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Proceso de desarrollo, perspectivas de desarrollo y aplicaciones de baterías de baterías de litio
- Sep 05, 2018 -

Una "batería de litio" es un tipo de batería que utiliza un metal de litio o una aleación de litio como material de electrodo negativo y utiliza una solución de electrólito no acuosa. Las baterías de metal de litio fueron propuestas y estudiadas por primera vez por Gilbert N. Lewis en 1912. En la década de 1970, MS WhitTIngham propuso y comenzó a investigar baterías de iones de litio. Debido a las propiedades químicas muy activas del metal litio, el procesamiento, almacenamiento y uso del metal litio son muy exigentes para el medio ambiente. Por lo tanto, las baterías de litio no se han utilizado durante mucho tiempo. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, las baterías de litio se han convertido en la corriente principal. Las baterías de litio se pueden dividir aproximadamente en dos categorías: baterías de metal litio y baterías de ion litio. Las baterías de iones de litio no contienen litio metálico y son recargables. La batería de litio-metal de quinta generación de baterías recargables nació en 1996, y su seguridad, capacidad específica, tasa de auto descarga y relación de precio de rendimiento son mejores que las baterías de litio-ion.

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El proceso de desarrollo de las baterías de litio:

En 1970, MSWhitTIngham de Exxon utilizó sulfuro de titanio como material de electrodo positivo y metal de litio como material de electrodo negativo para fabricar la primera batería de litio. El material del electrodo positivo de la batería de litio es dióxido de manganeso o cloruro de tionilo, y el electrodo negativo es litio. Una vez ensamblada la batería, ésta tiene voltaje y no necesita cargarse. Las baterías de iones de litio (baterías de iones de litio) son el desarrollo de las baterías de litio. Por ejemplo, la batería de botón utilizada en la cámara anterior era una batería de litio. La batería también se puede cargar, pero el rendimiento del ciclo no es bueno, y los cristales de litio se forman fácilmente durante el ciclo de carga y descarga, lo que provoca un cortocircuito interno de la batería, por lo que, en general, está prohibido cargar la batería. En 1980, J. Goodenough descubrió que el cobalto de litio se puede usar como material de electrodo positivo para baterías de iones de litio.

En 1982, RR Agarwal y JR Selman del Instituto de Tecnología de Illinois descubrieron que los iones de litio tienen la propiedad de estar incrustados en el grafito, que es rápido y reversible. Al mismo tiempo, la batería de litio hecha de metal de litio ha atraído mucha atención, por lo que las personas intentaron fabricar una batería recargable utilizando las características del grafito integrado en iones de litio. El primer electrodo de grafito de iones de litio disponible fue producido con éxito por los laboratorios Bell.

En 1983, M. Thackeray, J. Goodenough et al. descubrió que la espinela de manganeso es un excelente material de cátodo con bajo costo, estabilidad y excelente conductividad y propiedades de guía de litio. La temperatura de descomposición es alta y la oxidación es mucho menor que la del cobalto de litio. Incluso si se producen cortocircuitos o sobrecargas, se puede evitar el peligro de quemaduras y explosiones.

En 1989, A. Manthiram y J. Goodenough descubrieron que un electrodo positivo con un anión polimérico produciría un voltaje más alto.

En 1992, Sony Corporation de Japón inventó una batería de litio utilizando un material de carbono como electrodo negativo y un compuesto que contiene litio como electrodo positivo. En el proceso de carga y descarga, no existe metal litio, solo iones de litio, que es una batería de ion litio. Posteriormente, las baterías de iones de litio revolucionaron la cara de la electrónica de consumo. Una batería de este tipo que utiliza cobalto de litio como material de electrodo positivo sigue siendo la principal fuente de alimentación para dispositivos electrónicos portátiles.

