Công nghệ năng lượng mới được công nhận là công nghệ cao trong thế kỷ 21. Là một phần quan trọng của lĩnh vực năng lượng mới, ngành công nghiệp pin đã trở thành một điểm nóng mới trong sự phát triển kinh tế toàn cầu. Hiện nay, pin lithium-ion đã được sử dụng rộng rãi như một nguồn năng lượng quan trọng. Cho dù trong lĩnh vực truyền thông điện tử hay vận tải, cô đóng vai trò cực kỳ quan trọng và có triển vọng ứng dụng rộng rãi.
Pin lithium-ion là một loại pin thứ cấp. Nó là một loại pin mới được phát triển trên cơ sở pin lithium. Nó chủ yếu dựa vào các ion lithium di chuyển giữa các điện cực dương và âm để hoạt động. Từ những năm 1970, nhiều loại pin tiểu lithium năng lượng đặc biệt cao khác nhau sử dụng kim loại lithium làm điện cực âm đã được giới thiệu và sử dụng rộng rãi.
Pin lithium-ion có điện áp hoạt động cao, năng lượng riêng cao, dung lượng lớn, tự xả nhỏ, chu kỳ tốt, tuổi thọ dài, trọng lượng nhẹ và kích thước nhỏ. Nó là một đại diện của pin hiệu suất cao hiện đại và là một thiết bị điện tử cầm tay như điện thoại di động và máy tính xách tay. Nguồn năng lượng lý tưởng dự kiến sẽ trở thành một trong những nguồn năng lượng chính cho xe điện và dụng cụ điện không dây trong tương lai.
Lịch sử phát triển của ngành công nghiệp pin lithium-ion ở Trung Quốc không dài, nhưng nó đang phát triển rất nhanh. Năm 2012, tổng sản lượng pin ion tại Trung Quốc đạt 4,18 tỷ đồng. Trong thị trường pin lithium-ion quốc tế, Trung Quốc, Nhật Bản và Hàn Quốc đã hình thành một tình huống ba chân. Sự phát triển công nghệ của ngành công nghiệp pin lithium-ion của Trung Quốc bắt đầu bằng việc bắt chước công nghệ trưởng thành của nước ngoài. Trong quá trình này, đổi mới quy trình là thành tựu chính của sự phát triển ban đầu của ngành công nghiệp pin lithium-ion của Trung Quốc. Trong những năm gần đây, với sự đầu tư ngày càng nhiều vào đổi mới công nghệ, Trung Quốc Ngành công nghiệp pin lithium-ion đã phát triển nhanh chóng về đổi mới công nghệ, và đã hình thành một năng lực cạnh tranh cốt lõi công nghiệp cơ bản, và đã tích lũy được một số lợi thế công nghệ trong một số lĩnh vực nhất định.
Tình trạng nghiên cứu và xu hướng phát triển của vật liệu pin lithium Ion
Cấu trúc chính của pin lithium ion là điện cực dương, điện cực âm, chất điện phân có khả năng dẫn ion lithium và dải phân cách giữa các điện cực dương và âm. Hiệu suất điện hóa của pin lithium-ion phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc và tính chất của vật liệu điện cực và vật liệu điện môi được sử dụng. Cụ thể, sự lựa chọn và chất lượng của vật liệu điện cực quyết định trực tiếp đến đặc tính và giá của pin lithium-ion.
Hiện nay, nghiên cứu về vật liệu catốt của pin lithium ion chủ yếu tập trung vào oxit lithium coban và lithium niken. Đồng thời, sự gia tăng của một số vật liệu catốt mới (như vật liệu Li-Mn-O và polyme dẫn điện) cũng là vật liệu catốt cho pin lithium ion. Sự phát triển đã tạo ra sức sống mới, và đây là một nội dung nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực này để tìm ra một hệ thống mới để phát triển vật liệu catốt pin thứ cấp lithium ion với điện áp cao, công suất riêng cao và hiệu suất chu kỳ tốt. Hiện tại, các vật liệu điện cực dương của pin lithium ion vẫn là các oxit kim loại chuyển tiếp như LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 và các vật liệu tổng hợp của chúng. Từ năm 2005 đến 2010, vật liệu catốt polymer mật độ năng lượng cao và sunfua hữu cơ và sunfua vô cơ trở thành pin lithium ion. Một thế hệ mới của vật liệu catốt. Vật liệu cực dương của pin lithium-ion chủ yếu bao gồm vật liệu carbon, hợp kim kim loại lithium, oxit kim loại, nitrua kim loại, nano-silicones, v.v. Trong số đó, vật liệu carbon là vật liệu điện cực âm chính cho các ứng dụng thương mại, và hợp kim kim loại lithium và nano -silicones đã trở thành điểm nóng cho nghiên cứu và phát triển. . Vật liệu điện phân của pin lithium ion chủ yếu được sử dụng để điện phân dung môi của nó thành chất hữu cơ khan và hầu hết chúng sử dụng các dung môi hỗn hợp như EC-DMC và PC-DMC. LiPF6 là muối dẫn điện được sử dụng phổ biến nhất.
