Teknologi energi baru diakui sebagai teknologi tinggi di abad ke-21. Sebagai bagian penting dari bidang energi baru, industri baterai telah menjadi titik panas baru dalam perkembangan ekonomi global. Saat ini, baterai lithium-ion telah banyak digunakan sebagai sumber energi penting. Apakah di bidang komunikasi elektronik atau transportasi, ia memainkan peran yang sangat penting dan memiliki prospek aplikasi yang luas.
Baterai lithium-ion adalah sejenis baterai sekunder. Ini adalah jenis baterai baru yang dikembangkan berdasarkan baterai lithium. Ini terutama bergantung pada ion lithium yang bergerak antara elektroda positif dan negatif untuk bekerja. Sejak 1970-an, berbagai baterai primer lithium energi tinggi spesifik menggunakan logam lithium sebagai elektroda negatif telah diperkenalkan dan digunakan secara luas.
Baterai lithium-ion memiliki tegangan operasi tinggi, energi spesifik tinggi, kapasitas besar, self-discharge kecil, siklus yang baik, umur panjang, ringan dan ukuran kecil. Ini adalah perwakilan dari baterai modern berkinerja tinggi dan merupakan perangkat elektronik portabel seperti ponsel dan komputer notebook. Sumber daya yang ideal diharapkan menjadi salah satu sumber daya utama untuk kendaraan listrik dan alat-alat listrik nirkabel di masa depan.
Sejarah perkembangan industri baterai lithium-ion di Tiongkok tidak lama, tetapi berkembang sangat cepat. Pada 2012, total output baterai ion di China mencapai 4,18 miliar. Di pasar baterai lithium-ion internasional, Cina, Jepang dan Korea Selatan telah membentuk situasi berkaki tiga. Perkembangan teknologi industri baterai lithium-ion China dimulai dengan meniru teknologi matang asing. Dalam prosesnya, inovasi proses adalah pencapaian utama dari pengembangan awal industri baterai lithium-ion China. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan meningkatnya investasi dalam inovasi teknologi, Cina Industri baterai lithium-ion telah berkembang pesat dalam hal inovasi teknologi, dan telah membentuk daya saing inti industri dasar, dan telah mengakumulasi keunggulan teknologi tertentu di bidang tertentu.
Status Penelitian dan Tren Pengembangan Bahan Baterai Lithium Ion
Struktur utama baterai ion lithium adalah elektroda positif, elektroda negatif, elektrolit yang mampu melakukan ion lithium, dan pemisah yang memisahkan elektroda positif dan negatif. Kinerja elektrokimia baterai lithium-ion tergantung terutama pada struktur dan sifat bahan elektroda dan bahan dielektrik yang digunakan. Secara khusus, pilihan dan kualitas bahan elektroda secara langsung menentukan karakteristik dan harga baterai lithium-ion.
Saat ini, penelitian tentang bahan katoda baterai lithium ion terutama berfokus pada lithium cobalt oxide dan lithium nickelate. Pada saat yang sama, kenaikan beberapa bahan katoda baru (seperti bahan Li-Mn-O dan polimer konduktif) juga merupakan bahan katoda untuk baterai lithium ion. Pengembangan telah menyuntikkan vitalitas baru, dan merupakan konten penelitian penting dalam bidang ini untuk menemukan sistem baru untuk mengembangkan bahan katoda baterai lithium ion sekunder dengan tegangan tinggi, kapasitas spesifik tinggi dan kinerja siklus yang baik. Saat ini, bahan elektroda positif dari baterai ion lithium masih logam transisi oksida seperti LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 dan bahan kompositnya. Dari 2005 hingga 2010, bahan katoda polimer kepadatan energi tinggi dan sulfida organik dan sulfida anorganik menjadi baterai ion lithium. Generasi baru bahan katoda. Bahan anoda dari baterai lithium-ion terutama meliputi bahan karbon, paduan logam lithium, oksida logam, logam nitrida, nano-silikon, dll. Di antara mereka, bahan karbon adalah bahan elektroda negatif utama untuk aplikasi komersial, dan paduan logam lithium dan nano -silicones telah menjadi hot spot untuk penelitian dan pengembangan. . Bahan elektrolit baterai lithium ion terutama digunakan untuk mengelektrolisis pelarutnya menjadi bahan organik anhidrat, dan kebanyakan dari mereka menggunakan pelarut campuran seperti EC-DMC dan PC-DMC. LiPF6 adalah garam konduktif yang paling umum digunakan.
