Какая классификация лит?
иумные батареи?
Литиевые батареи в основном делятся на три категории
в соответствии со сценариями применения
, которые также являются тремя основными разделами этой статьи:
потребительские батареи
,
батареи питания
, и
аккумуляторные батареи
.
I. Потребительские батареи
В основном используется в продуктах 3C, таких как мобильные телефоны, ноутбуки и планшеты, подчеркивая портативность, высокую плотность энергии и возможности быстрой зарядки.
1. Классификация: Вторичные литиевые батареи являются основными продуктами современных потребительских батарей.
-
Первичные батареи: цинк-марганцевые батареи, щелочные цинк-марганцевые батареи, литиевые первичные батареи (литий-диоксид марганца; литий-тионилхлорид; литий-дисульфид железа).
-
Вторичные батареи: свинцово-кислотные батареи, никель-хромовые батареи, никель-металлгидридные батареи, литий-ионные батареи.
2. Три типа упаковки потребительских аккумуляторов
В настоящее время в потребительских литиевых батареях в основном используются полимерные литий-ионные батареи.
|
Проект
|
Призматическая батарея
|
Цилиндрическая батарея
|
Полимерный аккумулятор
|
|
Чехол для батареи
|
Корпус из стали или алюминия
|
Корпус из стали или алюминия
|
Алюминиево-пластиковая пленка
|
|
Преимущества
|
Низкое внутреннее сопротивление аккумулятора; Простой процесс сборки; Большая ёмкость элемента
|
Отлаженный производственный процесс, высокая производительность и стабильность; высокая безопасность; широкие области применения; высокая плотность энергии в ячейках
|
Тонкий, легкий, низкое внутреннее сопротивление; высокая плотность энергии в блоке; отличные показатели безопасности, низкий риск взрыва; гибкая конструкция, адаптируемая к любой форме.
|
|
Недостатки
|
Низкая согласованность, низкая стандартизация; высокие требования к контролю безопасности
|
Высокая стоимость блока; Высокие требования к аккумулятору; Высокие требования к подключению и управлению аккумулятором.
|
Низкая механическая прочность; Высокая стоимость производства.
|
|
Области применения
|
Легковые автомобили, коммерческие автомобили, накопители энергии
|
Легковые автомобили, электроинструменты, электровелосипеды, логистические автомобили, умные дома, системы хранения энергии
|
3C Digital Products, Легковые автомобили, Системы хранения энергии
|
3. Другие формы
-
литиевые батарейки таблеточного типа
Батарейки-таблетки делятся на батарейки с жёстким корпусом и батарейки с мягким корпусом. Внутренние полюсные наконечники батареек с жёстким корпусом ламинируются и упаковываются в стальной или алюминиевый корпус; батарейки с мягким корпусом ламинируются и упаковываются в алюминиево-пластиковую плёнку; батарейки-таблетки в основном используются в Bluetooth-гарнитурах, наушниках для сна и носимых устройствах.
-
Литиевые батареи специальной формы
С увеличением размера экранов смартфонов и стремлением к лёгкости и тонкости производители мобильных телефонов используют двухэлементные аккумуляторы и аккумуляторы особой формы, чтобы максимально эффективно использовать внутреннее пространство корпуса. Например, в iPhone XS Max используется двухэлементная конструкция, а в iPhone 11Pro/13Pro — аккумулятор специальной L-образной формы. Распространение умных браслетов и колец также предъявляет новые требования к форме аккумуляторов, например, использование изогнутых аккумуляторов в умных браслетах.
4. Дальнейшее применение потребительских литиевых аккумуляторов
(1) Ноутбуки
Смартфоны, планшеты и другие устройства оказали влияние на продажи ноутбуков, но спрос на новые и замену уже существующим устройствам сохраняется. Поскольку требования к портативности ноутбуков постоянно растут, литиевые аккумуляторы развиваются в сторону уменьшения веса и толщины.
(2) Планшетные компьютеры
Планшетные компьютеры занимают промежуточное положение между компьютерами и смартфонами. Благодаря своей портативности, простоте управления и привлекательному внешнему виду, рынок развивается стабильно.
