La nueva tecnología energética es reconocida como de alta tecnología en el siglo XXI. Como parte importante del nuevo campo de la energía, la industria de las baterías se ha convertido en un nuevo punto caliente en el desarrollo económico global. En la actualidad, las baterías de iones de litio se han utilizado ampliamente como una fuente de energía importante. Ya sea en el campo de la comunicación electrónica o el transporte, desempeña un papel extremadamente importante y tiene amplias perspectivas de aplicación.
La batería de iones de litio es un tipo de batería secundaria. Es un nuevo tipo de batería desarrollada en base a la batería de litio. Se basa principalmente en los iones de litio que se mueven entre los electrodos positivo y negativo para funcionar. Desde la década de 1970, se han introducido y utilizado ampliamente varias baterías primarias de litio de alta energía específica que utilizan litio metálico como electrodo negativo.
La batería de iones de litio tiene un alto voltaje de operación, alta energía específica, gran capacidad, pequeña autodescarga, buen ciclo, larga vida útil, peso ligero y tamaño pequeño. Es un representante de las baterías modernas de alto rendimiento y es un dispositivo electrónico portátil como teléfonos móviles y computadoras portátiles. Se espera que la fuente de energía ideal se convierta en una de las principales fuentes de energía para vehículos eléctricos y herramientas eléctricas inalámbricas en el futuro.
La historia de desarrollo de la industria de baterías de iones de litio en China no es larga, pero se está desarrollando muy rápido. En 2012, la producción total de baterías de iones en China alcanzó los 4,18 billones. En el mercado internacional de baterías de litio-ion, China, Japón y Corea del Sur han formado una situación de tres patas. El desarrollo tecnológico de la industria de baterías de iones de litio de China comenzó con la imitación de tecnologías extranjeras maduras. En el proceso, la innovación de procesos es el principal logro del desarrollo temprano de la industria china de baterías de iones de litio. En los últimos años, con la creciente inversión en innovación tecnológica, China. La industria de las baterías de iones de litio se ha desarrollado rápidamente en términos de innovación tecnológica, ha formado una competitividad básica de la industria y ha acumulado ciertas ventajas tecnológicas en ciertos campos.
Estado de la investigación y tendencia de desarrollo de los materiales de las baterías de ión litio
Las estructuras principales de las baterías de iones de litio son un electrodo positivo, un electrodo negativo, un electrolito capaz de conducir iones de litio y un separador que separa los electrodos positivo y negativo. El rendimiento electroquímico de las baterías de iones de litio depende principalmente de la estructura y las propiedades de los materiales de los electrodos y los materiales dieléctricos utilizados. En particular, la elección y la calidad de los materiales de los electrodos determinan directamente las características y el precio de la batería de iones de litio.
En la actualidad, la investigación sobre materiales de cátodos de baterías de ión litio se centra principalmente en el óxido de cobalto de litio y el níquelito de litio. Al mismo tiempo, el aumento de algunos nuevos materiales de cátodo (como los materiales de Li-Mn-O y los polímeros conductores) también es el material de cátodo para las baterías de iones de litio. El desarrollo ha inyectado nueva vitalidad, y es un importante contenido de investigación en este campo encontrar un nuevo sistema para desarrollar materiales de cátodos de baterías secundarias de ión litio con alto voltaje, alta capacidad específica y buen rendimiento de ciclo. En la actualidad, los materiales de los electrodos positivos de las baterías de iones de litio son todavía óxidos de metales de transición como el LiCoO2, el LiNiO2, el LiMn2O4 y sus materiales compuestos. De 2005 a 2010, los materiales de cátodos polímeros de alta densidad energética y los sulfuros orgánicos y los sulfuros inorgánicos se convierten en baterías de ión litio. Una nueva generación de materiales catódicos. Los materiales de ánodo de las baterías de iones de litio incluyen principalmente materiales de carbono, aleaciones de metal litio, óxidos metálicos, nitruros metálicos, nano-siliconas, etc. Entre ellos, los materiales de carbono son los principales materiales de electrodos negativos para aplicaciones comerciales, y aleaciones de litio-metal y nano Las siliconas se han convertido en puntos calientes para la investigación y el desarrollo. . El material electrolítico de la batería de iones de litio se usa principalmente para electrolizar su solvente en materia orgánica anhidra, y la mayoría de ellos usan solventes mixtos como EC-DMC y PC-DMC. LiPF6 es la sal conductora más utilizada.
