تکنولوژی انرژی جدید به عنوان فن آوری پیشرفته در قرن 21 شناخته شده است. صنعت باتری به عنوان بخش مهمی از زمینه انرژی جدید تبدیل به یک نقطه داغ جدید در توسعه اقتصادی جهانی شده است. در حال حاضر، باتری های لیتیوم یون به عنوان یک منبع انرژی مهم مورد استفاده قرار گرفته اند. او در زمینه ارتباطات الکترونیکی یا حمل و نقل، نقش مهمی دارد و چشم انداز کاربرد گسترده ای دارد.
باتری لیتیوم یون نوعی باتری ثانویه است. این نوع جدیدی از باتری است که بر اساس باتری لیتیوم ساخته شده است. این به طور عمده بر روی یونهای لیتیوم حرکت می کند که بین الکترودهای مثبت و منفی به کار می روند. از دهه 1970، انواع باتری های خاص لیتیوم انرژی با استفاده از فلز لیتیوم به عنوان یک الکترود منفی معرفی شده و به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است.
باتری لیتیوم یون دارای ولتاژ کارکرد بالا، انرژی خاص خاص، ظرفیت بزرگ، خود تخلیه کوچک، چرخه خوب، عمر طولانی، وزن سبک و کوچک است. این یک نماینده از باتری های مدرن با کارایی بالا است و یک دستگاه الکترونیکی قابل حمل مانند تلفن های همراه و رایانه های نوت بوک است. انتظار می رود که منبع انرژی ایده آل در آینده به یکی از منابع اصلی برای وسایل نقلیه الکتریکی و ابزار قدرت بی سیم تبدیل شود.
تاریخچه توسعه صنعت باتری لیتیوم یون در چین طولانی نیست، اما در حال توسعه بسیار سریع است. در سال 2012، کل تولید باتری یون در چین به 4.18 میلیارد دلار رسیده است. در بازار بین المللی باتری لیتیوم یون، چین، ژاپن و کره جنوبی وضعیت سه پایه را تشکیل داده اند. توسعه تکنولوژیکی صنعت باتری لیتیوم یون چین با تقلید از تکنولوژی بالغ در خارج از کشور آغاز شد. در این فرایند، نوآوری در فرآیند تولید، دستاورد اصلی توسعه سریع صنعت باتری لیتیوم یون چین است. در سال های اخیر با افزایش سرمایه گذاری در نوآوری های فناوری، صنعت باتری لیتیوم یون به سرعت از نظر نوآوری های تکنولوژیکی توسعه یافته است و یک رقابت اصلی هسته صنعتی را شکل داده و مزایای تکنولوژیکی خاصی را در زمینه های خاصی انباشت کرده است.
وضعیت تحقیق و روند توسعه مواد باتری لیتیوم یون
ساختار اصلی باتری های یون لیتیوم، یک الکترود مثبت، یک الکترود منفی، یک الکترولیت است که قادر به انجام یون های لیتیوم است و جدا کننده الکترودهای مثبت و منفی را جدا می کند. عملکرد الکتروشیمیایی باتری های لیتیوم یون عمدتا به ساختار و خواص مواد الکترود و مواد دی الکتریک مورد استفاده بستگی دارد. به طور خاص، انتخاب و کیفیت مواد الکترود به طور مستقیم ویژگی ها و قیمت باتری لیتیوم یون را مشخص می کند.
در حال حاضر، تحقیق بر روی مواد کاتدی باتری های یون لیتیوم عمدتا بر روی اکسید کبالت لیتیوم و نیکلایت لیتیوم تمرکز دارد. در عین حال، افزایش برخی از مواد کاتدی جدید (مانند مواد لیمو-مون-ا و پلیمرهای رسانا) نیز ماده کاتد برای باتری های یون لیتیوم است. توسعه موجب تزریق انرژی جدید شده است و محتوای تحقیقاتی مهم در این زمینه برای یافتن یک سیستم جدید برای تولید مواد باتری کاتدی باتری لیتیوم یونی با ولتاژ بالا، ظرفیت خاص و عملکرد چرخه خوب است. در حال حاضر مواد الکترودهای مثبت از باتری های یون لیتیوم، هنوز هم اکسید های فلز انتقالی مانند LiCoO2، LiNiO2، LiMn2O4 و مواد کامپوزیتی آنها هستند. از سال 2005 تا 2010 مواد سمی پلی اتیلن با مواد انرژی بالا و سولفید های ارگانیک و سولفید های معدنی تبدیل به باتری های یون لیتیوم می شوند. نسل جدیدی از مواد کاتدی. مواد آند از باتری های لیتیوم یون عمدتا شامل مواد کربن، آلیاژهای فلزی لیتیوم، اکسید فلزی، نیتریت های فلزی، نانو سیلیکون ها و غیره هستند. از میان آنها، مواد کربن مواد اصلی الکترود منفی برای کاربردهای تجاری و آلیاژهای فلزی لیتیوم و نانو -Silicones نقاط داغ برای تحقیق و توسعه تبدیل شده است. . مواد الکترولیتی باتری یون لیتیوم عمدتا برای حلال الکترولیز آن به مواد آلی بدون آب استفاده می شود و اکثر آنها از حلال های ترکیبی مانند EC-DMC و PC-DMC استفاده می کنند. LiPF6 شایعترین نوع نمک هدایت شده است.