(3) Смартфоны
Рынок смартфонов достиг зрелости, цикл замены удлинён, и рынок относительно насыщен. Инфляция на развивающихся рынках, таких как Азиатско-Тихоокеанский регион, Ближний Восток, Африка и Латинская Америка, замедлилась, что в определённой степени стимулировало рост поставок мобильных телефонов.
(4) Мобильные телефоны с искусственным интеллектом
Intel, Qualcomm, Lenovo, Xiaomi и другие компании в основном разрабатывают мобильные телефоны и ПК с искусственным интеллектом. Конечный ИИ может открыть новую эру. Например, в первой половине 2024 года были выпущены Samsung Galaxy S24, Meizu 21 Pro, Xiaomi 14 Ultra, OPPO FindX7 и другие мобильные телефоны с большими моделями генеративного ИИ.
(5) Носимые устройства
Умные часы, Bluetooth-гарнитуры, умные очки и т. д. — носимые устройства имеют большой потенциал роста в качестве входа в Интернет вещей.
(6) Рынок электроинструментов
Машиностроение, отделка зданий, ландшафтный дизайн и т. д., а в будущем найдут применение в умных домах, портативных накопителях энергии, реагировании на чрезвычайные ситуации и других областях.
(7) Электрические двухколесные транспортные средства
Рост поставок замедлился. Китай является крупнейшим экспортёром электротранспорта, и экспорт продолжает расти.
Северная Америка, Европа и Юго-Восточная Азия являются основными направлениями экспорта электромобилей из Китая. Китайские электромобили освобождены от пошлин при экспорте в США. В 2023 году объём продаж электромобилей из Китая в США достиг 4,564 млн единиц, что составляет более 30% от общего объёма экспорта. Многие страны Юго-Восточной Азии ввели политику перехода с нефти на электроэнергию, чтобы стимулировать иностранные бренды строить заводы в своих регионах.
(8) БПЛА
Беспилотные летательные аппараты широко используются в аэрофотосъемке, фотографии, сельском хозяйстве, геодезии и картографии, метеорологии, связи, общественной безопасности и других областях.
Обладая более чем 15-летним опытом работы в отрасли литиевых аккумуляторов, компания ACEY может похвастаться мощными возможностями в области НИОКР и обширным производственным опытом, что позволяет ей поставлять высокопроизводительные и безопасные аккумуляторы.
комплексные решения для сборки аккумуляторных батарей
в таких приложениях, как ноутбуки, мобильные телефоны, электрические двухколесные транспортные средства, беспилотники и т. д.
II. Аккумуляторные батареи
Используемые в таких транспортных средствах, как электромобили, они должны отвечать требованиям высокой выходной мощности и большого запаса хода, а также долговечности и безопасности.
1. Классификация
Аккумуляторы можно разделить на тернарные и литий-железо-фосфатные, в зависимости от материала положительного электрода; по форме и способу упаковки их можно разделить на призматические, полимерные и цилиндрические. Тернарные аккумуляторы относятся к литий-никелево-кобальт-марганцевому оксиду (NCM) или литий-никелево-кобальт-алюминиевому оксиду (NCA); основное различие между мягкой конструкцией, квадратной и цилиндрической конструкцией заключается в форме корпуса и процессе производства.
2. История развития аккумуляторных батарей
На ранних этапах развития отрасли, когда плотность энергии была ключевым фактором, тройные катоды доминировали благодаря более высокой плотности энергии по сравнению с литий-железными аккумуляторами и большему запасу хода. В то же время тройные материалы также демонстрировали тенденцию к повышению содержания никеля. Технология упаковки аккумуляторов в мягкой упаковке быстро завоевала долю рынка благодаря высокой плотности энергии и превосходной безопасности.
На промежуточных этапах развития отрасли литий-железо-фосфат (LiFePO4) стал основным материалом благодаря своей высокой безопасности и низкой стоимости. Благодаря технологиям CTP и бесмодульной технологии эффективность сборки аккумуляторов значительно возросла, что увеличило дальность работы LiFePO4-аккумуляторов. Кроме того, лезвийные аккумуляторы повышают эффективность использования пространства и безопасности, снижая стоимость аккумуляторов. Бесмодульные конструкции (CTP и CTC) также повышают эффективность сборки аккумуляторов.
