Isang Kompletong Gabay sa Lithium-Ion na Baterya: Aplikasyon sa Kapangyarihan, Konsumo, at Imbakan ng Enerhiya

Ang mga lithium-ion na baterya ay maaaring hatiin sa maliliit na bateryang pangkonsumo (3C), mga lithium na bateryang pangkapangyarihan, at malalaking baterya para sa imbakan ng enerhiya batay sa kanilang mga aplikasyon sa ibabaw ng agos.

I. Bateryang Panglakas

Ang mga bateryang panglakas ay mga baterya na nagbibigay ng kuryente sa mga device na nangangailangan ng lakas, at kasalukuyang kumakatawan sa isang mabilis na lumalaking aplikasyon ng mga bateryang lithium-ion. Malawak ang kanilang gamit sa mga bagong sasakyang de-koryente, kasangkapan na pinapagana ng kuryente, bisikletang de-koryente, at iba pa. Ang mga bateryang panglakas ay isang uri rin ng bateryang pang-imbak ng enerhiya, na pangunahing ginagamit sa mga sasakyang de-koryente. Dahil sa mga limitasyon sa sukat at timbang ng mga sasakyan, gayundin sa mga pangangailangan para sa akselerasyon, mas mataas ang mga pangangailangan sa pagganap ng mga bateryang panglakas kumpara sa karaniwang mga bateryang pang-imbak ng enerhiya. Kasama rito ang mas mataas na densidad ng enerhiya, mas mabilis na bilis ng pagpapuno, at mas malalaking agos ng kuryenteng nailalabas, samantalang hindi gaanong mahigpit ang mga kinakailangan sa karaniwang mga bateryang pang-imbak ng enerhiya.

1. ang mga tao Mga Karakteristika ng Produkto:

Para sa mga bateryang lithium-ion na uri ng lakas, kailangan pang isaalang-alang ang bilis ng pag-charge, saklaw ng pagmamaneho, katiyakan, at pagkakapare-pareho, dahil sa matagalang pangangailangan (nang hindi bababa sa 5-10 taon). Density ng enerhiya: Ang bateryang pack ay bumubuo ng humigit-kumulang 25% ng bigat ng isang kotse, at ang mga pagbabago sa bigat ng baterya ay direktang nakakaapekto sa pagkonsumo ng enerhiya ng sasakyan. Para sa parehong halaga ng singil, ang bateryang pack na may mas mataas na density ng enerhiya ay nagreresulta sa mas mahabang saklaw ng pagmamaneho. Bilis ng pag-charge: Ang bilis ng pag-charge ay isang mahalagang tagapagpahiwatig din para sa kasalukuyang mga baterya ng lakas. Kasalukuyang dinisenyo ng mga pangunahing tagagawa ng baterya ang mga rate ng pag-charge sa pagitan ng 4C at 6C, o kahit mas mataas pa, upang mabawasan ang oras ng paghihintay ng gumagamit. Kaligtasan at pagkakapare-pareho: Ginagamit ng mga bateryang pack ng sasakyan ang malaking bilang ng mga baterya na konektado nang pangserye at palaparan. Sa ideal, ang posibilidad ng pagkabigo ng baterya ng lakas (kaligtasan, imbakan, buhay ng siklo, atbp.) ay dapat na mas mababa sa isa sa isang daang milyon. Kung mananatiling mababa ang posibilidad na ito, madaling ma-overcharge at ma-over-discharge ang baterya habang ginagamit, na maaaring magdulot ng mga isyu sa kaligtasan.

2. Uri ng positibong elektrod:

Kasalukuyan, ang mga pangunahing uri ng baterya ng kuryente sa merkado ay kinabibilangan ng mga bateryang ternary lithium, bateryang LiFePO4, at bateryang LiMn2O4. Sa kabuuang pagkakatugma ng baterya ng kuryente, ang mga bateryang ternary lithium at LiFePO4 ang nangunguna sa merkado. Syempre, may isa pang materyal na katod na kailangang tandaan sa larangan ng baterya ng kuryente ay ang NCA (nickel-cobalt-aluminum) (8:1.5:0.5), na kilala sa mataas na density ng enerhiya bawat sel, ngunit mayroon din itong napakataas na hadlang sa pagpasok.