Para los materiales del cátodo de la batería de iones de litio, los materiales del cátodo de óxido de cobalto y litio aún tienen una gran vitalidad en el futuro. En el actual sistema comercial de baterías de iones de litio, las baterías de óxido de litio y cobalto se basan en su alto voltaje de corte de carga y su densidad sólida de alto voltaje. La ventaja sigue siendo el sistema de batería preferido para productos de batería 3C de gama alta; mientras que el material del cátodo LiNixCo1 – x – yMnyO2 en capas no solo tiene una alta densidad de energía, sino que también tiene las propiedades de seguridad del material, estabilidad del ciclo, rendimiento a alta temperatura y costo de preparación. Es relativamente excelente. La proporción de materiales catódicos utilizados en el mundo ha aumentado año tras año. No solo ha reemplazado gradualmente algunas aplicaciones de los materiales de óxido de litio y cobalto, sino que también ha surgido en la aplicación de nuevas baterías de energía para vehículos de energía. Es uno de los materiales de cátodo más prometedores en el futuro. En un futuro próximo, la dirección principal de los materiales del cátodo de los cables de iones de litio aún está dominada por los materiales de óxido de cobalto de litio y LiNixCo1 – x – yMnyO2. El fosfato de hierro y litio y los materiales a base de manganeso de espinela no solo tienen menores costos de preparación y ventajas de recursos, sino que también tienen una excelente seguridad y estabilidad durante el ciclo. Son los materiales de cátodo preferidos para baterías eléctricas, especialmente LiNi0.5Mn1.5O4 / Li4Ti5O12. La batería de alimentación del sistema puede lograr una carga y descarga rápidas, que es una de las direcciones principales de las nuevas baterías de energía para vehículos de energía en el futuro. Los materiales del cátodo NCA de alta densidad de energía tienen su lugar en las baterías de productos 3C de gama alta y las baterías nuevas de energía para vehículos de energía, pero el entorno de fabricación de baterías de alto costo y alto costo y otros factores limitan su amplia gama de aplicaciones. El fosfato de hierro y litio, el manganato de potasio y los materiales del cátodo NCA siempre han ocupado una cierta posición en la estructura actual del material del cátodo. El material a base de manganeso rico en litio en capas es el material de cátodo industrializado de próxima generación con la mayor densidad de energía, y el mercado tiene amplias perspectivas de aplicación. Sin embargo, los investigadores aún deben llevar a cabo los problemas de alta capacidad irreversible y desempeño de baja tasa causados por sus propios problemas estructurales. Estudio en profundidad.
Desde la comercialización de las baterías de iones de litio en la década de 1990, los materiales de carbono se han utilizado ampliamente en las baterías de iones de litio y seguirán siendo los materiales base clave para las baterías de iones de litio. En el nuevo ánodo de carbono, el desarrollo futuro se centrará en los ánodos de grafito de alta potencia y los ánodos de carbono de alta capacidad sin grafito para satisfacer las necesidades de futuras baterías de energía y de alta energía. Los agentes conductores de carbono tienen un impacto importante en el rendimiento de la batería. La investigación de nuevos agentes conductores se centrará en el desarrollo del negro de carbono con características iónicas altas y agentes conductores compuestos obtenidos mediante la combinación de nuevos materiales de carbono, como los nanotubos de carbono y el grafeno. Debido a la estructura flexible especial y bidimensional, los agentes conductores compuestos de nanotubos de carbono se han utilizado ampliamente en el campo de las baterías de ión litio en los últimos años. Se espera que los materiales de los electrodos compuestos de grafeno y nanotubos de carbono se utilicen ampliamente en las baterías de ión de litio de alta capacidad y las baterías de ión de litio después de haber sido mejoradas por un rendimiento electroquímico apropiado y optimizado para su uso.