برای مواد کاتد باتری لیتیوم یون، مواد کاتدی اکسید کبالت لیتیوم هنوز در آینده قوی هستند. در سیستم باتری لیتیوم یون در حال حاضر، باتری های اکسید کبالت لیتیوم به ولتاژ قطع ولتاژ بالا و تراکم جامد ولتاژ بالا متکی هستند. این مزیت همچنان سیستم ترجیحی باتری برای محصول باتری 3C است. در حالی که مواد لیتیم لایه ای LiNixCo1-x-yMnyO2 کاتد نه تنها دارای تراکم انرژی بالا است، بلکه دارای خواص ایمنی مواد، ثبات چرخه، عملکرد بالا درجه حرارت و هزینه آماده سازی است. این نسبتا عالی است نسبت مواد کاتدی مورد استفاده در جهان سال به سال افزایش یافته است. این نه تنها به تدریج برخی از کاربردهای مواد اکسید کبالت لیتیوم را جایگزین کرد، بلکه در استفاده از باتری های جدید انرژی خودرو نیز ظاهر شد. این یکی از مؤثرترین مواد کاتدی در آینده است. در آینده نزدیک، جهت جریان اصلی مواد کاتدی سیم لیتیوم سیمان هنوز هم توسط اکسید کبالت لیتیوم و مواد LiNixCo1-x-yMnyO2 تحت سلطه قرار می گیرد. فسفات آهن لیتیم و مواد منیزیم اسپینل نه تنها دارای هزینه های آماده سازی پایین تر و مزایای منابع هستند، بلکه ثبات ایمنی و چرخه عالی نیز دارند. آنها مواد کاتد مورد نظر برای باتری های قدرت، به ویژه LiNi0.5Mn1.5O4 / Li4Ti5O12 هستند. باتری قدرت سیستم می تواند به سرعت و بارگیری سریع دست یابد، که یکی از مسیرهای اصلی باتری های جدید انرژی خودرو در آینده است. تراکم بالا تراکم مواد کاتدی NCA در باطری های بالا 3C باتری و باتری های جدید انرژی وسایل نقلیه قرار دارد، اما هزینه های بالا، محیط تولید باتری خشن و سایر عوامل، گستره وسیعی از برنامه های خود را محدود می کند. فسفات آهن لیتیم، منگنات پتاسیم و مواد کاتدی NCA همیشه موقعیت خاصی را در ساختار مواد کاتدی فعلی اشغال کرده اند. مواد حاوی منگنز حاوی لیتیم حاوی مواد کاتدی صنعتی نسل بعدی با بالاترین تراکم انرژی هستند و بازار چشم انداز کاربرد گسترده ای دارد. با این وجود، مشکلات احتمالی غیر قابل برگشت بالا و عملکرد ضعیف ناشی از مشکلات ساختاری خود هنوز هم باید توسط محققان انجام شود. در عمق مطالعه
از آنجا که تجاری سازی باتری های لیتیوم یون در دهه 1990، مواد کربنی به طور گسترده ای در باتری های لیتیوم یون استفاده شده اند و همچنان مواد پایه ای اصلی برای باتری های لیتیوم یون باقی می مانند. در آند جدید کربن، توسعه آینده بر اندود های گرافیتی با قدرت بالا و آندزهای کربن با قدرت بالا بدون گرافیت متمرکز خواهد شد تا نیازهای قدرت های آینده و باتری های با انرژی بالا را تامین کند. عوامل تولید کننده کربن تأثیر مهمی بر عملکرد باتری دارند. تحقیقات در مورد عوامل هدایت کننده جدید بر روی توسعه مواد شیمیایی هدایت گر سیگنال و مواد کامپوزیت با خاصیت کربن به دست آمده توسط ترکیب مواد کربنی جدید مانند نانولوله های کربنی و گرافن تمرکز خواهند کرد. با توجه به ساختار انعطاف پذیر و خاص دو بعدی، مواد تشکیل دهنده کامپوزیتی نانولوله کربنی در زمینه های باتری های لیتیوم یون در سال های اخیر به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته اند. انتظار می رود که نانولوله های کربنی و الکترودهای کامپوزیت گرافن به طور گسترده ای در باتری های لیتیوم یون با قدرت بالا و باتری های لیتیوم یون به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گیرد پس از بهبود عملکرد الکتروشیمیایی مناسب و بهینه سازی شده در استفاده.
