Neue Energietechnologie gilt im 21. Jahrhundert als Hightech. Als wichtiger Teil des neuen Energiefeldes hat sich die Batterieindustrie zu einem neuen Brennpunkt in der globalen wirtschaftlichen Entwicklung entwickelt. Gegenwärtig sind Lithium-Ionen-Batterien als wichtige Energiequelle weit verbreitet. Ob in der elektronischen Kommunikation oder im Transportwesen, sie spielt eine äußerst wichtige Rolle und hat breite Anwendungsperspektiven.
Lithium-Ionen-Akku ist eine Art Sekundärbatterie. Es ist ein neuer Batterietyp, der auf Basis von Lithiumbatterien entwickelt wurde. Es beruht hauptsächlich auf Lithiumionen, die sich zwischen den positiven und negativen Elektroden bewegen, um zu funktionieren. Seit den 70er Jahren wurden verschiedene Lithiumprimärbatterien mit hoher spezifischer Energie, die Lithiummetall als negative Elektrode verwenden, eingeführt und weit verbreitet.
Der Lithium-Ionen-Akku verfügt über eine hohe Betriebsspannung, eine hohe spezifische Energie, eine hohe Kapazität, eine geringe Selbstentladung, einen guten Zyklus, eine lange Lebensdauer, ein geringes Gewicht und eine geringe Größe. Es ist ein Vertreter moderner Hochleistungsbatterien und ist ein tragbares elektronisches Gerät wie Mobiltelefone und Notebooks. Die ideale Stromquelle wird in Zukunft voraussichtlich eine der Hauptstromquellen für Elektrofahrzeuge und schnurlose Elektrowerkzeuge werden.
Die Entwicklungsgeschichte der Lithium-Ionen-Batterieindustrie in China ist nicht lang, aber sie entwickelt sich sehr schnell. Im Jahr 2012 erreichte die Gesamtproduktion von Ionenbatterien in China 4,18 Milliarden. Auf dem internationalen Markt für Lithium-Ionen-Batterien haben sich China, Japan und Südkorea in eine Dreibeinensituation gestellt. Die technologische Entwicklung der chinesischen Lithium-Ionen-Batterieindustrie begann mit der Nachahmung einer ausgereiften Technologie im Ausland. Prozessinnovation ist dabei die wichtigste Errungenschaft der frühen Entwicklung der chinesischen Lithium-Ionen-Batterieindustrie. In den letzten Jahren, mit den zunehmenden Investitionen in technologische Innovationen, hat sich die Lithium-Ionen-Batterieindustrie in Bezug auf technologische Innovationen rasant entwickelt und einen grundlegenden industriellen Wettbewerbswettbewerb gebildet, der in bestimmten Bereichen gewisse technologische Vorteile gesammelt hat.
Forschungsstand und Entwicklungstrend von Lithium-Ionen-Batteriematerialien
Die Hauptstrukturen von Lithiumionenbatterien sind eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, ein Elektrolyt, der Lithiumionen leiten kann, und einen Separator, der die positive und die negative Elektrode trennt. Die elektrochemische Leistung von Lithium-Ionen-Batterien hängt hauptsächlich von der Struktur und den Eigenschaften der verwendeten Elektrodenmaterialien und dielektrischen Materialien ab. Insbesondere die Wahl und Qualität der Elektrodenmaterialien bestimmen direkt die Eigenschaften und den Preis der Lithium-Ionen-Batterie.
Gegenwärtig konzentriert sich die Forschung an Kathodenmaterialien von Lithiumionenbatterien hauptsächlich auf Lithiumkobaltoxid und Lithiumnickelat. Gleichzeitig ist der Aufstieg einiger neuer Kathodenmaterialien (wie etwa Li-Mn-O-Materialien und leitfähige Polymere) auch das Kathodenmaterial für Lithiumionenbatterien. Die Entwicklung hat neue Vitalität geschaffen, und es ist ein wichtiger Forschungsgegenstand auf diesem Gebiet, ein neues System zur Entwicklung von Lithiumionen-Sekundärbatterie-Kathodenmaterialien mit hoher Spannung, hoher spezifischer Kapazität und guter Zyklusleistung zu finden. Gegenwärtig sind die positiven Elektrodenmaterialien von Lithiumionenbatterien noch Übergangsmetalloxide wie LiCoO 2, LiNiO 2, LiMn 2 O 4 und ihre Verbundmaterialien. Von 2005 bis 2010 werden Polymerkathodenmaterialien mit hoher Energiedichte und organische Sulfide und anorganische Sulfide zu Lithiumionenbatterien. Eine neue Generation von Kathodenmaterialien. Die Anodenmaterialien von Lithium-Ionen-Batterien umfassen hauptsächlich Kohlenstoffmaterialien, Lithiummetalllegierungen, Metalloxide, Metallnitride, Nano-Silikone usw. Unter diesen sind Kohlenstoffmaterialien die wichtigsten negativen Elektrodenmaterialien für kommerzielle Anwendungen, Lithiummetalllegierungen und Nano -Silikone sind zu Brennpunkten für Forschung und Entwicklung geworden. . Das Elektrolytmaterial der Lithium-Ionen-Batterie wird hauptsächlich zum Elektrolysieren des Lösungsmittels in wasserfreies organisches Material verwendet, und die meisten von ihnen verwenden gemischte Lösungsmittel wie EC-DMC und PC-DMC. LiPF6 ist das am häufigsten verwendete Leitsalz.