В настоящее время отрасль вступила в зрелую стадию, характеризующуюся все более разнообразными технологическими путями и новой тенденцией к быстрой зарядке высокого напряжения. Аккумуляторы, как правило, соответствуют требованию запаса хода в 600 км, при этом особое внимание уделяется повышению эффективности и безопасности зарядки. В это время LiFePO4 привлек внимание благодаря своей высокой плотности энергии и превосходной безопасности. Полутвердые аккумуляторы и композитные токосъемники, среди других материалов, способных повысить производительность аккумулятора, также получили распространение. В то же время кремний-углеродный отрицательный электрод, изготовленный из нанокремния, обладает хорошими характеристиками быстрой зарядки и высокой плотностью энергии. С точки зрения технологии компоновки, усовершенствования технологий CTC и CTB увеличивают пространство по оси Z в автомобиле, повышают долговечность и снижают затраты.
3. Отраслевая цепочка
(1) Катодные материалы
Тройной и литий-железофосфатный являются двумя основными
катодные материалы
для аккумуляторов. Тройные аккумуляторы можно разделить на NCM никель-кобальт-марганец и NCA никель-кобальт-алюминий.
Благодаря высокому процветанию рынка вторичной переработки и тому факту, что литий-железо-фосфат превосходит тройные батареи по плотности энергии и быстроте зарядки, его безопасность и ценовые преимущества стали очевидными, что делает его основным материалом для положительных электродов.
Одним из способов улучшения характеристик материалов положительного электрода на основе литий-железо-фосфата является увеличение плотности прессования, которая определяется массой активного материала, содержащегося в единичном электроде при определённом давлении. Это напрямую влияет на удельную ёмкость электрода, эффективность заряда и разряда, внутреннее сопротивление и циклическую производительность аккумулятора. Для быстрозаряжающихся аккумуляторов необходимо уменьшить толщину электрода для снижения внутреннего сопротивления и повышения скорости зарядки, в то время как увеличение плотности прессования позволяет сохранить или даже увеличить плотность энергии при меньшей толщине электрода.
Ожидается, что объем отгрузки тройных положительных электродов в 2024 году достигнет 750 тыс. тонн.
Рынок материалов для тройных положительных электродов фрагментирован, и конкуренция между производителями очень высока. В 2023 году доля CR3 составила всего 41%. Производственные мощности тройных положительных электродов постепенно освобождаются, а концентрация производства продолжает расти.
(2)
Анодные материалы
Изделия из анодных материалов делятся на две категории: углеродные материалы и неуглеродные материалы. К углеродным материалам относятся графитовые материалы, такие как природный и искусственный графит. Слоистая структура графитовых отрицательных электродов способствует внедрению и деинсерции ионов лития. К неуглеродным материалам относятся материалы на основе кремния, титанат лития, материалы на основе олова, нитриды и т. д. Материалы на основе кремния считаются технологическим направлением следующего поколения благодаря их высокой теоретической удельной емкости (4200 мАч/г), что значительно превышает фактическую емкость графита 360 мАч/г. В то же время, материалы на основе кремния богаты природными ресурсами, имеют низкую стоимость и экологически безопасны.
(3)
Электролит аккумулятора
Электролит состоит из литиевой соли, растворителя и добавок. В зависимости от массового соотношения литиевая соль составляет около 10–15% электролита, органический растворитель – 80%, а добавки – 5–10%. В настоящее время основным растворителем является гексафторфосфат лития (LiPF6). Различные соотношения добавок, таких как пленкообразующие добавки, добавки для защиты от перезаряда, высоко- и низкотемпературные добавки, огнезащитные добавки и добавки, регулирующие скорость разряда, существенно влияют на эксплуатационные характеристики электролита.
(4)
Разделитель
Сепаратор — важнейший компонент литиевых аккумуляторов и ключевой материал, создающий наибольшие технические барьеры в производственной цепочке. Его основные функции — изолировать положительные и отрицательные электроды друг от друга для предотвращения коротких замыканий и обеспечить путь для миграции ионов лития во время зарядки и разрядки. Сепаратор существенно влияет на сопротивление, ёмкость и срок службы аккумулятора, в конечном итоге определяя его безопасность.
