Desarrollo y aplicación de batería de litio.

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 electrolito no acuoso. Las baterías de metal de litio fueron propuestas y estudiadas por primera vez por Gilbert N. Lewis en 1912. En la década de 1970, MSWhitTIngham propuso y comenzó a investigar las baterías de iones de litio. Debido a las propiedades químicas muy activas del metal de litio, el procesamiento, almacenamiento y uso del metal de 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 de litio y baterías de iones de 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 autodescarga y relación precio rendimiento son mejores que las baterías de iones de litio.

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, la batería tiene voltaje y no es necesario cargarla. Las baterías de iones de litio (Li-ionBatteries) son el desarrollo de las baterías de litio. Por ejemplo, la pila de botón utilizada en la cámara anterior era una pila 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 cobaltato de litio se puede utilizar como material de electrodo positivo para baterías de iones de litio.

RR Agarwal y JR Selman del Instituto de Tecnología de Illinois en 1982 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 la gente intentó hacer una batería recargable utilizando las características del grafito incrustado de iones de litio. Bell Labs produjo con éxito el primer electrodo de grafito de iones de litio disponible.

En 1983, M. Thackeray y J. Goodenough descubrieron que la espinela de manganeso es un excelente material de electrodo positivo con bajo costo, estabilidad y excelentes propiedades de conductividad y guía de litio. La temperatura de descomposición es alta y la oxidación es mucho más baja que la del cobaltato de litio. Incluso si se produce un cortocircuito o una sobrecarga, se puede evitar el riesgo 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 of Japan inventó una batería de litio que utiliza 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 litio metálico, solo iones de litio, que es una batería de iones de litio. Posteriormente, las baterías de iones de litio revolucionaron la cara de la electrónica de consumo. Una batería de este tipo que utiliza cobaltato de litio como material de electrodo positivo sigue siendo la principal fuente de energía para los dispositivos electrónicos portátiles.

En 1996, Padhi y Goodenough descubrieron que los fosfatos con estructura de olivina, como el fosfato de hierro y litio (LiFePO4), son más seguros que los materiales catódicos 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 del cátodo de la batería de litio de potencia de descarga de alta corriente de corriente principal.

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 baterías ecológicas, 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 sustentable; En tercer lugar, la batería se está desarrollando aún más en una dirección pequeña, liviana y delgada. Entre las baterías recargables comerciales, las baterías de iones de litio tienen la energía específica más alta, especialmente las baterías de polímero de iones de litio, que pueden lograr el adelgazamiento de las baterías recargables. Es precisamente porque las baterías de iones de litio tienen mayor energía volumétrica y masa que la energía específica, pueden cargarse y estar libres de contaminación y tienen las tres características del desarrollo actual de la industria de baterías, por lo que hay un rápido crecimiento en los países desarrollados. El desarrollo de los mercados de las telecomunicaciones y la 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 a 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", lo que abrirá una nueva era de baterías de almacenamiento, y 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 por la prueba tiene un volumen de 8 centímetros cúbicos y una frecuencia de carga y descarga de 25.000 veces. Y Sharp dijo que después de que la batería de iones de litio de larga duración se cargue y descargue 10.000 veces, su rendimiento sigue siendo estable.

Las perspectivas de desarrollo de las baterías de litio:

Se han estudiado varios materiales con el fin de desarrollar variedades más excelentes. El autobús de batería de litio de los EAU (fabricado en los Países Bajos) ha creado un producto sin precedentes. Por ejemplo, las baterías de dióxido de azufre y litio y las baterías de cloruro de tionilo y 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 los sistemas no acuosos. Además del uso de varios disolventes no acuosos, también se han realizado investigaciones sobre baterías de polímero de película fina.

Las baterías de litio se utilizan ampliamente en sistemas de almacenamiento de energía como centrales hidroeléctricas, de fuego, eólicas y solares, 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.

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 utilizará en satélites laterales, aeroespacial y almacenamiento de energía con la escasez de la 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 la apariencia de la batería de fosfato de hierro y litio, que promueve el desarrollo y la aplicación de la industria de las baterías de litio.

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 Vehículos de Nuevas Energías y Conservación de Energía (2012 ~ 2020)” (en adelante, “Planificación”), que aclaró la principal orientación estratégica del impulso eléctrico puro para la transformación. de la industria del automóvil. Vehículos híbridos enchufables, y en 2015, la producción y las ventas totales de vehículos eléctricos e híbridos puros alcanzaron los 500,000 vehículos, y el objetivo de más de 5 millones de vehículos para 2020.

La introducción de la "Planificación" ha causado gran preocupación en el taller. Muchos expertos creen que este movimiento promoverá que la industria automotriz entre en una nueva ronda de período de desarrollo. Además, delineará de manera invisible un gran mercado para la industria de las baterías de energía, el componente central de los vehículos de ahorro de energía y de nueva energía.

De acuerdo con las estadísticas del Informe de Análisis de Previsión de Inversión y Producción de la Industria de Baterías de Litio de China 2013-2017, el tamaño del mercado de los paquetes de baterías de litio terminados en los vehículos de nueva 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 en comparación con los 2,6 mil millones de yuanes en 2011, aumentó en un 34,6%. Entre ellos, la aplicación de vehículos de nueva energía supuso el 57%.

Desde que Apple lanzó los teléfonos inteligentes en 2007 y luego lanzó las tabletas, el mundo ha entrado en una era de inteligencia. 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 de productos de la industria de las baterías de litio digitales permitió que las ventas de baterías de litio compactas y cilíndricas aumentaran rápidamente y mantuvieron la tasa de crecimiento de más del 30%. Por otro lado, el tamaño del mercado de las baterías de litio cuadradas con carcasa de aluminio se está reduciendo rápidamente. Toda la industria de las baterías de litio digitales está experimentando cambios profundos. Para los inversores, si las tendencias del mercado pueden captarse en el cambio determina el destino futuro de la empresa.

Aplicación de batería de litio:

Con el desarrollo de la tecnología 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 utilizó en marcapasos. Dado que la tasa de autodescarga de la subbatería 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, son más adecuadas para la fuente de alimentación de circuito integrado y se utilizan ampliamente en computadoras, calculadoras y relojes.

Las baterías de iones de litio se utilizan 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 grupo de aplicaciones más grande.

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