Für Lithium-Ionen-Batteriekathodenmaterialien besitzen Lithiumkobaltoxidkathodenmaterialien auch in Zukunft eine starke Vitalität. In dem derzeitigen kommerziellen Lithium-Ionen-Batteriesystem verlassen sich Lithium-Kobaltoxid-Batterien auf ihre hohe Ladeschutzspannung und Hochspannungsfestkörperdichte. Der Vorteil ist immer noch das bevorzugte Batteriesystem für hochwertige 3C-Batterieprodukte. Das geschichtete LiNixCo1-x-yMnyO2-Kathodenmaterial hat nicht nur eine hohe Energiedichte, sondern auch die Eigenschaften hinsichtlich Materialsicherheit, Zyklenstabilität, Hochtemperaturverhalten und Vorbereitungskosten. Es ist relativ gut. Der Anteil der weltweit eingesetzten Kathodenmaterialien hat von Jahr zu Jahr zugenommen. Es hat nicht nur schrittweise einige Anwendungen von Lithiumkobaltoxid-Materialien abgelöst, sondern auch bei der Verwendung neuer Energie-Fahrzeugbatterien. Es ist eines der vielversprechendsten Kathodenmaterialien der Zukunft. In naher Zukunft wird die Hauptströmungsrichtung von Lithiumionen-Drahtkathodenmaterialien immer noch von Lithiumkobaltoxid und LiNixCo1-x-yMnyO2-Materialien dominiert. Materialien auf Basis von Lithiumeisenphosphat und Spinellmangan haben nicht nur geringere Vorbereitungskosten und Ressourcenvorteile, sondern auch eine hervorragende Sicherheit und Zyklenstabilität. Sie sind die bevorzugten Kathodenmaterialien für Akkumulatoren, insbesondere LiNi0,5Mn1,5O4 / Li4Ti5O12. Die Systembatterie kann eine schnelle Ladung und Entladung erreichen, was in der Zukunft eine der Hauptrichtungen neuer Energie-Fahrzeugbatterien ist. NCA-Kathodenmaterialien mit hoher Energiedichte haben einen Platz in High-End-3C-Produktbatterien und neuen Energie-Fahrzeugbatterien, aber hohe Kosten, raue Batterieherstellungsumgebungen und andere Faktoren begrenzen ihren breiten Anwendungsbereich. Lithiumeisenphosphat-, Kaliummanganat- und NCA-Kathodenmaterialien haben immer eine bestimmte Position in der derzeitigen Kathodenmaterialstruktur eingenommen. Das geschichtete, auf Lithium basierende Material auf Manganbasis ist das industrialisierte Kathodenmaterial der nächsten Generation mit der höchsten Energiedichte und der Markt bietet breite Anwendungsmöglichkeiten. Die Probleme der hohen irreversiblen Kapazität und der schlechten Leistung, die durch die eigenen strukturellen Probleme verursacht werden, müssen jedoch noch von den Forschern gelöst werden. Eingehende Studie.
Seit der Kommerzialisierung von Lithium-Ionen-Batterien in den 1990er Jahren sind Kohlenstoffmaterialien in Lithium-Ionen-Batterien weit verbreitet und werden auch weiterhin die wichtigsten Grundmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien sein. Bei der neuen Kohlenstoffanode wird sich die zukünftige Entwicklung auf Hochleistungs-Graphitanoden und Nichtgraphit-Hochleistungs-Kohlenstoffanoden konzentrieren, um die Anforderungen zukünftiger Energie- und Hochenergiebatterien zu erfüllen. Kohlenstoffleitende Mittel haben einen wichtigen Einfluss auf die Batterieleistung. Die Erforschung neuer leitfähiger Mittel wird sich auf die Entwicklung von hochionischem bis charakteristischem Ruß und leitfähigen Verbundstoffen konzentrieren, die durch Compoundieren neuer Kohlenstoffmaterialien wie Kohlenstoffnanoröhren und Graphen erhalten werden. Aufgrund der speziellen und zweidimensionalen flexiblen Struktur wurden in den letzten Jahren Kohlenstoff-Nanoröhren-Verbundleitmittel auf dem Gebiet der Lithium-Ionen-Batterien in großem Umfang eingesetzt. Es wird erwartet, dass Kohlenstoffnanoröhrchen und Graphen-Verbundelektrodenmaterialien in Lithiumionenbatterien und Lithiumionenbatterien mit hoher Kapazität verbreitet verwendet werden, nachdem sie durch geeignete elektrochemische Leistung verbessert und im Einsatz optimiert wurden.
