Panduan Lengkap kepada Bateri Litium-Ion: Aplikasi Kuasa, Pengguna dan Penyimpanan Tenaga

Bateri litium-ion boleh dibahagikan kepada bateri litium pengguna kecil (3C), bateri litium-ion kuasa, dan bateri penyimpanan tenaga besar mengikut aplikasi hilirnya.

I. Bateri Kuasa

Bateri kuasa ialah bateri yang membekalkan tenaga kepada peranti bertenaga, dan kini mewakili kawasan aplikasi yang berkembang pesat untuk bateri litium-ion. Ia digunakan secara meluas dalam kenderaan tenaga baharu, alat elektrik, basikal elektrik, dan lain-lain. Bateri kuasa juga merupakan sejenis bateri penyimpanan tenaga, terutamanya digunakan dalam kenderaan elektrik. Disebabkan had saiz dan berat kenderaan, serta keperluan untuk pecutan, bateri kuasa mempunyai keperluan prestasi yang lebih tinggi berbanding bateri penyimpanan tenaga biasa. Keperluan ini termasuk ketumpatan tenaga yang lebih tinggi, kelajuan pengecasan yang lebih cepat, dan arus pelepasan yang lebih besar, manakala bateri penyimpanan tenaga biasa tidak mempunyai keperluan seketat ini.

1. Ciri-ciri Produk:

Untuk bateri litium-ion jenis kuasa, lebih banyak pertimbangan diperlukan berkenaan kelajuan pengecasan, julat pemanduan, kebolehpercayaan, dan konsisten, memandangkan keperluan jangka panjang (sekurang-kurangnya 5-10 tahun). Ketumpatan tenaga: Pek bateri menyumbang kira-kira 25% daripada berat kereta, dan perubahan berat bateri secara langsung mempengaruhi penggunaan tenaga kenderaan. Bagi jumlah cas yang sama, pek bateri dengan ketumpatan tenaga yang lebih tinggi menghasilkan julat pemanduan yang lebih panjang. Kelajuan pengecasan: Kelajuan pengecasan juga merupakan petunjuk penting bagi bateri kuasa semasa. Pengeluar bateri utama kini sedang mereka bentuk kadar pengecasan antara 4C hingga 6C, atau lebih tinggi lagi, untuk mengurangkan masa menunggu pengguna. Keselamatan dan konsisten: Pek bateri kenderaan kuasa menggunakan sejumlah besar bateri yang disambung secara bersiri dan selari. Secara idealnya, kebarangkalian berlakunya kerosakan pada bateri kuasa (keselamatan, penyimpanan, jangka hayat kitaran, dll.) harus kurang daripada satu daripada seratus juta. Jika kebarangkalian ini kekal rendah, bateri cenderung mengalami pengecasan berlebihan dan pelepasan cas berlebihan semasa penggunaan, yang berpotensi menyebabkan isu keselamatan.

2. Jenis elektrod positif:

Pada masa ini, jenis bateri kuasa utama di pasaran termasuk bateri litium tiga unsur, bateri LiFePO4, dan bateri LiMn2O4. Dari segi keserasian bateri kuasa secara keseluruhan, bateri litium tiga unsur dan bateri LiFePO4 mendominasi pasaran. Tentu saja, satu lagi bahan katod yang perlu diperhatikan dalam bidang bateri kuasa ialah NCA (nikel-kobalt-aluminium) (8:1.5:0.5), yang mempunyai ketumpatan tenaga sel tunggal yang tinggi tetapi juga mempunyai halangan kemasukan yang sangat tinggi.

