Пун водич кроз батерије литијум-јона: примена за напајање, потрошачке уређаје и складиштење енергије

Батерије литијум-јона могу се поделити на мале потрошачке литијумске батерије (3C), батерије литијум-јона за погон и велике батерије за складиштење енергије, у зависности од њихове примене.

I. Батерија за погон

Батерије за погон су батерије које обезбеђују енергију за уређаје са моторним погоном и тренутно представљају брзо растућу област примене литијум-јонских батерија. Широко се користе у возилима на алтернативну енергију, алатима на струју, електричним бициклима и другим уређајима. Батерије за погон су такође врста батерије за складиштење енергије, првенствено намењене електричним возилима. Због ограничења у величини и тежини аутомобила, као и захтева за убрзањем, батерије за погон имају више захтеве у односу на обичне батерије за складиштење енергије. Ови захтеви укључују већу густину енергије, брже брзине пуњења и веће струје испуштања, док обичне батерије за складиштење енергије немају тако строге захтеве.

1. Karakteristike proizvoda:

За батерије типа литијум-јон, потребно је узети у обзир више фактора попут брзине пуњења, дometа, поузданости и конзистентности, с обзиром на дугорочне захтеве (најмање 5–10 година). Густина енергије: пакет батерија чини отприлике 25% тежине аутомобила, а промене у тежини батерије директно утичу на потрошњу возила. За исти ниво набоја, пакет батерија са већом густином енергије омогућава већи дomet. Брзина пуњења: брзина пуњења је такође кључни показатељ за савремене погонске батерије. Највећи произвођачи батерија тренутно дизајнирају стопе пуњења између 4C и 6C, или чак више, како би смањили време чекања корисника. Безбедност и конзистентност: пакети батерија за погонска возила користе велики број батерија повезаних у низове и паралелно. У идеалном случају, вероватноћа квара погонске батерије (безбедност, чување, циклусни век и сл.) треба да буде мања од једне на сто милиона. Ако ова вероватноћа стално буде ниска, батерија је склона прекомерном пуњењу и празњењу током употребе, што може довести до безбедносних проблема.

2. Тип позитивне електроде:

Тренутно, главне врсте погонских батерија на тржишту укључују батерије са трикомпонентним литијумом, LiFePO4 батерије и LiMn2O4 батерије. Што се тиче опште компатибилности погонских батерија, троструке литијум батерије и LiFePO4 батерије доминирају на тржишту. Наравно, још један материјал катоде вредан пажње у области погонских батерија је NCA (никал-кобалт-алуминијум) (8:1,5:0,5), који се истиче високом густином енергије по ћелији, али има и веома високу баријеру за уласак.

II. Уговор Потрошачке батерије

Батерије за потрошаче су још једна важна област примене литијум-јонских батерија. Батерије за потрошаче се углавном користе у електронским производима за потрошаче, као што су мобилни телефони, лаптопови, дигитални фото апарати, дигитални камерови, пакови за напајање и електрични играчки — такозвани „3C производи“ — за литијумске батеријске ћелије и модуле. Оне се углавном класификују на цилиндричне, призматичне и лиснате батерије. Цилиндричне литијумске батерије имају већи пречник, што ограничава дебљину електронских производа за крајње потрошаче; призматичне литијумске батерије имају релативно фиксни изглед и тешко је направити их танким. Стога, ни један од ова два типа литијумских батерија не може испунити захтеве неких електронских производа за потрошаче за танким, лаким и променљивих величина батеријама. Лиснате полимерне литијумске батерије користе алуминијумско-пластичну фолију као кућиште, због чега су лаке, сигурне и омогућавају флексибилније могућности дизајна и већу густину енергије, што их чини погоднијим за захтеве електронских производа за потрошаче у погледу танких, лаких, променљивих величина и сигурних батерија. Стога, лиснате полимерне литијумске батерије су тренутно најчешћи тип батерија за потрошаче. Индустрија батерија за потрошаче је зрела, а укупна потражња је релативно стабилна.

1. Karakteristike proizvoda:

Батерије за литијум-јонске потрошаче имају релативно благонаклоније услове употребе и не захтевају дуготрајну поузданост. Обично се користе самостално и не морају бити спарене са другим батеријама, па стога захтеви за конзистентношћу нису веома високи. Међутим, због ограниченог простора и престижности потрошачких производа као што су мобилни телефони и таблете, литијум-јонске батерије имају строге захтеве у погледу величине, капацитета и густине енергије. Батерије вишег квалитета користе најнапредније технологије и материјале, док за напонске батерије требају напредније контроле процеса, контроле конзистентности и управљање квалитетом. Захтеви за трајањем циклуса код потрошачких производа нису толико дуги као код напонских батерија и складиштења енергије. На пример, након 2-3 године употребе, приметимо да је капацитет батерије мобилног телефона опао на 80%, углавном зато што се већина мобилних телефона пуни једанпут или двапут дневно. То значи да капацитет телефона падне испод 80% за мање од 3 године, тренутак када је потребно заменити или батерију или телефон.