Ii. Mga Baterya para sa Konsumidor

Ang mga bateryang pangkonsumo ay isa pang mahalagang aplikasyon para sa mga bateryang lithium-ion. Ang mga bateryang lithium-ion para sa konsumo ay karaniwang ginagamit sa mga produktong elektroniko para sa mamimili tulad ng mga mobile phone, laptop, digital camera, digital camcorder, power bank, at elektrikong laruan—ang tinatawag na "mga produktong 3C"—para sa mga sel at modyul ng bateryang lithium. Kinakategorya ang mga ito pangunahin sa mga hugis-silindro, hugis-prisma, at mga bateryang pouch. Ang mga hugis-silindrong bateryang lithium ay may mas malaking diameter, na naglilimita sa kapal ng mga elektronikong produkto para sa huling gumagamit; ang mga hugis-prismang bateryang lithium ay may relatibong nakapirming disenyo ng hitsura at mahirap gawing manipis. Kaya, ang dalawang uri ng bateryang lithium na ito ay hindi kayang matugunan ang mga pangangailangan ng ilang mga elektronikong produkto para sa mamimili na nangangailangan ng manipis, magaan, at bateryang may iba't-ibang sukat. Ang mga polymer pouch na bateryang lithium ay gumagamit ng isang pelikulang aluminum-plastik bilang katawan, na nagreresulta sa magaan, ligtas, at mas maluwag na opsyon sa disenyo pati na rin mas mataas na densidad ng enerhiya, na higit na angkop sa mga pangangailangan ng mga elektronikong produkto para sa manipis, magaan, may iba't-ibang sukat, at ligtas na baterya. Kaya, ang mga polymer pouch na bateryang lithium ang kasalukuyang pinakakaraniwang uri ng bateryang lithium para sa konsumo. Ang industriya ng bateryang pangkonsumo ay sapat nang umunlad, at ang kabuuang demand ay relatibong matatag.

1. ang mga tao Mga Karakteristika ng Produkto:

Ang mga consumer lithium-ion na baterya ay may kaunti lamang pangangailangan sa kondisyon ng paggamit at hindi nangangailangan ng matagalang katiyakan. Karaniwang ginagamit ito nang mag-isa at hindi kailangang i-pair sa ibang baterya, kaya hindi mataas ang pangangailangan sa pagkakatulad. Gayunpaman, dahil sa limitadong espasyo at kahalagahan ng mga consumer product tulad ng mga mobile phone at tablet, mahigpit ang mga pangangailangan sa sukat, kapasidad, at density ng enerhiya ng mga consumer lithium-ion na baterya. Ginagamit ng mga high-end na consumer baterya ang pinakamakabagong teknolohiya at materyales, samantalang ang mga power baterya ay nangangailangan ng mas maunlad na kontrol sa proseso, kontrol sa pagkakatulad, at pamamahala ng kalidad. Ang cycle life na pangangailangan sa mga consumer product ay hindi kasing haba ng mga power baterya at energy storage. Halimbawa, pagkatapos ng 2-3 taon ng paggamit, napapansin nating bumaba na ang kapasidad ng baterya ng isang mobile phone sa 80%, pangunahin dahil karamihan sa mga mobile phone ay sinisingil ng isang o dalawang beses sa isang araw. Ito ay nangangahulugan na bababa ang kapasidad ng telepono sa ilalim ng 80% sa loob ng hindi hihigit sa 3 taon, kung saan kailangang palitan ang baterya o ang telepono.

2. Uri ng positibong elektrod:

Ang lithium cobalt oxide (LCO) ay nananatiling nangingibabaw sa merkado ng baterya para sa mga konsyumer. Bagaman ang ternary NCM (Non-Lithium Cobalt Oxide) ay nag-aalok ng mataas na tiyak na kapasidad, hindi madaling mapapalitan nito ang LCO dahil sa produksyon nito ng gas sa mataas na boltahe. Bagaman ang mga katodong materyales na LCO ay may mga kahinaan tulad ng mataas na gastos (dahil sa mahal na cobalt), mahinang pagganap sa pag-ikot, at mahinang kaligtasan, ang kanilang mataas na tapos na densidad at mataas na boltahe sa pagpapatakbo ay nagbibigay pa rin sa kanila ng kalamangan sa mga napakapatpat na produkto sa elektroniko. Patuloy na matatag ang demand sa mga mid-to-high-end na smartphone, laptop, at tablet. Bukod dito, ang pagtaas ng kapasidad ng baterya ng mga 5G na telepono at ang paglitaw ng mga bagong elektronikong produkto para sa konsyumer tulad ng mga drone, TWS na earphone, at e-sigarilyo ay nagpapabilis sa pangangailangan sa merkado para sa mga materyales na katodo ng LCO. Ang LCO ay may pinakamataas na tapos na densidad, na nagreresulta sa pinakamataas na volumetric energy density sa loob ng limitadong dami ng mga elektronikong produkto para sa konsyumer. Ang mahusay na tapos na densidad, volumetric energy density, pagganap sa pag-ikot, at pagganap sa mataas/mababang temperatura, kasama ang kakayahang dagdagan pa ang energy density ng LCO sa pamamagitan ng pagtaas ng charging cutoff potential, ay ginagawang ang high-voltage, high-taper na mga materyales na LCO ang kinabukasan ng direksyon.