Untuk bahan katoda baterai lithium-ion, bahan katoda lithium kobalt oksida masih memiliki vitalitas yang kuat di masa depan. Dalam sistem baterai lithium-ion komersial saat ini, baterai lithium cobalt oxide mengandalkan tegangan cut-off muatan tinggi dan kepadatan padat tegangan tinggi. Keuntungannya masih merupakan sistem baterai pilihan untuk produk baterai 3C kelas atas; sementara bahan katoda LiNixCo1 – x – yMnyO2 berlapis tidak hanya memiliki kepadatan energi yang tinggi, tetapi juga memiliki sifat-sifat keselamatan material, stabilitas siklus, kinerja suhu tinggi dan biaya persiapan. Ini relatif bagus. Proporsi bahan katoda yang digunakan di dunia telah meningkat dari tahun ke tahun. Ini tidak hanya secara bertahap menggantikan beberapa aplikasi bahan oksida kobalt lithium, tetapi juga muncul dalam penerapan baterai energi kendaraan energi baru. Ini adalah salah satu bahan katoda paling menjanjikan di masa depan. Dalam waktu dekat, arah utama bahan katoda kawat ion lithium masih didominasi oleh bahan lithium cobalt oxide dan LiNixCo1 – x – yMnyO2. Bahan berbasis besi lithium fosfat dan spinel tidak hanya memiliki biaya persiapan dan keunggulan sumber daya yang lebih rendah, tetapi juga memiliki keamanan dan stabilitas siklus yang sangat baik. Mereka adalah bahan katoda yang disukai untuk baterai daya, terutama LiNi0.5Mn1.5O4 / Li4Ti5O12. Baterai daya sistem dapat mencapai pengisian dan pengeluaran yang cepat, yang merupakan salah satu arah arus utama baterai tenaga kendaraan energi baru di masa depan. Kepadatan tinggi energi Bahan katoda NCA memiliki tempat di baterai produk 3C high-end dan baterai tenaga kendaraan energi baru, tetapi biaya tinggi, lingkungan manufaktur baterai keras dan faktor-faktor lain membatasi berbagai aplikasi. Lithium iron phosphate, potassium manganate, dan material katoda NCA selalu menempati posisi tertentu dalam struktur material katoda saat ini. Bahan berlapis mangan kaya lithium adalah bahan katoda industri generasi berikutnya dengan kepadatan energi tertinggi, dan pasar memiliki prospek aplikasi yang luas. Namun, masalah kapasitas ireversibel yang tinggi dan kinerja tingkat yang buruk yang disebabkan oleh masalah struktural sendiri masih harus dilakukan oleh para peneliti. Studi mendalam.
Sejak komersialisasi baterai lithium-ion pada 1990-an, bahan karbon telah banyak digunakan dalam baterai lithium-ion dan akan terus menjadi bahan dasar utama untuk baterai lithium-ion. Dalam anoda karbon baru, pengembangan masa depan akan fokus pada anoda grafit berdaya tinggi dan anoda karbon berkapasitas tinggi non-grafit untuk memenuhi kebutuhan daya masa depan dan baterai berenergi tinggi. Agen konduktif karbon memiliki dampak penting pada kinerja baterai. Penelitian agen konduktif baru akan fokus pada pengembangan karbon hitam ionik dengan karakteristik tinggi dan agen konduktif komposit yang diperoleh dengan peracikan bahan karbon baru seperti nanotube karbon dan graphene. Karena struktur fleksibel khusus dan dua dimensi, agen konduktif karbon nanotube komposit telah banyak digunakan di bidang baterai lithium ion dalam beberapa tahun terakhir. Karbon nanotube dan bahan elektroda komposit graphene diharapkan akan banyak digunakan dalam baterai lithium-ion berkapasitas tinggi dan baterai daya lithium-ion setelah ditingkatkan dengan kinerja elektrokimia yang tepat dan dioptimalkan dalam penggunaan.