Đối với vật liệu catốt pin lithium-ion, vật liệu catốt oxit lithium coban vẫn có sức sống mạnh mẽ trong tương lai. Trong hệ thống pin lithium-ion thương mại hiện nay, pin lithium cobalt oxide dựa vào điện áp cắt điện áp cao và mật độ rắn điện áp cao. Ưu điểm vẫn là hệ thống pin được ưa chuộng cho các sản phẩm pin 3C cao cấp; trong khi vật liệu catốt LiNixCo111 x x yMnyO2 phân lớp không chỉ có mật độ năng lượng cao mà còn có các đặc tính an toàn vật liệu, ổn định chu kỳ, hiệu suất nhiệt độ cao và chi phí chuẩn bị. Nó là tương đối xuất sắc. Tỷ lệ vật liệu catốt được sử dụng trên thế giới đã tăng lên hàng năm. Nó không chỉ thay thế dần một số ứng dụng của vật liệu oxit lithium coban, mà còn xuất hiện trong ứng dụng pin năng lượng xe mới. Đây là một trong những vật liệu catốt hứa hẹn nhất trong tương lai. Trong tương lai gần, hướng chủ đạo của vật liệu catốt dây lithium ion vẫn bị chi phối bởi oxit lithium coban và vật liệu LiNixCo1, xiêu yMnyO2. Các vật liệu gốc sắt mang photphat và spinel mangan không chỉ có lợi thế về chi phí và nguồn lực thấp hơn mà còn có độ an toàn tuyệt vời và ổn định chu kỳ. Chúng là vật liệu catốt được ưa thích cho pin điện, đặc biệt là LiNi0.5Mn1.5O4 / Li4Ti5O12. Pin năng lượng hệ thống có thể đạt được tốc độ sạc và xả nhanh, đây là một trong những hướng chính của pin năng lượng xe năng lượng mới trong tương lai. Vật liệu catốt NCA mật độ năng lượng cao có một vị trí trong pin sản phẩm cao cấp 3C và pin năng lượng xe năng lượng mới, nhưng chi phí cao, môi trường sản xuất pin khắc nghiệt và các yếu tố khác hạn chế phạm vi ứng dụng rộng rãi của nó. Các vật liệu catốt sắt, kali manganate và NCA luôn chiếm một vị trí nhất định trong cấu trúc vật liệu catốt hiện tại. Vật liệu dựa trên mangan giàu lithium là vật liệu catốt công nghiệp thế hệ tiếp theo với mật độ năng lượng cao nhất, và thị trường có triển vọng ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên, các vấn đề về năng lực không thể đảo ngược cao và hiệu suất tốc độ kém gây ra bởi các vấn đề cấu trúc của chính nó vẫn cần được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu. Nghiên cứu sâu.
Kể từ khi thương mại hóa pin lithium-ion vào những năm 1990, vật liệu carbon đã được sử dụng rộng rãi trong pin lithium-ion và sẽ tiếp tục là vật liệu cơ bản chính cho pin lithium-ion. Trong cực dương carbon mới, sự phát triển trong tương lai sẽ tập trung vào cực dương than chì công suất cao và cực dương carbon công suất cao không than chì để đáp ứng nhu cầu năng lượng cao và pin năng lượng cao trong tương lai. Các chất dẫn điện carbon có tác động quan trọng đến hiệu suất của pin. Nghiên cứu về các chất dẫn điện mới sẽ tập trung vào sự phát triển của các chất dẫn điện từ carbon và composite màu đen đặc trưng thu được bằng cách kết hợp các vật liệu carbon mới như ống nano carbon và graphene. Do cấu trúc linh hoạt đặc biệt và hai chiều, các chất dẫn điện hỗn hợp ống nano carbon đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực pin lithium ion trong những năm gần đây. Các ống nano carbon và vật liệu điện cực hỗn hợp graphene dự kiến sẽ được sử dụng rộng rãi trong pin lithium-ion dung lượng cao và pin năng lượng lithium-ion sau khi được cải thiện nhờ hiệu suất điện hóa phù hợp và được tối ưu hóa trong sử dụng.