Основными сепараторами являются полиолефиновые сепараторы, в первую очередь, полипропилен, полиэтилен и композиты полипропилен-полиэтилен.
Сепараторы с мокрым покрытием – будущее развития сепараторов. Сепараторы с мокрым покрытием дороже, чем сепараторы с сухим покрытием, но обладают улучшенной пористостью и воздухопроницаемостью, что позволяет создавать более тонкие и лёгкие сепараторы. Технология нанесения покрытия может повысить стойкость к проколам и безопасность сепараторов с мокрым покрытием. В качестве материалов покрытия используются различные материалы, включая керамику, ПВДФ и арамид.
4. Направление развития будущих технологий
(1) Твердотельная батарея
Относится к использованию твёрдых электролитов для замены электролита и диафрагмы традиционных литиевых аккумуляторов с целью обеспечения передачи ионов и накопления заряда. В зависимости от массовой доли электролита твёрдотельные аккумуляторы подразделяются на: полутвёрдые (содержание электролита составляет 5–10%), квазитвёрдотельные (0–5%) и твёрдотельные (0% электролита). То есть положительные и отрицательные электроды, а также электролиты полностью твёрдых аккумуляторов изготовлены из твёрдых материалов.
Твердотельные электролиты – это технический ключ к созданию твердотельных аккумуляторов. Идеальный твердотельный электролит должен обладать пренебрежимо малой электронной проводимостью, превосходной литий-ионной проводимостью, хорошей химической совместимостью, стабильностью и экономичностью при крупномасштабном производстве. В настоящее время используются следующие электролиты: сульфиды, оксиды, галогениды металлов и полимеры.
Материалы для отрицательных электродов твердотельных аккумуляторов в основном делятся на три категории: отрицательный электрод из металлического лития, отрицательный электрод из группы углерода и отрицательный электрод из оксида.
Традиционные жидкие литиевые аккумуляторы в основном используют материалы углеродной группы (например, графит) в качестве отрицательных электродов, но ограничены удельной емкостью на основе углерода, и будущее пространство для разработки ограничено. Материалы для отрицательных электродов на основе кремния имеют высокую теоретическую удельную емкость и являются важным направлением для итерации систем материалов для отрицательных электродов. Однако материалы на основе кремния испытывают сильное расширение объема во время заряда и разряда, и их циклические характеристики ухудшаются. Это можно улучшить с помощью углеродного покрытия, наноматериализации и других технических средств. Металлические литийсодержащие отрицательные электроды считаются конечной целью из-за их чрезвычайно высокой теоретической удельной емкости, но они сталкиваются с проблемами роста литиевых дендритов и химической стабильности.
Материалы для положительных электродов твердотельных аккумуляторов в основном сосредоточены в тройных положительных электродах с высоким содержанием никеля, литий-никелево-марганцевых оксидных материалах и на основе богатого литием марганца.
(2) Переработка аккумуляторных батарей
В настоящее время методы переработки аккумуляторных батарей в основном подразделяются на каскадную утилизацию и переработку методом разборки.
Каскадная утилизация подразумевает переработку отработанных аккумуляторов с высокой остаточной ёмкостью, соответствующих требованиям к вторичному использованию, например, в накопителях энергии, тихоходных транспортных средствах, подстанциях базовых станций и т. д. Как правило, литий-железо-фосфатные аккумуляторы обладают длительным циклическим ресурсом и высокой термической стабильностью, что делает их более подходящими для вторичного использования. Разборка аккумуляторов подразумевает использование отработанных аккумуляторов посредством технологического процесса для извлечения из них таких металлов, как никель, кобальт, марганец, медь, алюминий и литий, с последующей переработкой этих материалов. Тройные аккумуляторы характеризуются высоким содержанием редких металлов, высокой стоимостью переработки, малым циклическим ресурсом и низкой термической стабильностью, что делает их более подходящими для вторичного использования.