Marktstatus und Entwicklungstrend der Lithium-Ionen-Batterie
Der Markt für Lithium-Ionen-Batterien kann immer in drei Hauptmärkte unterteilt werden: den Markt für Unterhaltungselektronik, den Elektrofahrzeugmarkt, den Markt für Industrie- und Energiespeicheranwendungen. Ersteres wird im Allgemeinen als der Markt für kleine Lithium-Ionen-Akkus von 3C bezeichnet, und die letzten beiden sind der Markt für Lithium-Ionen-Akkus.
Die Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterieindustrie ist seit mehr als 20 Jahren in der 3C-Industrie konzentriert und wird auf dem Markt für größere Energiespeicher- und Energiespeicherbatterien (die unmittelbar große Ströme erfordern) für reine Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge weniger eingesetzt elektrische Fahrzeuge. Fahrzeuge, mittlere und große USV, Solarenergie, große Energiespeicherbatterien, elektrische Handwerkzeuge, elektrische Motorräder, elektrische Fahrräder, Luftfahrtgeräte und Flugzeugbatterien. Einer der Hauptgründe ist, dass das in der Vergangenheit in Lithiumbatterien verwendete Lithiumkobaltoxidkathodenmaterial (LiCoO2, die häufigste Lithium-Ionen-Batterie) in speziellen Umgebungen wie Punktion, Kollision, hoher Temperatur und hohen Temperaturen eingesetzt werden kann niedrige Temperatur. Noch wichtiger ist, es wurde kritisiert, weil es versäumt wurde, die absoluten Sicherheitsanforderungen der Menschen zu erfüllen. Kolleginnen und Kollegen, Lithium-Kobaltoxid-Batterien können den Zweck des Schnellladens nicht erreichen und sekundäre Umweltverschmutzung vollständig vermeiden. Sie müssen Schutzschaltungen vorsehen, um Überladung oder Überentladung zu verhindern. Andernfalls kann es zu Explosionen und anderen Gefahren kommen, selbst wenn die Explosion von Sony-Batterien die Folge ist global Die Marke NB-Industrie hat stark in das Recycling investiert.
Derzeit konzentrieren sich die weltweiten Verkäufe von Lithium-Ionen-Akkus in China hauptsächlich auf den Markt für Unterhaltungselektronik, obwohl der Marktanteil zurückgeht. Im Jahr 2012 befanden sich 72,28% der weltweit verkauften 38,176 Mio. kWh Lithium-Ionen-Batterien im Markt der Unterhaltungselektronik. Im chinesischen Markt betrug die Quote 65,40% (der Gesamtabsatz von Lithium-Ionen-Batterien betrug 66,20 Mio. kWh). Im Jahr 2012 betrug die Gesamtmenge an Lithium-Ionen-Akkus für Mobiltelefone weltweit 108.600.100 kWh, was niedriger als 1.094,20 Millionen kWh im Jahr 2011 war. Auf dem chinesischen Markt betrug die Gesamtzahl der Lithium-Ionen-Akkus für Mobiltelefone um 6,30% gestiegen. In China ersetzen Smartphones traditionelle Handys schnell. Gegenwärtig sind die meisten Smartphones für weniger als einen Tag mit Batterieschläuchen ausgestattet. Dies bedeutet, dass selbst bei einer Verdoppelung der Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien die Nachfrage nur schwer zu erfüllen ist. Der mobile Strommarkt, auf dem die Unterhaltungselektronik zu jeder Zeit aufgeladen wird, wird daher in absehbarer Zeit stark wachsen. Im Jahr 2012 wurde der weltweite Bedarf an Lithium-Ionen-Akkus mit 1,23 Millionen kWh mobiler Leistung erzielt, von denen mehr als 80% in China hergestellt werden, wovon der chinesische Markt 52,20 Millionen kWh verbraucht, was die führende Kraft in diesem Markt ist. Chinas Tablet-PC-Markt entwickelt sich ebenfalls schnell und stetig. Die jährliche Wachstumsrate liegt über dem globalen Durchschnitt. Der schnelle Anstieg des Verkaufs von Tablet-PCs hat den Absatz von Lithium-Ionen-Batterien direkt gesteigert. Im Jahr 2012 erreichte der Absatz von Lithium-Ionen-Batterien für Tablet-PCs in China 284.900. kWh, ein Plus von 91,97%.
Die auf dem Markt für Industrie- und Energiespeicher verwendete Lithium-Ionen-Batterie ist hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: Elektrowerkzeuge, mobile Basisstation-Netzteile und Windenergieerzeugung. Im Jahr 2012 verbrauchte die Gesamtnachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien in der Welt, dem Industrie- und Energiespeichermarkt 4,736 Millionen kWh, was 12,25% entspricht; Chinas Markt verbrauchte insgesamt 731.500 kWh Lithium-Ionen-Batterien, der Anteil liegt bei 15,65% und ist damit höher als weltweit.