En 1996, Padhi y Goodenough descubrieron que los fosfatos con estructura de olivino, como el fosfato de litio y hierro (LiFePO4), son más seguros que los materiales de cátodos tradicionales, especialmente la resistencia a altas temperaturas, y la resistencia a la sobrecarga es muy superior a los materiales tradicionales de baterías de iones de litio. Por lo tanto, se ha convertido en el material de cátodo de la batería de litio de corriente de descarga de alta corriente de corriente principal.

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A lo largo de la historia del desarrollo de baterías, podemos ver tres características del desarrollo actual de la industria mundial de baterías. Primero, el rápido desarrollo de las baterías verdes, incluidas las baterías de iones de litio, las baterías de hidrógeno-níquel, etc .; el segundo es la conversión de baterías primarias en baterías, lo cual es consistente con la estrategia de desarrollo sostenible; En tercer lugar, la batería se desarrolla aún más en una dirección pequeña, ligera y delgada. Entre las baterías recargables comerciales, las baterías de iones de litio tienen la mayor energía específica, especialmente las baterías de iones de litio de polímero, que pueden lograr el adelgazamiento de baterías recargables. Es precisamente porque las baterías de iones de litio tienen una energía volumétrica y una masa más altas que la energía, pueden cargarse y estar libres de contaminación, y tienen las tres características del desarrollo actual de la industria de las baterías, por lo que hay un rápido crecimiento en los países desarrollados. El desarrollo de los mercados de telecomunicaciones e información, especialmente el uso a gran escala de teléfonos móviles y computadoras portátiles, ha brindado oportunidades de mercado a las baterías de iones de litio. La batería de iones de litio en la batería de iones de litio reemplazará gradualmente la batería de iones de litio de electrolito líquido con sus ventajas de seguridad únicas, y se convertirá en la corriente principal de las baterías de iones de litio. La batería de polímero de iones de litio se conoce como la "batería del siglo XXI" y abrirá una nueva era de baterías de almacenamiento. Las perspectivas de desarrollo son muy optimistas.

En marzo de 2015, Sharp y el profesor Tanaka Hyun de la Universidad de Kyoto desarrollaron conjuntamente una batería de iones de litio con una vida útil de 70 años. La batería de iones de litio de larga duración producida en este ensayo tiene un volumen de 8 centímetros cúbicos y una carga y descarga de 25,000 veces. Y Sharp dijo que después de que la batería de iones de litio de larga duración se carga y descarga 10.000 veces, su rendimiento sigue siendo estable.

Las perspectivas de desarrollo de las baterías de litio:

Se han estudiado diversos materiales para desarrollar variedades más excelentes. El bus de baterías de litio de los EAU (fabricado en los Países Bajos) ha creado un producto sin precedentes. Por ejemplo, las baterías de dióxido de azufre de litio y las baterías de cloruro de tionilo de litio son muy características. Sus materiales activos positivos también son disolventes para el electrolito. Esta estructura solo ocurre en sistemas electroquímicos que no son soluciones acuosas. Por lo tanto, la investigación de las baterías de litio también ha promovido el desarrollo de la teoría electroquímica de sistemas no acuosos. Además del uso de varios solventes no acuosos, también se han realizado investigaciones sobre baterías de película delgada de polímero.

Las baterías de litio se utilizan ampliamente en sistemas de energía de almacenamiento de energía, como hidroelectricidad, potencia de fuego, energía eólica y plantas de energía solar, fuentes de alimentación ininterrumpida para correos y telecomunicaciones, así como herramientas eléctricas, bicicletas eléctricas, motocicletas eléctricas, vehículos eléctricos, equipo militar, aeroespacial. y muchos otros campos.