Когда ёмкость аккумулятора падает ниже 80%, его можно только переработать. Переработанный аккумулятор должен пройти предварительную разрядку, разборку, разделение и другие этапы предварительной обработки. В настоящее время существует три метода переработки: пиролиз, мокрая переработка и биологическая переработка. Мокрая переработка подразумевает использование специального раствора для выщелачивания материала положительного электрода, в результате чего ценный металл растворяется в растворителе в форме ионов, после чего ионы металла отделяются и очищаются химическим осаждением, экстракцией растворителем и другими методами. Мокрая переработка по-прежнему необходима для разделения и извлечения металлических элементов на поздней стадии пиролиза. Биологическая переработка характеризуется длительным циклом культивирования.
(3) Композитный токосъемник
Традиционный
токосъемник батареи
Это чистая медная фольга или алюминиевая фольга. Композитный токосъемник – это новый материал, изготовленный путём равномерного нанесения меди на поверхность подложки с помощью магнетронного распыления и других методов на поверхность пластиковой плёнки (ПЭТ, ПП и других материалов). При коротком замыкании в аккумуляторе слой полимерного материала в середине композитного токосъемника плавится, создавая короткое замыкание, что позволяет подавить ток короткого замыкания, контролировать тепловой разгон аккумулятора и кардинально решить проблему взрыва и возгорания аккумуляторных элементов. Кроме того, композитная медная фольга дешевле и легче традиционной медной фольги, что увеличивает плотность энергии аккумулятора более чем на 5%.
III. Аккумуляторные батареи
Используемые в таких сценариях, как ограничение пиковой нагрузки на электросети, накопление энергии в домашних условиях, а также в коммерческих и промышленных целях, эти батареи требуют длительного времени зарядки и разрядки (более 2 часов), в первую очередь ориентированы на срок службы и экономическую эффективность, а также имеют более низкие требования к плотности энергии.
Данные показывают, что объём поставок литиевых аккумуляторов для хранения энергии в 2024 году превысит 320 ГВт·ч, а темп роста превысит 50%. В структуре поставок аккумуляторы для хранения энергии останутся основным источником поставок, на их долю придётся более 80%. Из них объём поставок аккумуляторов для хранения энергии достиг приблизительно 280 ГВт·ч, а темп роста превысит 65%; объём поставок бытовых аккумуляторов достиг приблизительно 26 ГВт·ч, а темп роста превысит 30%; объём поставок коммерческих и промышленных аккумуляторов для хранения энергии достиг приблизительно 10 ГВт·ч, а темп роста превысит 40%. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы составляют более 90% от общего объёма поставок и являются основной технологией.
Ожидается, что мировые поставки литиевых аккумуляторов для хранения энергии к 2024 году вырастут на 55% по сравнению с предыдущим годом, при этом на долю китайских компаний будет приходиться более 90% мировых производственных мощностей. Исходя из объёма поставок бытовых аккумуляторов для хранения энергии, основными являются аккумуляторы ёмкостью 50–100 А·ч, при этом 80% из них требуют 6000 циклов, а для высококлассных продуктов этот показатель достигает 10 000 циклов.
В настоящее время основные производители аккумуляторов ёмкостью 280 А·ч переходят на аккумуляторы ёмкостью 314 А·ч. По данным GGII, темпы перехода на новую ёмкость достигли 52%. Поскольку корпус, конструкция и размеры обеих батарей остались неизменными, ведущие компании могут продолжать использовать линии по производству аккумуляторов ёмкостью 280 А·ч, изменив, главным образом, технологические процессы и материалы.
Эйси Новая Энергия
Компания специализируется на разработке и производстве высокотехнологичного оборудования для литий-ионных аккумуляторов. Наша деятельность охватывает полный комплект оборудования для сборки цилиндрических, призматических и полимерных аккумуляторов, системы тестирования аккумуляторных элементов и комплектов, лабораторные установки для изготовления плоских, цилиндрических и пакетных аккумуляторов, оборудование для испытаний на экологическую безопасность аккумуляторов, сырье для аккумуляторов и оборудование для производства суперконденсаторов и т.д.
Наша компания придерживается строгого контроля качества и внимательного обслуживания клиентов, всегда уделяя особое внимание развитию отрасли литий-ионных аккумуляторов и стремясь стать ведущим мировым производителем аккумуляторного оборудования. Если вы новичок в отрасли литий-ионных аккумуляторов и хотите построить собственную линию по их производству или сборке литий-ионных аккумуляторов, мы готовы предоставить вам профессиональную техническую поддержку и консультации!