Status pasar baterai lithium-ion dan tren pengembangan
Pasar baterai lithium-ion selalu dapat dibagi menjadi tiga pasar utama: pasar elektronik konsumen, pasar kendaraan listrik, pasar aplikasi industri dan penyimpanan energi. Yang pertama umumnya disebut sebagai pasar baterai lithium-ion 3C kecil, dan yang kedua adalah pasar baterai lithium-ion.
Pengembangan industri baterai lithium-ion telah terkonsentrasi di industri 3C selama lebih dari 20 tahun, dan kurang digunakan di pasar untuk penyimpanan energi dan baterai daya yang lebih besar (secara instan membutuhkan arus besar), yang mencakup kendaraan listrik murni dan hibrida kendaraan elektrik. Kendaraan, UPS menengah dan besar, energi matahari, baterai penyimpanan energi besar, perkakas tangan listrik, sepeda motor listrik, sepeda listrik, peralatan kedirgantaraan, dan baterai pesawat terbang. Salah satu alasan utama adalah bahwa bahan katoda lithium cobalt oxide (LiCoO2, yang merupakan baterai ion lithium yang paling umum) yang digunakan dalam baterai lithium di masa lalu mahal dan sulit untuk diterapkan pada lingkungan khusus seperti tusukan, tabrakan, suhu tinggi dan suhu rendah. Lebih penting lagi, telah dikritik karena gagal memenuhi persyaratan mutlak orang untuk keselamatan. Kolega, baterai lithium cobalt oxide tidak dapat mencapai tujuan pengisian cepat dan sepenuhnya menghindari polusi sekunder, dan harus merancang sirkuit perlindungan untuk mencegah pengisian berlebih atau pemakaian berlebih, jika tidak maka akan menyebabkan ledakan dan bahaya lain, bahkan jika ledakan baterai Sony menyebabkan global Industri merek NB telah banyak berinvestasi dalam daur ulang.
Saat ini, penjualan baterai lithium-ion global dan Cina sebagian besar terkonsentrasi di pasar elektronik konsumen, meskipun pangsa pasarnya menurun. Pada 2012, 72,28% dari 38.176 juta kWh baterai lithium-ion yang dijual di seluruh dunia berada di pasar elektronik konsumen. Di pasar Cina, rasionya adalah 65,40% (total penjualan baterai lithium-ion adalah 66,20 juta kWh). Pada 2012, jumlah total baterai lithium-ion untuk ponsel di dunia adalah 108.600.100 kWh, yang lebih rendah dari 1.094,20 juta kWh pada 2011. Namun, di pasar Cina, jumlah total baterai lithium-ion untuk ponsel meningkat 6,30%. Di Cina, smartphone dengan cepat mengganti ponsel fitur tradisional. Saat ini, sebagian besar ponsel cerdas dilengkapi dengan tabung baterai kurang dari sehari, yang berarti bahwa bahkan jika kepadatan energi baterai lithium-ion berlipat ganda, sulit untuk memenuhi permintaan. Oleh karena itu, untuk beberapa waktu mendatang, pasar daya seluler, tempat pengisian daya elektronik konsumen kapan saja, akan tumbuh dengan cepat. Pada 2012, permintaan global untuk baterai lithium-ion daya mobile 1,23 juta kWh, lebih dari 80% di antaranya dibuat di Cina, di mana pasar Cina telah mengkonsumsi 52,20 juta kWh, yang merupakan kekuatan utama di pasar ini. Pasar PC tablet China juga berkembang pesat dan mantap. Tingkat pertumbuhan tahunan lebih tinggi dari rata-rata global. Peningkatan pesat dalam penjualan tablet PC secara langsung meningkatkan penjualan baterai lithium-ion. Pada 2012, volume penjualan baterai lithium-ion untuk PC tablet di China mencapai 284.900. kWh, meningkat 91,97%.
Baterai lithium-ion yang digunakan dalam pasar penyimpanan industri & energi terutama dibagi menjadi tiga kategori: alat-alat listrik, catu daya stasiun pangkalan bergerak, dan pembangkit tenaga angin. Pada 2012, total permintaan baterai lithium-ion di dunia, pasar industri & penyimpanan energi mengkonsumsi 4,736 juta kWh, terhitung sebesar 12,25%; Pasar Tiongkok mengkonsumsi total baterai lithium-ion 731.500 kWh, proporsinya 15,65%, yang lebih tinggi dari global.