2. Тип позитивне електроде:

Литијум-кобалт оксид (LCO) и даље доминира на тржишту потрошачких батерија. Иако тернарни NCM (Non-Lithium Cobalt Oxide) нуди висок специфични капацитет, лако не може заменити LCO због стварања гасова на високим напонима. Иако катодни материјали LCO имају недостатке као што су висока цена (због скупијег кобалта), слаба цикличност и лоша безбедност, њихова висока запреминска густина и висок радни напон и даље им дају предност у ултра танким електронским производима. Потражња остаје стабилна на сегменту средњих и високих класа смартфонa, лаптопа и таблета. Штавише, повећани капацитет батерија код 5G телефона и појава нових потрошачких електронских уређаја попут дронова, TWS слушалица и е-цигара све више потискује потражњу за LCO катодним материјалима. LCO има највишу запреминску густину, чиме остварује највећу запреминску енергетску густину у оквиру ограничених запремина потрошачке електронике. Изузетна запреминска густина, запреминска енергетска густина, перформансе у погледу циклуса пуњења, перформансе на високим/низим температурама, као и могућност даљег повећања енергетске густине LCO повећањем напона прекида пуњења, чине високонапонске, високозапреминске LCO материјале будућом смерницом развоја.

III. Батерије за складиштење енергије

Батерије за складиштење енергије су батерије које чувају електричну енергију, претварајући је у хемијску енергију. Тренутно, тржиште батерија за складиштење енергије има углавном две велике области примене: складиштење енергије за електране и складиштење енергије за домаћинства. Батерије за складиштење енергије за електране су у суштини технологија за складиштење електричне енергије. Сценарији примене укључују пумпано-хидро складиштење, складиштење помоћу батерија, механичко складиштење и складиштење ваздуха под притиском, што може бити примењено у разним индустријским областима. Батерије за складиштење енергије за домаћинства углавном су намењене употреби напољу; на пример, током прекида струје код куће или током камповања, потребна је висококапацитетна, дуготрајна батерија за складиштење енергије како би се задовољиле непредвиђене потребе.

1. Karakteristike proizvoda:

Литијум-батерије за складиштење енергије имају више захтеве у погледу трајности. Век трајања возила са новим изворима енергије је генерално 5-8 година, док пројекти за складиштење енергије обично циљају век трајања већи од 10 година. Број циклуса пуњења и празњења код литијум-батерија за погон је 1000-2000 циклуса, док литијум-батерије за складиштење енергије генерално захтевају број циклуса већи од 5000. Разлог томе је што батерије за складиштење не стављају акценат на запреминску и гравиметријску густину енергије, већ пре на сигурност и трошкове. Са становишта инхерентних материјалних особина, литијум-гвожђе-фосфат има бољу термичку стабилност и повољнију цену материјала у односу на батерије засноване на тернарном литијуму, а његов број циклуса већ прилази скоро 10.000, због чега је његова примена на глобалном тржишту за складиштење енергије све раширенија.

2. Тип позитивне електроде:

Постоје неке разлике између литијумских батерија за погон и литијумских батерија за складиштење енергије, али са становишта самог челија, изгледа да обе могу користити батерије на бази литијум-гвожђе-фосфата (LFP) и тернарне литијумске батерије. Међутим, у применама за складиштење енергије, готово искључиво се користе LFP батерије. Ово је углавном због учесталих сигурносних инцидената у електранама за складиштење енергије. Литијумске батерије намењене искључиво складиштењу енергије не захтевају високу густину енергије, већ висок ниво сигурности, јер електрохемијски системи за складиштење енергије садрже стотине до десетине хиљада батерија. Када дође до пожара и његовог ширења, ситуација постаје изузетно тешка за контролу. 29. јуна 2022. године, Национална агенција за енергију издала је нацрт мишљења о „Двадесет пет кључних захтева за спречавање несрећа у производњи електричне енергије“, којим је предвиђено да се у великим електрохемијским електранама за складиштење енергије не користе тернарне литијумске батерије нити натријум-сумпорне батерије, као и да се не користе регенерисане батерије за погон. Стога су батерије за складиштење у основи све направљене од LFP.

резюме:

Тржиште потрошачких батерија у великој мери се стабилизовало, при чему се истраживање и развој батерија углавном фокусира на постизање веће запреминске густине енергије и већег капацитета. Удео на тржишту водећих напонских батерија је углавном успостављен, док се мали део и даље обнавља. Тренутно је главни фокус код напонских батерија продужење домета и повећање брзине пуњења. Ни код батерија за складиштење енергије није било значајнијих нових развоја, већ се углавном тежи екстремно великим капацитетима, од 280Ah до 314Ah, а сада чак до 587Ah код CATL-а и Haichen-а, или 684Ah код Sungrow-а.