Estado del mercado de baterías de iones de litio y tendencia de desarrollo
El mercado de baterías de iones de litio siempre se puede dividir en tres mercados principales: el mercado de electrónica de consumo, el mercado de vehículos eléctricos, el mercado de aplicaciones industriales y de almacenamiento de energía. La primera se conoce generalmente como el mercado de baterías pequeñas de iones de litio 3C, y las dos últimas son el mercado de las baterías de iones de litio.
El desarrollo de la industria de baterías de iones de litio se ha concentrado en la industria de 3C durante más de 20 años, y se usa menos en el mercado para baterías de energía y almacenamiento de energía más grandes (que requieren grandes corrientes instantáneamente), que cubre vehículos eléctricos puros e híbridos. vehículos eléctricos. Vehículos, UPS medianos y grandes, energía solar, baterías de almacenamiento de energía grandes, herramientas manuales eléctricas, motocicletas eléctricas, bicicletas eléctricas, equipo aeroespacial y baterías de aviones. Una de las razones principales es que el material del cátodo de óxido de cobalto y litio (LiCoO2, que es la batería de ión litio más común) que se usaba en las baterías de litio en el pasado es costoso y difícil de aplicar a entornos especiales como pinchazos, colisiones, altas temperaturas y baja temperatura. Más importante aún, ha sido criticado por no cumplir con los requisitos absolutos de seguridad de las personas. Compañeros, las baterías de óxido de litio y cobalto no pueden lograr el propósito de una carga rápida y evitar completamente la contaminación secundaria, y deben diseñar circuitos de protección para evitar la sobrecarga o la descarga excesiva, de lo contrario causará una explosión y otros peligros, incluso si la explosión de la batería de Sony causa global La marca NB industria ha invertido fuertemente en reciclaje.
Actualmente, las ventas de baterías de iones de litio en el mundo y en China se concentran principalmente en el mercado de la electrónica de consumo, aunque su participación en el mercado está disminuyendo. En 2012, el 72.28% de los 38.176 millones de kWh de las baterías de iones de litio vendidas en todo el mundo se encontraban en el mercado de electrónica de consumo. En el mercado chino, la relación fue de 65.40% (las ventas totales de baterías de iones de litio fueron de 66.20 millones de kWh). En 2012, la cantidad total de baterías de iones de litio para teléfonos móviles en el mundo fue de 108,600,100 kWh, que fue inferior a los 1,094.20 millones de kWh en 2011. Sin embargo, en el mercado chino, el número total de baterías de iones de litio para teléfonos móviles Incrementado en un 6.30%. En China, los teléfonos inteligentes están reemplazando rápidamente a los teléfonos tradicionales. En la actualidad, la mayoría de los teléfonos inteligentes están equipados con tubos de batería por menos de un día, lo que significa que incluso si la densidad de energía de las baterías de iones de litio se duplica, es difícil satisfacer la demanda. Por lo tanto, durante algún tiempo, el mercado de energía móvil, donde los productos electrónicos de consumo se están cargando en cualquier momento, crecerá rápidamente. En 2012, la demanda mundial de 1,23 millones de kWh de baterías de iones de litio de energía móvil, más del 80% de las cuales se fabrican en China, de las cuales el mercado chino ha consumido 52,20 millones de kWh, que es la fuerza líder en este mercado. El mercado de tablet PC de China también se está desarrollando de manera rápida y constante. La tasa de crecimiento anual es superior a la media mundial. El rápido aumento en las ventas de tablet PC ha impulsado directamente las ventas de baterías de iones de litio. En 2012, el volumen de ventas de baterías de iones de litio para tablet PC en China alcanzó los 284.900. kWh, un incremento del 91,97%.
La batería de iones de litio utilizada en el mercado de almacenamiento industrial y de energía se divide principalmente en tres categorías: herramientas eléctricas, fuentes de alimentación de estaciones base móviles y generación de energía eólica. En 2012, la demanda total de baterías de iones de litio en el mundo, el mercado industrial y de almacenamiento de energía consumió 4.736 millones de kWh, lo que representa un 12,25%; El mercado de China consumió un total de 731,500 kWh de baterías de iones de litio, la proporción es de 15.65%, que es más alta que la global.