تاریخچه توسعه باتری لیتیومی
پس از دههها توسعه، باتریهای لیتیومی به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفتهاند و به شدت توسعه یافتهاند. اکنون آنها جایگزینی برای منابع انرژی سنتی شده اند. باتری های لیتیومی چه نوع فرآیند توسعه ای را طی کرده اند؟ بیا یک نگاهی بیندازیم:
1. در دهه 1970، MS Whittingham شرکت Exxon از سولفید تیتانیوم به عنوان ماده کاتد و لیتیوم فلزی به عنوان ماده آند برای ساخت اولین باتری لیتیومی استفاده کرد.
2. در سال 1980، J. Goodenough کشف کرد که اکسید کبالت لیتیوم می تواند به عنوان ماده کاتدی برای باتری های لیتیوم یون استفاده شود.
3. در سال 1982، RR Agarwal و JR Selman از مؤسسه فناوری ایلینویز کشف کردند که یون های لیتیوم دارای ویژگی های گرافیت درونی هستند. این فرآیند سریع و برگشت پذیر است. در عین حال، خطرات ایمنی باتری های لیتیومی ساخته شده از لیتیوم فلزی توجه زیادی را به خود جلب کرده است. بنابراین، مردم سعی کرده اند با استفاده از ویژگی های یون های لیتیوم موجود در گرافیت، باتری های قابل شارژ بسازند. اولین الکترود گرافیتی یون لیتیوم موجود با موفقیت آزمایشی توسط آزمایشگاه بل تولید شد.
4. در سال 1983، M. Thackeray، J. Goodenough و دیگران کشف کردند که اسپینل منگنز یک ماده کاتدی عالی است، با قیمت پایین، پایداری و رسانایی عالی و رسانایی لیتیوم. دمای تجزیه آن بالا است و اکسیداسیون آن بسیار کمتر از اکسید لیتیوم کبالت است. حتی اگر اتصال کوتاه یا شارژ بیش از حد وجود داشته باشد، می تواند از خطر احتراق و انفجار جلوگیری کند.
5. در سال 1989، A. Manthiram و J. Goodenough کشف کردند که یک الکترود مثبت با یک آنیون پلیمری ولتاژ بالاتری تولید می کند.
6. در سال 1991، سونی اولین باتری لیتیوم یون تجاری را عرضه کرد. متعاقباً، باتریهای لیتیوم یونی چهره لوازم الکترونیکی مصرفی را متحول کردند.
7. در سال 1996، Padhi و Goodenough کشف کردند که فسفاتهایی با ساختار الیوین، مانند فسفات آهن لیتیوم (LiFePO4)، برتری بیشتری نسبت به مواد کاتدی سنتی دارند و بنابراین به مواد کاتدی اصلی تبدیل شدهاند.
با توجه به خواص شیمیایی بسیار فعال فلز لیتیوم، پردازش، ذخیره سازی و استفاده از فلز لیتیوم دارای الزامات زیست محیطی بسیار بالایی است. بنابراین، تولید باتری های لیتیومی باید در شرایط محیطی خاص انجام شود. با این حال، با توجه به مزایای فراوان باتری های لیتیومی، باتری های لیتیومی به طور گسترده ای در ابزارهای الکترونیکی، دیجیتال و لوازم خانگی استفاده می شود. با این حال، بیشتر باتری های لیتیومی باتری های ثانویه هستند و باتری های یکبار مصرف نیز وجود دارند. چند باتری ثانویه عمر و ایمنی ضعیفی دارند.