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Las baterías de iones de litio se han utilizado ampliamente en dispositivos portátiles como computadoras portátiles, videocámaras y comunicaciones móviles debido a sus ventajas de rendimiento únicas. La batería de iones de litio de gran capacidad desarrollada ha sido probada en vehículos eléctricos y se espera que se convierta en una de las principales fuentes de energía para vehículos eléctricos en el siglo XXI, y se usará en satélites laterales, aeroespacial y almacenamiento de energía. Con la escasez de energía y la presión sobre la protección del medio ambiente mundial. La batería de litio se usa ampliamente en la industria de los vehículos eléctricos, especialmente en la apariencia de la batería de fosfato de hierro y litio, que promueve el desarrollo y la aplicación de la industria de baterías de litio.

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Se espera que la introducción de "Planificación" cambie el patrón mundial de baterías de litio.

El 18 de abril, el Consejo de Estado discutió y aprobó el “Plan de desarrollo de la industria de la conservación de energía y vehículos de nueva energía (2012-2020)” (en adelante, “Planificación”), que aclaró la principal orientación estratégica de la unidad eléctrica pura para la transformación. de la industria del automóvil. El auto híbrido enchufable ha establecido un objetivo de 500,000 unidades de vehículos puramente eléctricos e híbridos en 2015 y más de 5 millones de unidades para 2020.

La introducción de la "Planificación" ha causado gran preocupación en el taller. Muchos expertos creen que esta medida promoverá la industria automotriz para ingresar a una nueva ronda de período de desarrollo. Además, esbozará invisiblemente un enorme mercado para la industria de baterías eléctricas, el componente central del ahorro de energía y los vehículos de nueva energía.

De acuerdo con las estadísticas del Informe de análisis de la demanda de la producción y la demanda de ventas y de la inversión en la industria de baterías de litio de China 2013-2017, el tamaño de mercado de los paquetes de baterías de litio terminados en los nuevos vehículos de energía de China, el almacenamiento de energía de la red eléctrica, los vehículos especiales y las estaciones base de comunicación en 2012 fue de 3.5 mil millones de yuanes. Esto representa un aumento del 34,6% con respecto a los 2.600 millones de yuanes en 2011. Entre ellos, la aplicación de nuevos vehículos de energía representó el 57%.

Desde que Apple lanzó los teléfonos inteligentes en 2007 y luego lanzó tabletas, el mundo ha entrado en una era inteligente. La fuerte demanda de teléfonos inteligentes y tabletas ha impulsado rápidamente las ventas de baterías de litio digitales, con las mayores ventas de baterías de litio para teléfonos móviles.

En 2012, el rápido ajuste de la estructura del producto de la industria de las baterías de litio digital permitió que las ventas de baterías de litio compactas y baterías de litio cilíndricas aumentaran rápidamente, y mantuvo la tasa de crecimiento en más del 30%. Por otro lado, el tamaño de mercado de las baterías cuadradas de litio de carcasa de aluminio se está reduciendo rápidamente. Toda la industria de las baterías digitales de litio está experimentando cambios profundos. Para los inversores, si las tendencias del mercado se pueden captar en el cambio determina el futuro destino de la empresa.

Aplicación de la batería de litio:

Con el desarrollo de la tecnología de microelectrónica en el siglo XX, el número de dispositivos miniaturizados está aumentando y se imponen altos requisitos a las fuentes de alimentación. Las baterías de litio han entrado en una etapa práctica a gran escala.

La primera batería primaria de litio aplicada se usó en marcapasos. Dado que la tasa de autodescarga de la sub-batería de litio es extremadamente baja, el voltaje de descarga es muy suave. Permite implantar el marcapasos en el cuerpo humano durante mucho tiempo.

Las baterías de litio-manganeso generalmente tienen un voltaje nominal superior a 3.0 voltios y son más adecuadas para su uso como fuentes de alimentación de circuito integrado, y se usan ampliamente en computadoras, calculadoras y relojes.

Las baterías de iones de litio se usan ampliamente en teléfonos móviles, computadoras portátiles, herramientas eléctricas, vehículos eléctricos, fuentes de alimentación de respaldo para farolas, luces de navegación y pequeños electrodomésticos. Se puede decir que es el mayor grupo de aplicaciones.

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