式而彼此不同。 高品质电池的使用寿命更长，因为它们内部采用优质材料制成。