Разработка и применение литиевой батареи

«Литиевая батарея» - это тип батареи, в которой в качестве материала отрицательного электрода используется металлический литий или литиевый сплав, а также используется неводный раствор электролита. Литий-металлические батареи были впервые предложены и изучены Гилбертом Н. Льюисом в 1912 году. В 1970-х годах MSWhitTIngham предложил и начал исследования литий-ионных батарей. Из-за очень активных химических свойств металлического лития обработка, хранение и использование металлического лития очень требовательны к окружающей среде. Поэтому литиевые батареи давно не использовались. С развитием науки и техники литиевые батареи стали мейнстримом. Литиевые батареи можно условно разделить на две категории: литий-металлические батареи и литий-ионные батареи. Литий-ионные батареи не содержат металлического лития и являются перезаряжаемыми. Литий-металлический аккумулятор пятого поколения для аккумуляторных батарей появился на свет в 1996 году. Его безопасность, удельная емкость, скорость саморазряда и соотношение цены и качества лучше, чем у литий-ионных аккумуляторов.

Процесс разработки литиевых батарей:

В 1970 году компания Exxon MSWhitTIngham использовала сульфид титана в качестве материала положительного электрода и металлический литий в качестве материала отрицательного электрода для изготовления первой литиевой батареи. Материал положительного электрода литиевой батареи - диоксид марганца или тионилхлорид, а отрицательный электрод - литий. После сборки аккумулятора аккумулятор находится под напряжением и его не нужно заряжать. Литий-ионные батареи (Li-ionBatteries) - это разработка литиевых батарей. Например, батарейка-таблетка, используемая в предыдущей камере, была литиевой. Аккумулятор также можно заряжать, но характеристики цикла не очень хорошие, а кристаллы лития легко образуются во время цикла зарядки и разрядки, вызывая внутреннее короткое замыкание аккумулятора, поэтому, как правило, аккумулятор заряжать запрещено. В 1980 году Дж. Гуденаф обнаружил, что кобальтат лития можно использовать в качестве материала положительного электрода для литий-ионных батарей.

Р. Р. Агарвал и Дж. Р. Селман из Технологического института Иллинойса в 1982 году обнаружили, что ионы лития обладают свойством встраиваться в графит, что является быстрым и обратимым. В то же время литиевая батарея, сделанная из металлического лития, привлекла большое внимание, поэтому люди пытались создать перезаряжаемую батарею, используя характеристики встроенного литий-ионного графита. Первый доступный литий-ионный графитовый электрод был успешно произведен Bell Labs.

В 1983 году М. Теккерей и Дж. Гуденаф обнаружили, что марганцевая шпинель является прекрасным материалом для положительного электрода с низкой стоимостью, стабильностью, отличной проводимостью и литиевыми направляющими свойствами. Температура разложения высока, а степень окисления намного ниже, чем у кобальтата лития. Даже при коротком замыкании или перезарядке можно избежать риска возгорания и взрыва.

В 1989 г. А. Мантирам и Дж. Гуденаф обнаружили, что положительный электрод с полимерным анионом будет производить более высокое напряжение.

В 1992 году японская корпорация Sony изобрела литиевую батарею с использованием углеродного материала в качестве отрицательного электрода и литийсодержащего соединения в качестве положительного электрода. В процессе заряда и разряда металлический литий не существует, есть только ионы лития, которые являются литий-ионными батареями. Впоследствии литий-ионные батареи произвели революцию в потребительской электронике. Такая батарея, в которой в качестве материала положительного электрода используется кобальтат лития, по-прежнему является основным источником питания для портативных электронных устройств.

В 1996 году Пади и Гуденаф обнаружили, что фосфаты со структурой оливина, такие как фосфат лития-железа (LiFePO4), более безопасны, чем традиционные катодные материалы, особенно устойчивы к высоким температурам, а сопротивление перезаряду намного превосходит традиционные материалы для литий-ионных аккумуляторов. Таким образом, он стал катодным материалом современных литиевых аккумуляторов с сильноточной разрядкой.

На протяжении всей истории разработки аккумуляторов мы можем видеть три характеристики текущего развития мировой аккумуляторной индустрии. Во-первых, быстрое развитие экологически чистых аккумуляторов, в том числе литий-ионных, водородно-никелевых аккумуляторов и т.д .; второй - преобразование первичных батарей в батареи, что соответствует стратегии устойчивого развития; В-третьих, батарея будет развиваться в маленьком, легком и тонком направлении. Среди коммерческих перезаряжаемых батарей литий-ионные батареи имеют самую высокую удельную энергию, особенно полимерные литий-ионные батареи, благодаря которым аккумуляторные батареи становятся более тонкими. Именно потому, что литий-ионные батареи имеют более высокую объемную энергию и массу, чем удельную энергию, могут быть заряжены и не загрязняют окружающую среду, а также обладают тремя характеристиками, характерными для текущего развития аккумуляторной индустрии, поэтому в развитых странах наблюдается быстрый рост. Развитие телекоммуникационных и информационных рынков, особенно широкое использование мобильных телефонов и портативных компьютеров, открыло рыночные возможности для литий-ионных аккумуляторов. Литий-ионный аккумулятор в литий-ионном аккумуляторе постепенно заменит литий-ионный аккумулятор с жидким электролитом, обладая уникальными преимуществами безопасности, и станет основным среди литий-ионных аккумуляторов. Полимерный литий-ионный аккумулятор известен как «аккумулятор 21 века», который открывает новую эру аккумуляторных батарей, и перспективы развития весьма оптимистичны.