Tình trạng thị trường pin lithium-ion và xu hướng phát triển
Thị trường pin lithium-ion luôn có thể được chia thành ba thị trường chính: thị trường điện tử tiêu dùng, thị trường xe điện, thị trường ứng dụng lưu trữ năng lượng và công nghiệp. Cái trước thường được gọi là thị trường pin lithium-ion nhỏ 3C, và hai cái sau là thị trường pin lithium-ion năng lượng.
Sự phát triển của ngành công nghiệp pin lithium-ion đã tập trung trong ngành công nghiệp 3C trong hơn 20 năm và nó ít được sử dụng trên thị trường để lưu trữ năng lượng và pin năng lượng lớn hơn (yêu cầu tức thời dòng điện lớn), bao gồm các loại xe điện thuần túy và hybrid xe điện. Xe, UPS trung bình và lớn, năng lượng mặt trời, pin lưu trữ năng lượng lớn, dụng cụ cầm tay điện, xe máy điện, xe đạp điện, thiết bị hàng không vũ trụ và pin máy bay. Một trong những lý do chính là vật liệu catốt oxit lithium coban (LiCoO2, loại pin lithium ion phổ biến nhất) được sử dụng trong pin lithium trước đây rất tốn kém và khó áp dụng cho các môi trường đặc biệt như thủng, va chạm, nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp. Quan trọng hơn, nó đã bị chỉ trích vì không đáp ứng các yêu cầu tuyệt đối của mọi người về an toàn. Đồng nghiệp, pin lithium cobalt oxide không thể đạt được mục đích sạc nhanh và tránh hoàn toàn ô nhiễm thứ cấp, và phải thiết kế các mạch bảo vệ để tránh sạc quá mức hoặc xả quá mức, nếu không sẽ gây nổ và các nguy hiểm khác, ngay cả khi vụ nổ của pin Sony gây ra toàn cầu Ngành công nghiệp thương hiệu NB đã đầu tư rất nhiều vào tái chế.
Hiện nay, doanh số pin lithium-ion toàn cầu và Trung Quốc chủ yếu tập trung vào thị trường điện tử tiêu dùng, mặc dù thị phần của nó đang giảm. Trong năm 2012, 72,28% trong số 38,176 triệu pin lithium-ion được bán trên toàn thế giới là trên thị trường điện tử tiêu dùng. Tại thị trường Trung Quốc, tỷ lệ này là 65,40% (tổng doanh số của pin lithium-ion là 66,20 triệu Kwh). Năm 2012, tổng lượng pin lithium-ion cho điện thoại di động trên thế giới là 108.600.100 kWh, thấp hơn mức 1.094,20 triệu kWh trong năm 2011. Tuy nhiên, tại thị trường Trung Quốc, tổng số pin lithium-ion cho điện thoại di động tăng 6,30%. Tại Trung Quốc, điện thoại thông minh đang nhanh chóng thay thế điện thoại tính năng truyền thống. Hiện tại, hầu hết các điện thoại thông minh đều được trang bị các ống pin dưới một ngày, điều đó có nghĩa là ngay cả khi mật độ năng lượng của pin lithium-ion tăng gấp đôi, rất khó để đáp ứng nhu cầu. Do đó, trong một thời gian tới, Thị trường năng lượng di động, nơi điện tử tiêu dùng đang sạc bất cứ lúc nào, sẽ phát triển nhanh chóng. Năm 2012, nhu cầu toàn cầu về pin lithium-ion năng lượng di động 1,23 triệu kWh, hơn 80% trong số đó được sản xuất tại Trung Quốc, trong đó thị trường Trung Quốc đã tiêu thụ 52,20 triệu kWh, là lực lượng hàng đầu tại thị trường này. Thị trường máy tính bảng của Trung Quốc cũng đang phát triển nhanh chóng và ổn định. Tốc độ tăng trưởng hàng năm cao hơn mức trung bình toàn cầu. Doanh số máy tính bảng tăng nhanh đã trực tiếp thúc đẩy doanh số của pin lithium-ion. Vào năm 2012, doanh số bán pin lithium-ion cho máy tính bảng ở Trung Quốc đạt 284.900. kWh, tăng 91,97%.
Pin lithium-ion được sử dụng trong thị trường lưu trữ năng lượng & công nghiệp chủ yếu được chia thành ba loại: công cụ điện, nguồn điện trạm gốc di động và sản xuất điện gió. Năm 2012, tổng nhu cầu về pin lithium-ion trên thế giới, thị trường lưu trữ năng lượng & công nghiệp tiêu thụ 4,736 triệu Kwh, chiếm 12,25%; Thị trường Trung Quốc tiêu thụ tổng cộng 731.500 kWh pin lithium-ion, tỷ lệ này là 15,65%, cao hơn so với toàn cầu.