Ii. Bateri Pengguna

Bateri pengguna merupakan satu lagi bidang aplikasi penting untuk bateri litium-ion. Bateri litium-ion pengguna terutamanya digunakan dalam produk elektronik pengguna seperti telefon mudah alih, komputer riba, kamera digital, kamera video digital, bank kuasa, dan mainan elektrik — yang dikenali sebagai produk "3C" — untuk sel dan modul bateri litium. Ia terutamanya dikategorikan kepada bateri silinder, prisma, dan bateri jenis pouch polimer. Bateri litium silinder mempunyai diameter yang lebih besar, mengehadkan ketebalan produk elektronik pengguna; bateri litium prisma mempunyai reka bentuk rupa yang agak tetap dan sukar dijadikan nipis. Oleh itu, kedua-dua jenis bateri litium ini tidak dapat memenuhi keperluan sesetengah produk elektronik pengguna untuk bateri yang nipis, ringan, berukuran boleh ubah, dan selamat. Bateri litium pouch polimer menggunakan filem aluminium-plastik sebagai perumah, menjadikannya ringan, selamat, serta menawarkan pilihan reka bentuk yang lebih fleksibel dan ketumpatan tenaga yang lebih tinggi, menjadikannya lebih sesuai dengan keperluan produk elektronik pengguna untuk bateri yang nipis, ringan, berukuran boleh ubah, dan selamat. Oleh itu, bateri litium pouch polimer kini merupakan jenis bateri litium pengguna yang paling kerap digunakan. Industri bateri pengguna telah matang, dan permintaan keseluruhan adalah relatif stabil.

1. Ciri-ciri Produk:

Bateri litium-ion pengguna mempunyai syarat penggunaan yang agak kurang ketat dan tidak memerlukan kebolehpercayaan jangka panjang. Biasanya digunakan secara berasingan dan tidak perlu dipadankan dengan bateri lain, maka keperluan konsistensi tidak terlalu tinggi. Namun begitu, disebabkan ruang yang terhad dan sifatnya yang berharga pada produk pengguna seperti telefon bimbit dan tablet, bateri litium-ion pengguna mempunyai keperluan ketat dari segi saiz, kapasiti, dan ketumpatan tenaga. Bateri pengguna berkemampuan tinggi menggunakan teknologi dan bahan paling canggih, manakala bateri kuasa memerlukan kawalan proses, kawalan konsistensi, dan pengurusan kualiti yang lebih maju. Keperluan jangka hayat kitaran untuk produk pengguna tidak sepanjang bateri kuasa dan penyimpanan tenaga. Sebagai contoh, selepas 2-3 tahun penggunaan, kita mendapati kapasiti bateri telefon telah berkurang kepada 80%, terutamanya kerana kebanyakan telefon dicas sekali atau dua kali sehari. Ini bermaksud kapasiti telefon menurun di bawah 80% dalam masa kurang daripada 3 tahun, pada tahap ini sama ada bateri atau telefon perlu diganti.

2. Jenis elektrod positif:

Litium kobalt oksida (LCO) masih mendominasi pasaran bateri pengguna. Walaupun NCM terner (Non-Lithium Cobalt Oxide) menawarkan kapasiti khusus yang tinggi, ia tidak mudah menggantikan LCO disebabkan pengeluaran gas pada voltan tinggi. Walaupun bahan katod LCO mempunyai kelemahan seperti kos tinggi (akibat kobalt yang mahal), prestasi kitaran yang lemah, dan keselamatan yang kurang baik, ketumpatan ketukannya yang tinggi dan voltan operasi yang tinggi masih memberikannya kelebihan dalam produk elektronik ultra nipis. Permintaan kekal stabil dalam telefon pintar, komputer riba, dan tablet kelas sederhana hingga tinggi. Selain itu, peningkatan kapasiti bateri pada telefon 5G dan kemunculan elektronik pengguna baharu seperti dron, fon telinga TWS, dan rokok elektronik semua menyumbang kepada peningkatan permintaan pasaran terhadap bahan katod LCO. LCO mempunyai ketumpatan ketuk tertinggi, menghasilkan ketumpatan tenaga isipadu tertinggi dalam had isipadu terhad elektronik pengguna. Ketumpatan ketuk yang sangat baik, ketumpatan tenaga isipadu, prestasi kitaran, prestasi suhu tinggi/rendah, serta keupayaan untuk meningkatkan lagi ketumpatan tenaga LCO dengan menaikkan voltan penamat casan menjadikan bahan LCO voltan tinggi dan kecutan tinggi sebagai arah masa depan.