В марте 2015 года Шарп и профессор Танака Хён из Киотского университета совместно разработали литий-ионную батарею со сроком службы 70 лет. Полученный в ходе испытаний долговечный литий-ионный аккумулятор имеет объем 8 кубических сантиметров и частоту заряда и разряда 25 000 раз. Sharp заявила, что после того, как литий-ионный аккумулятор с длительным сроком службы будет фактически заряжен и разряжен 10 000 раз, его производительность остается стабильной.

Перспективы развития литиевых батарей:

Были изучены различные материалы, чтобы вывести более совершенные сорта. Автобусы с литиевыми батареями из ОАЭ (произведенные в Нидерландах) создали беспрецедентный продукт. Например, литиевые батареи из диоксида серы и литий-тионилхлоридные батареи очень характерны. Их положительные активные материалы также являются растворителями электролита. Эта структура встречается только в электрохимических системах, которые не являются водными растворами. Таким образом, исследования литиевых батарей также способствовали развитию электрохимической теории неводных систем. Помимо использования различных неводных растворителей, также проводились исследования полимерных тонкопленочных батарей.

Литиевые батареи широко используются в системах хранения энергии, таких как гидроэнергетика, огневая мощь, ветряные и солнечные электростанции, источники бесперебойного питания для почты и телекоммуникаций, а также в электроинструментах, электрических велосипедах, электрических мотоциклах, электромобилях, военном оборудовании, аэрокосмической отрасли. и многие другие области.

Литий-ионные батареи широко используются в портативных устройствах, таких как ноутбуки, видеокамеры и средства мобильной связи, благодаря своим уникальным преимуществам в производительности. Разработанная литий-ионная батарея большой емкости была опробована в электромобилях и, как ожидается, станет одним из основных источников энергии для электромобилей в 21 веке и будет использоваться в боковых спутниках, в аэрокосмической отрасли и в накопителях энергии при нехватке энергии. энергия и давление на защиту окружающей среды в мире. Литиевые батареи широко используются в индустрии электромобилей, особенно появление литиево-фосфатных батарей, что способствует развитию и применению индустрии литиевых батарей.

Ожидается, что введение «Планирования» изменит мировую модель литиевых батарей.

18 апреля Государственный совет обсудил и утвердил «План развития энергосбережения и развития индустрии новых энергетических транспортных средств (2012–2020 гг.)» (Далее именуемый «Планирование»), в котором разъясняется основная стратегическая ориентация чисто электрического привода на преобразование. автомобильной промышленности. Подключаемые гибридные автомобили, и в 2015 году общий объем производства и продаж чисто электрических и гибридных автомобилей достиг 500 000 автомобилей, а цель - более 5 миллионов автомобилей к 2020 году.

Внедрение «Планировки» вызвало большую озабоченность в мастерской. Многие эксперты считают, что этот шаг поможет автомобильной промышленности вступить в новый виток развития. Кроме того, он незримо очертил огромный рынок для индустрии аккумуляторных батарей, ключевого компонента энергосберегающих автомобилей и транспортных средств на новой энергии.

Согласно статистическим данным отчета об анализе спроса и прогноза инвестиций в отрасли производства литиевых батарей в Китае за 2013-2017 гг., Объем рынка готовых литиевых аккумуляторных батарей в новых энергетических транспортных средствах Китая, накопителях энергии в электросетях, специальных транспортных средствах и базовых станциях связи в Китае. 2012 г. составил 3,5 млрд юаней по сравнению с 2,6 млрд юаней в 2011 г., рост составил 34,6%. Среди них применение транспортных средств на новой энергии составило 57%.

С тех пор, как в 2007 году Apple выпустила смартфоны, а затем выпустила планшеты, мир вступил в эру интеллекта. Высокий спрос на смартфоны и планшеты привел к быстрому увеличению продаж цифровых литиевых аккумуляторов, при этом наибольший объем продаж литиевых аккумуляторов для мобильных телефонов.

В 2012 году быстрая корректировка товарной структуры индустрии цифровых литиевых батарей позволила быстро увеличить продажи литиевых батарей в мягкой упаковке и цилиндрических литиевых батарей, сохранив темпы роста более чем на 30%. С другой стороны, размер рынка квадратных литиевых батарей с алюминиевым корпусом быстро сокращается. Вся индустрия цифровых литиевых батарей претерпевает глубокие изменения. Для инвесторов возможность уловить рыночные тенденции в изменении определяет дальнейшую судьбу компании.

Применение литиевой батареи:

С развитием технологий микроэлектроники в двадцатом веке количество миниатюрных устройств увеличивается, и к источникам питания предъявляются высокие требования. Литиевые батареи вышли на масштабную практическую стадию.

Первые использованные литиевые первичные батареи использовались в кардиостимуляторах. Поскольку скорость саморазряда литиевой батареи чрезвычайно мала, напряжение разряда очень мягкое. Это дает возможность вживлять кардиостимулятор в организм человека на длительное время.

Литий-марганцевые батареи обычно имеют номинальное напряжение выше 3,0 вольт, больше подходят для питания интегральных схем и широко используются в компьютерах, калькуляторах и часах.

Литий-ионные батареи широко используются в мобильных телефонах, портативных компьютерах, электроинструментах, электромобилях, резервных источниках питания уличных фонарей, навигационных огнях и небольших бытовых приборах. Можно сказать, что это самая большая группа приложений.

Страница содержит содержимое машинного перевода.