מצב נוכחי ומגמת הפיתוח של סוללות ליתיום יון

טכנולוגיית אנרגיה חדשה מוכרת כהיי-טק במאה ה -21. כחלק חשוב משדה האנרגיה החדש, תעשיית הסוללות הפכה לנקודה חמה חדשה בפיתוח הכלכלי העולמי. כיום, סוללות ליתיום יון כבר בשימוש נרחב כמקור אנרגיה חשוב. בין אם בתחום של תקשורת אלקטרונית או תחבורה, היא משחקת תפקיד חשוב ביותר ויש לו לקוחות פוטנציאליים יישום נרחב.

סוללת ליתיום יון היא סוג של סוללה משנית. זהו סוג חדש של סוללה שפותחה על בסיס סוללת ליתיום. זה בעיקר מסתמך על יוני ליתיום נעים בין אלקטרודות חיוביות ושליליות לעבודה. מאז 1970, שונים ספציפיים ספציפיים סוללות ליתיום האנרגיה הראשונה באמצעות מתכת ליתיום כמו אלקטרודה שלילית כבר הציג בשימוש נרחב.

סוללת ליתיום יון יש מתח הפעלה גבוהה, אנרגיה ספציפית גבוהה, קיבולת גדולה, פריקה עצמית קטנה, מחזור טוב, חיי שירות ארוכים, משקל קל וגודל קטן. זהו נציג של סוללות ביצועים גבוהים המודרנית הוא מכשיר אלקטרוני נייד כגון טלפונים ניידים ומחשבים ניידים. מקור הכוח האידיאלי צפוי להיות אחד ממקורות הכוח העיקריים של כלי רכב חשמליים וכלי חשמל אלחוטיים בעתיד.

התפתחות ההיסטוריה של תעשיית סוללות ליתיום יון בסין היא לא ארוכה, אבל זה מתפתח מהר מאוד. בשנת 2012, התפוקה הכוללת של סוללות יון בסין הגיע 4.18 מיליארד דולר. בשוק סוללות ליתיום-יון הבינלאומי, סין, יפן ודרום קוריאה יצרו מצב תלת-רגלי. הפיתוח הטכנולוגי של תעשיית סוללות ליתיום יון בסין החלה עם חיקוי הטכנולוגיה בוגרת זרים. בתהליך, חדשנות התהליך הוא ההישג העיקרי של הפיתוח המוקדם של תעשיית סוללות ליתיום יון בסין. בשנים האחרונות, עם ההשקעה הגוברת בחדשנות טכנולוגית, סין תעשיית סוללת ליתיום יון התפתח במהירות במונחים של חדשנות טכנולוגית, ויצרה תחרותיות הליבה הבסיסית התעשייתית, וצברה יתרונות טכנולוגיים מסוימים בתחומים מסוימים.

מצב מחקר ופיתוח מגמה של סוללות ליתיום יון חומרים

המבנים העיקריים של סוללות ליתיום יון הם אלקטרודה חיובית, אלקטרודה שלילית, אלקטרוליט מסוגל לנהל יונים ליתיום, ומפריד המפריד בין האלקטרודות החיוביות ושליליות. הביצועים האלקטרוכימיים של סוללות ליתיום יון תלוי בעיקר במבנה ובמאפיינים של חומרים אלקטרודה וחומרים דיאלקטריים בשימוש. בפרט, הבחירה ואיכות של חומרים אלקטרודה לקבוע באופן ישיר את המאפיינים ואת המחיר של סוללת ליתיום יון.

כיום, המחקר על חומרים קטודה של סוללות ליתיום יון מתמקדת בעיקר תחמוצת קובלט ליתיום ליתיום ניקלט. במקביל, עלייה של כמה חומרים חדשים קטודה (כגון Li-Mn-O חומרים פולימרים מוליך) הוא גם חומר קתודית עבור סוללות ליתיום יון. הפיתוח הזריק חיוניות חדשה, וזה תוכן מחקר חשוב בתחום זה כדי למצוא מערכת חדשה לפיתוח ליתיום יון משני חומרים משני קטודה עם מתח גבוה, קיבולת ספציפית גבוהה וביצועים טובים במחזור. כיום, חומרים אלקטרודה חיובית של סוללות ליתיום יון עדיין תחמוצות מתכת המעבר כגון LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 וחומרים מרוכבים שלהם. מ 2005 עד 2010, גבוהה צפיפות האנרגיה פולימר קטודה חומרים וגופרית אורגנית ו sulfides אנאורגני להיות סוללות ליתיום יון. דור חדש של חומרים קטודה. חומרי האנודה של סוללות ליתיום יון כוללים בעיקר חומרים פחמן, סגסוגות מתכת ליתיום, תחמוצות מתכת, nitrides מתכת, ננו silicones, וכו 'ביניהם, חומרי פחמן הם חומרים אלקטרודה העיקרי שלילי עבור יישומים מסחריים, סגסוגות מתכת ליתיום וננו -Silicones הפכו נקודות חמות עבור מחקר ופיתוח. . החומר אלקטרוליט של סוללת ליתיום יון משמש בעיקר electrolyze הממס שלה לתוך חומר אורגני נטול מים, ורובם להשתמש ממיסים מעורבים כגון EC-DMC ו- PC-DMC. LiPF6 הוא המלח המוליך הנפוץ ביותר.