وضعیت بازار باتری لیتیوم یون و روند توسعه
بازار باتری لیتیوم یون همیشه می تواند به سه بازار عمده تقسیم شود: بازار الکترونیک مصرفی، بازار خودرو الکتریکی، بازار برنامه های کاربردی ذخیره سازی صنعتی و انرژی. این نخستین بار به طور معمول به عنوان 3C لایت یون باتری بازار شناخته می شود و دو دستگاه دیگر باتری لیتیوم یون باتری هستند.
توسعه صنعت باتری لیتیوم یون در بیش از 20 سال در صنایع 3C متمرکز شده است و برای ذخیره انرژی بیشتر و باتری های قدرت (که نیاز به جریانهای جزیی به حساب می آید) کمتر مورد استفاده در بازار قرار می گیرد که شامل خودروهای الکتریکی خالص و ترکیبی وسایل نقلیه الکتریکی. وسایل نقلیه، UPS های متوسط و بزرگ، انرژی خورشیدی، باتری های باتری بزرگ، ابزار دستی الکتریکی، موتورسیکلت های برقی، دوچرخه های الکتریکی، تجهیزات هوا فضا و باتری های هواپیما. یکی از دلایل اصلی این است که مواد کاتدی اکسید لیتیوم کبالت (LiCoO2، که رایج ترین لیتیوم یون باتری) است که در باتری های لیتیومی در گذشته استفاده می شود، هزینه زیادی دارد و برای محیط های خاص مانند پانچ، برخورد، دمای بالا و دمای پایین. مهمتر از همه این است که از عدم رعایت احتیاجات مطلق مردم برای ایمنی مورد انتقاد قرار گرفته است. همکاران، باتری های لیتیوم کبالت اکسید نمی توانند به هدف شارژ سریع دست یابند و به طور کامل از آلودگی ثانویه اجتناب کنند و باید مدارهای حفاظتی را برای جلوگیری از بارگذاری بیش از حد و یا بیش از حد تخلیه طراحی کنند، در غیر این صورت انفجار و خطرات دیگر باعث انفجار باتری سونی خواهد شد. جهانی نام تجاری NB صنعت به شدت سرمایه گذاری در بازیافت.
در حال حاضر فروش باتری لیتیوم یون جهانی و چینی عمدتا در بازار الکترونیک مصرفی تمرکز دارد، هر چند سهم بازار آن کاهش می یابد. در سال 2012، 72.28٪ از باتری های لیتیوم یونی 38.176 میلیون کیلووات ساعته که در سراسر جهان فروخته می شد در بازار الکترونیک مصرفی بودند. در بازار چینی، این نسبت به 65.40٪ رسید (کل فروش باتری لیتیوم یون 66.20 میلیون کیلووات ساعت بود). در سال 2012، مجموع باتری های لیتیوم یون برای تلفن های همراه در جهان 108،600،100 کیلووات ساعت بود، که کمتر از 1،094.20 میلیون کیلو وات ساعت در سال 2011 است. با این حال، در بازار چین، تعداد کل باتری های لیتیوم یون برای تلفن های همراه افزایش 6.30٪. در چین، گوشی های هوشمند به سرعت گوشی های سنتی را جایگزین می کنند. در حال حاضر، اکثر گوشی های هوشمند با کمتر از یک روز به لوله های باتری مجهز هستند، این بدان معنی است که حتی اگر چگالی انرژی باتری های لیتیوم یون دو برابر شود، پاسخگویی به تقاضا مشکل است. بنابراین، برای برخی از زمان، بازار برق همراه، که در آن الکترونیک مصرف کننده در هر زمان شارژ می شود، به سرعت رشد می کند. در سال 2012، تقاضای جهانی برای 1.23 میلیون کیلو وات ساعت باتری های باتری لیتیوم یونی قدرت همراه است که بیش از 80 درصد آن در چین ساخته شده است که بازار چین آن 52.20 میلیون کیلووات ساعت مصرف کرده است که نیروی پیشرو در این بازار است. بازار رایانه قرص چین نیز به سرعت و به طور پیوسته در حال توسعه است. نرخ رشد سالانه بالاتر از میانگین جهانی است. افزایش سریع فروش رایانه های لوحی به طور مستقیم باعث افزایش فروش باتری های لیتیوم یون شده است. در سال 2012 حجم فروش باتری های لیتیوم یون برای رایانه های شخصی قرص در چین به 284،900 رسیده است. کیلووات ساعت، افزایش 91.97٪.
باتری یون لیتیوم مورد استفاده در بازار ذخیره سازی صنعتی و انرژی عمدتا به سه دسته تقسیم می شود: ابزار قدرت، منبع تغذیه ایستگاه های تلفن همراه و تولید انرژی باد. در سال 2012، کل تقاضا برای باتری های لیتیوم یون در جهان، بازار ذخیره سازی صنعتی و انرژی 4.736 میلیون کیلو وات ساعت مصرف کرد که به 12.25٪ رسید؛ بازار چین در مجموع 731،500 کیلو وات ساعت باتری های لیتیوم یون مصرف کرده است، این نسبت 15.65٪ است که بالاتر از جهانی است.