بعدها، شرکت سونی ژاپن'؛ باتری لیتیومی با مواد کربنی به عنوان الکترود منفی و ترکیبی حاوی لیتیوم به عنوان الکترود مثبت اختراع کرد. در طول فرآیند شارژ و تخلیه، لیتیوم فلزی وجود ندارد، فقط یون لیتیوم وجود دارد. این یک باتری لیتیوم یونی است. هنگامی که باتری شارژ می شود، یون های لیتیوم روی الکترود مثبت باتری تولید می شوند و یون های لیتیوم تولید شده از طریق الکترولیت به سمت الکترود منفی حرکت می کنند. کربن به عنوان الکترود منفی ساختار لایه ای دارد. ریز منافذ زیادی دارد. یون های لیتیومی که به الکترود منفی می رسند در ریز منافذ لایه کربن جاسازی می شوند. هر چه یون های لیتیوم بیشتر وارد شوند، ظرفیت شارژ بیشتر است. به همین ترتیب، هنگامی که باتری تخلیه می شود (یعنی فرآیندی که ما از باتری استفاده می کنیم)، یون های لیتیوم تعبیه شده در لایه کربنی الکترود منفی آزاد شده و به سمت الکترود مثبت حرکت می کنند. هر چه یون های لیتیوم بیشتری به الکترود مثبت بازگردانده شوند، ظرفیت تخلیه بیشتر است. آنچه ما معمولاً ظرفیت باتری می نامیم به ظرفیت تخلیه اشاره دارد. در طول فرآیند شارژ و تخلیه یون لیتیوم، یون های لیتیوم در حالت حرکت از الکترود مثبت به الکترود منفی به الکترود مثبت هستند. باتری های لیتیوم یون مانند یک صندلی گهواره ای هستند. دو سر صندلی راک دو قطب باتری هستند و یون لیتیوم مانند یک ورزشکار در صندلی راک به عقب و جلو می رود. بنابراین به باتری های لیتیوم یونی، باتری های صندلی گهواره ای نیز گفته می شود.
با استفاده گسترده از محصولات دیجیتال مانند تلفن همراه، رایانه های نوت بوک و سایر محصولات، باتری های لیتیوم یونی به طور گسترده ای در چنین محصولاتی با عملکرد عالی مورد استفاده قرار گرفته اند و به تدریج در سال های اخیر به برنامه های دیگر محصول تبدیل شده اند. در سال 1998، موسسه تحقیقاتی قدرت تیانجین تولید تجاری باتری های لیتیوم یونی را آغاز کرد. به طور سنتی، مردم از باتری های لیتیوم یونی به عنوان باتری های لیتیومی یاد می کنند، اما این دو نوع باتری متفاوت هستند. در حال حاضر باتری های لیتیوم یون به جریان اصلی تبدیل شده اند.
با توجه به دادههای"پیشبینی تقاضای بازار صنعت باتری لیتیومی چین&و گزارش تحلیل برنامهریزی استراتژیک سرمایهگذاری &، مشکل برجسته لیتیوم چین' صنعت باتری سرمایه گذاری بی وقفه در زنجیره صنعتی است در حالی که رقابت بی نظم تشدید می شود، تقاضای پایین دستی همچنان ضعیف می شود و این صنعت در تلاش برای حرکت رو به جلو در چین است. مسیر توسعه صنعت باتری لیتیومی اساساً یک رشد و شکل گیری پایه است. بنگاه ها اساساً یک عملیات تجاری واحد هستند. ویژگی ها عبارتند از: قدرت محدود، مقیاس کوچک، فشار بقای بالا و توسعه پایدار دشوار. با این حال، به دلیل فضای گسترده بازار برای خودروهای انرژی جدید و حمایت مستمر از سیاستهای دولت، سرمایهگذاری در زنجیره صنعت باتریهای لیتیومی چین' کاهش نیافته است و رقابت بینظم در این صنعت تشدید شده است.