III. Mga Baterya sa Pag-imbak ng Enerhiya

Ang mga baterya sa pag-iimbak ng enerhiya ay tumutukoy sa mga bateryang nag-iimbak ng kuryente, na isinasalin ito sa kemikal na enerhiya. Sa kasalukuyan, ang merkado ng baterya sa pag-iimbak ng enerhiya ay may dalawang pangunahing lugar ng aplikasyon: imbakan ng enerhiya para sa kuryente at imbakan ng enerhiya para sa tahanan. Ang mga baterya sa imbakan ng enerhiya para sa kuryente ay talagang teknolohiya para sa pag-iimbak ng kuryente, ang teknolohiya para sa pag-iimbak ng elektrikal na enerhiya. Kasama sa mga senaryo ng aplikasyon ang bombang-hydro na imbakan, imbakan gamit ang baterya, mekanikal na imbakan, at imbakan gamit ang kompresadong hangin, na maaaring ilapat sa iba't ibang larangan ng industriya. Ang mga baterya sa pag-iimbak ng enerhiya para sa tahanan ay karaniwang idinisenyo para sa panlabas na paggamit; halimbawa, noong walang kuryente sa bahay o habang nagca-camping, kailangan ang mataas na kapasidad at matagal ang buhay na baterya sa pag-iimbak ng enerhiya para sa di inaasahang pangangailangan.

1. ang mga tao Mga Karakteristika ng Produkto:

Ang mga lithium baterya para sa imbakan ng enerhiya ay may mas mataas na pangangailangan pagdating sa haba ng buhay. Ang haba ng buhay ng mga sasakyan na pinapagana ng bagong enerhiya ay karaniwang 5-8 taon, samantalang ang mga proyektong pang-imbakan ng enerhiya ay karaniwang naglalayong umabot ng higit sa 10 taon. Ang bilang ng mga siklo ng bateryang pampanggawi ay nasa 1000-2000 na mga siklo, samantalang ang mga lithium baterya para sa imbakan ng enerhiya ay karaniwang nangangailangan ng higit sa 5000 na mga siklo. Ito ay dahil ang mga baterya para sa imbakan ng enerhiya ay hindi binibigyang-priyoridad ang volumetric energy density at gravimetric energy density, kundi binibigyang-diin ang kaligtasan at gastos. Batay sa likas na katangian ng materyales, ang lithium iron phosphate ay may mas mahusay na thermal stability at mas mababa ang gastos kumpara sa ternary lithium baterya, at ang bilang ng kanyang mga siklo ay umabot na halos 10,000 na mga siklo, kaya't ang kanyang aplikasyon sa pandaigdigang merkado ng imbakan ng enerhiya ay patuloy na lumalawak.

2. Uri ng positibong elektrod:

May ilang pagkakaiba ang mga power lithium battery at energy storage lithium battery, ngunit mula sa pananaw ng cell mismo, parehong maaaring gamitin ang lithium iron phosphate (LFP) battery at ternary lithium battery. Gayunpaman, sa mga aplikasyon ng energy storage, halos eksklusibong ginagamit ang LFP battery. Ito ay pangunahin dahil sa madalas na mga aksidente sa pagsabog sa mga energy storage power station. Ang mga lithium battery na partikular sa energy storage ay hindi nangangailangan ng mataas na energy density kundi mataas na kaligtasan, dahil ang mga electrochemical energy storage system ay naglalaman ng daan-daang hanggang sampu-sampung libong battery. Kapag sumabog at kumalat ang apoy, napakahirap kontrolin ang sitwasyon. Noong Hunyo 29, 2022, inilabas ng National Energy Administration ang isang panukalang opinyon tungkol sa "Dalawampu't Limang Pangunahing Pamantayan sa Pag-iwas sa Mga Aksidente sa Produksyon ng Kuryente," na nagsasaad na ang mga malalaking electrochemical energy storage power station ay hindi dapat gumamit ng ternary lithium battery o sodium-sulfur battery, at hindi dapat gumamit ng recycled power battery. Kaya naman, ang mga energy storage battery ay karaniwang gawa sa LFP.

buod:

Ang merkado ng consumer battery ay halos na-stabilize na, kung saan nakatuon ang R&D ng battery sa pagkamit ng mas mataas na volumetric energy density at mas malaking kapasidad. Ang market share ng mga nangungunang power battery ay halos itinatag na, na may maliit na bahagi pa ring nababago. Sa kasalukuyan, ang pangunahing pokus para sa power battery ay ang pagpapalawig ng driving range at pagtaas ng bilis ng pag-charge. Ang mga energy storage battery ay walang makabuluhang bagong pag-unlad, kung saan ang pangunahing layunin ay ang pagkamit ng napakalaking kapasidad, mula 280Ah hanggang 314Ah, at ngayon ay 587Ah na ng CATL at Haichen, o 684Ah na ng Sungrow.