עבור סוללת ליתיום יון חומרים קטודה, ליתיום קובלט תחמוצת חומרים קטודה עדיין יש חיוניות חזקה בעתיד. ב הנוכחי סוללת ליתיום יון מערכת סוללות, סוללות ליתיום קובלט אוקסיד להסתמך על מתח גבוה שלהם לחתוך את המתח ואת מתח גבוה צפיפות מוצק. היתרון הוא עדיין מערכת הסוללה המועדפת על מוצרי הסוללה 3C high-end; בעוד חומר מרובד LiNixCo1-x-yMnyO2 מרובד לא רק יש צפיפות אנרגיה גבוהה, אבל יש גם את המאפיינים של בטיחות החומר, יציבות מחזור, ביצועים בטמפרטורות גבוהות ועלות הכנה. זה מעולה יחסית. חלקם של חומרים קטודה בשימוש בעולם גדל שנה אחר שנה. זה לא רק בהדרגה החליף כמה יישומים של חומרי לימיום קובלט תחמוצת, אלא גם התעוררה ביישום של אנרגיה סוללות אנרגיה חדשה. זהו אחד החומרים המבטיחים ביותר קטודה בעתיד. בעתיד הקרוב, בכיוון המרכזי של חוטי ליתיום יון תיל חומרים עדיין נשלט על ידי תחמוצת קובלט ליתיום ו LiNixCo1-x-yMnyO2 חומרים. ליתיום ברזל פוספט וחומר מבוסס ספינגל מנגן לא רק יש עלות ההכנה נמוך יותר יתרונות המשאבים, אבל יש גם בטיחות מעולה יציבות מחזור. הם חומרים קטודה המועדפת על סוללות כוח, במיוחד LiNi0.5Mn1.5O4 / Li4Ti5O12. סוללת המערכת של המערכת יכולה להשיג טעינה ופריקה מהירים, המהווים את אחד מהכיוונים המרכזיים של סוללות כוח אנרגיה חדשות בעתיד. אנרגיה גבוהה צפיפות חומרים קטודה NCA יש מקום גבוהה סוללות מוצר 3C גבוהה סוללות כוח אנרגיה חדשה, אבל עלות גבוהה, סוללה קשה ייצור הסביבה גורמים אחרים להגביל את מגוון רחב של יישומים. ליתיום ברזל פוספט, manganate אשלגן, וחומרים cathode NCA יש תמיד תפסו עמדה מסוימת במבנה החומר הנוכחי קטודה. החומר המבוסס על ליתיום עשיר במינגן הוא חומר הקתודה המתועש מהדור הבא, עם צפיפות האנרגיה הגבוהה ביותר, ויש לשוק סיכויי יישום רחבים. עם זאת, הבעיות של קיבולת גבוהה בלתי הפיך וביצועי קצב גרועים שנגרמו על ידי בעיות מבניות משלהם עדיין צריך להיעשות על ידי חוקרים. מחקר מעמיק.

מאז מסחור של סוללות ליתיום יון בשנות ה -90, חומרים פחמן כבר בשימוש נרחב סוללות ליתיום יון ימשיך להיות חומרים בסיסיים עבור סוללות ליתיום יון. באנודה הפחמן החדש, הפיתוח העתידי יתמקד אנרגיות גרפיט כוח גבוהה שאינם גרפית גבוהה קיבולת אנודות פחמן כדי לענות על הצרכים של כוח עתידי גבוהה סוללות אנרגיה. חומרים מוליכים פחמן יש השפעה חשובה על ביצועי הסוללה. מחקר של סוכנים מוליכים חדשים יתמקד בפיתוח של יונים גבוהה לפחמן אופייני שחור מוליך מרוכבים שהושגו על ידי הרכבה של חומרים חדשים פחמן כגון צינורות פחמן גרפן. בשל המבנה גמיש מיוחד דו מימדי, פחמן nanotube מרוכבים מוליך סוכנים כבר בשימוש נרחב בתחום סוללות ליתיום יון בשנים האחרונות. צינורות פחמן גראפן חומרים אלקטרודה מרוכבים צפויים להיות בשימוש נרחב סוללות ליתיום יון קיבולת גבוהה סוללות ליתיום יון כוח לאחר שיפור על ידי ביצועים אלקטרוכימיים מתאימים אופטימיזציה בשימוש.