لینک تولید پایین رده دارای مازاد ظرفیت جدی است و لینک رده بالا سرمایه گذاری کافی ندارد و قیمت مواد خام باتری لیتیومی همچنان به کاهش خود ادامه داده است. از مسیر توسعه صنعتی، بر اساس حوزه الکترونیک مصرفی، استفاده از باتریهای لیتیومی کوچک و متوسط مانند ابزارهای الکتریکی و دوچرخههای برقی بهعنوان فرصتهای توسعه، و سپس به باتریهای هیبریدی و در نهایت باتریهای الکتریکی خالص، مسیر توسعه عادی است. در حال حاضر، ابزارهای برقی و دوچرخه های برقی هنوز تحت سلطه باتری های نیکل-کادمیم و سرب-اسید هستند و کاربرد باتری های لیتیومی به کندی در حال توسعه است. فناوری اصلی هیبریدی در خارج از کشور است و محصولات خودروهای هیبریدی عمدتاً مارک های خارجی هستند. از منظر حمایت ملی، بیشتر به سمت خودروهای الکتریکی خالص شیب کنید. با این حال، از آنجایی که مواد و فناوریهای الکتریکی خالص هنوز با کاربرد گسترده فاصله دارند، تقاضا کافی نیست و زنجیره صنعت باتریهای لیتیومی با وضعیت شرمآور سرمایهگذاری بدون کاهش اما تقاضای ضعیف مواجه است.
اگرچه جاده پر پیچ و خم است، اما چشم اندازها هنوز روشن است. مواد باتری بالادست داخلی قبلاً از دوره معرفی خارج شده و وارد دوره رشد سریع شده اند. در حال حاضر، تعدادی از شرکت های مواد با سطوح پیشرفته بین المللی ظهور کرده اند. این شرکت ها بر توسعه فناوری اصلی تمرکز می کنند و با آنها همکاری می کنند تا به طور مشترک محصولاتی را برای نیازهای مختلف مشتریان پایین دستی توسعه دهند. از طریق قابلیتهای توسعه فنی قوی و قابلیتهای خدمات مشتری، شناخته شده مشتری را به دست آورده و پیوسته وارد سیستم زنجیره تامین تولیدکنندگان برتر باتری شده است. قدرت خود را از طریق همکاری و همکاری بیشتر تقویت کنند و به یک دایره با فضیلت دست یابند.
با پیشرفت سریع فناوری اصلی و افزایش مستمر سهم بازار در میان تعدادی از غول های مواد داخلی، قوی ها همچنان قوی خواهند بود. این تمرکز ماست. از دیدگاه Midstream Cell و Downstream Pack، بسیاری از دستگاه های مصرف کننده مهم در حال حاضر چین را به عنوان پایگاه مونتاژ خود انتخاب می کنند. این همچنین باعث شده است که سلولهای باتری ژاپنی و کرهای و کارخانههای مونتاژ باتری نیز در چین مستقر شوند و ظرفیت تولید تولیدکنندگان داخلی نیز به سرعت در حال توسعه است. در بخش میانی سلول، برای مقابله با کاهش تدریجی قیمت محصولات، تولیدکنندگان بیشتر و بیشتری مونتاژ و پردازش باتری را کاهش می دهند، از جمله سونی، سامسونگ، ال جی، نیو انرژی، BYD و غیره، به ویژه در باتری های مربعی و ... باتری های پلیمری که کاملاً اشغال شده اند. نقش تامین مونتاژ سلول باتری. از آنجایی که بیشتر باتریهای منشوری در محصولات تلفن همراه استفاده میشوند، تقریباً همه آنها توسط کارخانههای سلول باتری مونتاژ میشوند. تقریباً تمام سلول های تک باتری های پلیمری به طور کامل توسط کارخانه های سلول باتری به طور مستقل مونتاژ می شوند. فقط برنامه های چند سری و موازی توسط کارخانه مونتاژ مونتاژ و پردازش می شود. Midstream Cell و Downstream Pack به تدریج از یک رابطه خالص بالادستی-پایین دستی در گذشته به یک رابطه همکاری و رقابتی تبدیل شده اند. رابطه بین رقابت در آینده به تدریج افزایش خواهد یافت.