III. Bateri Penyimpanan Tenaga

Bateri penyimpanan tenaga merujuk kepada bateri yang menyimpan tenaga elektrik dengan menukarkannya kepada tenaga kimia. Pada masa ini, pasaran bateri penyimpanan tenaga mempunyai dua bidang aplikasi utama: penyimpanan kuasa dan penyimpanan tenaga domestik. Bateri penyimpanan kuasa pada asasnya merupakan teknologi penyimpanan tenaga elektrik. Senario aplikasi termasuk penyimpanan hidro elektrik, penyimpanan bateri, penyimpanan mekanikal, dan penyimpanan udara mampat, yang boleh digunakan dalam pelbagai bidang perindustrian. Bateri penyimpanan tenaga domestik biasanya direka untuk kegunaan luar rumah; sebagai contoh, semasa gangguan bekalan elektrik di rumah atau ketika berkhemah, bateri penyimpanan tenaga berkapasiti tinggi dan tahan lama diperlukan bagi menghadapi keperluan yang tidak dijangka.

1. Ciri-ciri Produk:

Bateri litium penyimpanan tenaga mempunyai keperluan yang lebih tinggi terhadap jangka hayat. Jangka hayat kenderaan tenaga baharu biasanya 5-8 tahun, manakala projek penyimpanan tenaga biasanya menjangkakan jangka hayat melebihi 10 tahun. Jangka hayat kitaran bateri litium kuasa adalah 1000-2000 kitaran, manakala bateri litium penyimpanan tenaga umumnya memerlukan jangka hayat kitaran melebihi 5000 kitaran. Ini kerana bateri penyimpanan tenaga tidak mengutamakan ketumpatan tenaga isipadu dan ketumpatan tenaga gravimetrik, tetapi lebih menekankan keselamatan dan kos. Dari perspektif sifat bahan asas, litium ferrofosfat mempunyai kestabilan haba dan kos bahan yang lebih baik berbanding bateri litium terner, dan jangka hayat kitarannya telah mencapai hampir 10,000 kitaran, maka aplikasinya dalam pasaran penyimpanan tenaga global semakin meluas.

2. Jenis elektrod positif:

Terdapat beberapa perbezaan antara bateri litium kuasa dan bateri litium penyimpanan tenaga, tetapi daripada perspektif sel itu sendiri, kedua-duanya kelihatan boleh menggunakan bateri litium besi fosfat (LFP) dan bateri litium terner. Walau bagaimanapun, dalam aplikasi penyimpanan tenaga, bateri LFP hampir secara eksklusif digunakan. Ini terutamanya disebabkan oleh kemalangan keselamatan yang kerap berlaku di stesen kuasa penyimpanan tenaga. Bateri litium khusus penyimpanan tidak memerlukan ketumpatan tenaga yang tinggi tetapi keselamatan yang tinggi, kerana sistem penyimpanan tenaga elektrokimia mengandungi ratusan hingga puluhan ribu bateri. Sekiranya kebakaran berlaku dan merebak, situasi menjadi sangat sukar dikawal. Pada 29 Jun 2022, Pentadbiran Tenaga Kebangsaan mengeluarkan draf cadangan mengenai "Dua Puluh Lima Keperluan Utama bagi Mencegah Kemalangan Pengeluaran Kuasa", yang menetapkan bahawa stesen kuasa penyimpanan tenaga elektrokimia skala besar tidak boleh menggunakan bateri litium terner atau bateri natrium-belirang, dan tidak boleh menggunakan bateri kuasa kitar semula. Oleh itu, bateri penyimpanan pada asasnya semuanya diperbuat daripada LFP.

ringkasan:

Pasar bateri pengguna telah stabil sebahagian besar, dengan penyelidikan dan pembangunan bateri yang terutamanya difokuskan pada pencapaian ketumpatan tenaga isipadu yang lebih tinggi dan kapasiti yang lebih besar. Bahagian pasaran utama bateri kuasa telahpun ditentukan, dengan sebahagian kecil masih dalam proses pembinaan semula. Pada masa ini, fokus utama untuk bateri kuasa adalah memperluaskan julat pemanduan dan meningkatkan kelajuan pengecasan. Bateri penyimpanan tenaga juga tidak menunjukkan perkembangan baharu yang ketara, terutamanya mengejar kapasiti yang sangat besar, daripada 280Ah kepada 314Ah, dan kini kepada 587Ah oleh CATL dan Haichen, atau 684Ah oleh Sungrow.