סוללת ליתיום יון מצב השוק ומגמת הפיתוח

שוק סוללות ליתיום יון תמיד יכול להיות מחולק לשלושה שווקים עיקריים: שוק מוצרי האלקטרוניקה, שוק הרכב החשמלי, התעשייה ואפליקציות אחסון בשוק האנרגיה. הראשון הוא המכונה בדרך כלל 3C קטן ליתיום יון בשוק הסוללה, ואת שני האחרונים הם כוח סוללת ליתיום יון בשוק.

הפיתוח של תעשיית סוללות ליתיום יון כבר מרוכז בענף 3C במשך יותר מ -20 שנה, והוא משמש פחות בשוק לאחסון אנרגיה גדולה יותר סוללות כוח (באופן מיידי הדורש זרמים גדולים), אשר מכסה כלי רכב חשמליים טהור היברידית כלי רכב חשמליים. כלי רכב, UPS בינוניים וגדולים, אנרגיית שמש, סוללות אחסון אנרגיה גדולות, כלי עבודה חשמליים, אופנועים חשמליים, אופניים חשמליים, ציוד חלל וסוללות מטוסים. אחת הסיבות העיקריות לכך היא כי ליתיום קובלט תחמוצת חומר קתודה (LiCoO2, שהיא הנפוצה ביותר סוללת ליתיום יון) המשמשים סוללות ליתיום בעבר הוא יקר וקשה להחיל על סביבות מיוחדות כגון ניקוב, התנגשות, טמפרטורה גבוהה טמפרטורה נמוכה. וחשוב יותר, הוא כבר ביקורת על כך שלא עמדו בדרישות המוחלטות של אנשים לבטיחות. עמיתים, סוללות ליתיום קובלט אוקסיד לא יכול להשיג את המטרה של טעינה מהירה לחלוטין למנוע זיהום משני, ועיצוב מעגלים להגנה כדי למנוע overcharging או פריקה יתר, אחרת זה יגרום פיצוץ וסכנות אחרות, גם אם ההתפוצצות של הסוללה של Sony גורם גלובל המותג המותג NB השקיעה בכבדות מיחזור.

כיום, מכירות סוללות ליתיום-יון עולמיות וסיניות מרוכזות בעיקר בשוק מוצרי האלקטרוניקה, אם כי נתח השוק שלה הולך ופוחת. בשנת 2012, 72.28% של סוללות ליתיום-יון של 38.176 מיליון קילו-וולט שנמכרו ברחבי העולם היו בשוק מוצרי האלקטרוניקה. בשוק הסיני, היחס היה 65.40% (סך המכירות של סוללות ליתיום יון היה 66.20 מיליון קוט"ש). בשנת 2012, הסכום הכולל של סוללות ליתיום יון עבור טלפונים ניידים בעולם היה 108,600,100 קוט"ש, אשר היה נמוך מ 1,094.20 מיליון קוט"ש בשנת 2011. עם זאת, בשוק הסיני, את המספר הכולל של סוללות ליתיום יון עבור טלפונים ניידים גדל ב -6.30%. בסין, טלפונים חכמים מחליפים במהירות טלפונים סלולריים מסורתיים. כיום, רוב הטלפונים החכמים מצוידים בצינורות סוללות למשך פחות מיום, מה שאומר שגם אם צפיפות האנרגיה של סוללות ליתיום-יון מוכפלת, קשה לעמוד בביקוש. לכן, במשך זמן מה, שוק החשמל הנייד, שבו האלקטרוניקה הצרכנית היא לחייב בכל עת, יגדל במהירות. בשנת 2012, הביקוש העולמי עבור 1.23 מיליון סוללות ליתיום יון כוח נייד, יותר מ 80% מהם נעשה בסין, אשר השוק הסיני צרך 5220,000,000 קוט"ש, המהווה את הכוח המוביל בשוק זה. שוק ה- Tablet PC בסין מתפתח גם הוא במהירות ובהתמדה. קצב הגידול השנתי גבוה מהממוצע העולמי. הגידול המהיר במכירות ה- Tablet PC הגביר באופן ישיר את המכירות של סוללות ליתיום-יון. בשנת 2012, היקף המכירות של סוללות ליתיום יון עבור מחשבי לוח בסין הגיע 284,900. kWh, עלייה של 91.97%.

סוללת הליתיום-יון המשמשת בשוק האחסון התעשייתי והאנרגיה מחולקת בעיקר לשלוש קטגוריות: כלי חשמל, ספקי כוח לתחנות בסיס ניידות, וייצור אנרגיית רוח. בשנת 2012, הביקוש הכולל סוללות ליתיום יון בעולם, תעשיית האנרגיה & שוק האנרגיה נצרך 4.736 מיליון קוט"ש, חשבונאות עבור 12.25%; השוק של סין נצרך סך של 731,500 קוט"ש של סוללות ליתיום יון, חלקם הוא 15.65%, שהוא גבוה יותר מאשר העולמי.