Entwicklung und Anwendung von Lithiumbatterien

Eine "Lithiumbatterie" ist ein Batterietyp, der ein Lithiummetall oder eine Lithiumlegierung als negatives Elektrodenmaterial und eine nichtwässrige Elektrolytlösung verwendet. Lithium-Metall-Batterien wurden erstmals 1912 von Gilbert N. Lewis vorgeschlagen und untersucht. In den 1970er Jahren schlug MSWhitTIngham Lithium-Ionen-Batterien vor und begann mit deren Erforschung. Aufgrund der sehr aktiven chemischen Eigenschaften von Lithiummetall sind die Verarbeitung, Lagerung und Verwendung von Lithiummetall sehr anspruchsvoll für die Umwelt. Daher werden Lithiumbatterien seit langem nicht mehr verwendet. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie sind Lithiumbatterien zum Mainstream geworden. Lithiumbatterien können grob in zwei Kategorien unterteilt werden: Lithiummetallbatterien und Lithiumionenbatterien. Lithium-Ionen-Batterien enthalten kein metallisches Lithium und sind wiederaufladbar. Die Lithium-Metall-Batterie der fünften Generation mit wiederaufladbaren Batterien wurde 1996 geboren. Sicherheit, spezifische Kapazität, Selbstentladungsrate und Leistungspreisverhältnis sind besser als bei Lithium-Ionen-Batterien.

Der Entwicklungsprozess von Lithiumbatterien:

1970 verwendete MSWhitTIngham von Exxon Titansulfid als positives Elektrodenmaterial und Lithiummetall als negatives Elektrodenmaterial, um die erste Lithiumbatterie herzustellen. Das positive Elektrodenmaterial der Lithiumbatterie ist Mangandioxid oder Thionylchlorid, und die negative Elektrode ist Lithium. Nach dem Zusammenbau der Batterie hat die Batterie eine Spannung und muss nicht aufgeladen werden. Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ionen-Batterien) sind die Entwicklung von lithium-batterien. Beispielsweise war die in der vorherigen Kamera verwendete Tastenbatterie eine Lithiumbatterie. Der Akku kann auch aufgeladen werden, aber die Zyklusleistung ist nicht gut, und während des Lade- und Entladezyklus bilden sich leicht Lithiumkristalle, die einen internen Kurzschluss des Akkus verursachen. Daher ist das Laden des Akkus im Allgemeinen verboten. 1980 entdeckte J. Goodenough, dass Lithiumcobaltat als positives Elektrodenmaterial für Lithiumionenbatterien verwendet werden kann.

RR Agarwal und JR Selman vom Illinois Institute of Technology entdeckten 1982, dass Lithiumionen die Eigenschaft haben, in Graphit eingebettet zu sein, der schnell und reversibel ist. Gleichzeitig hat die Lithiumbatterie aus Lithiummetall viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, weshalb versucht wurde, eine wiederaufladbare Batterie unter Verwendung der Eigenschaften von in Lithiumionen eingebettetem Graphit herzustellen. Die erste verfügbare Lithium-Ionen-Graphitelektrode wurde erfolgreich von Bell Labs hergestellt.

1983 entdeckten M. Thackeray und J. Goodenough, dass Manganspinell ein ausgezeichnetes positives Elektrodenmaterial mit geringen Kosten, Stabilität und ausgezeichneter Leitfähigkeit und Lithiumführungseigenschaften ist. Die Zersetzungstemperatur ist hoch und die Oxidation ist viel niedriger als die von Lithiumcobaltat. Selbst wenn ein Kurzschluss oder eine Überladung auftritt, kann die Gefahr von Verbrennungen und Explosionen vermieden werden.

1989 entdeckten A. Manthiram und J. Goodenough, dass eine positive Elektrode mit einem polymeren Anion eine höhere Spannung erzeugen würde.

1992 erfand die japanische Sony Corporation eine Lithiumbatterie, bei der ein Kohlenstoffmaterial als negative Elektrode und eine lithiumhaltige Verbindung als positive Elektrode verwendet wurden. Beim Laden und Entladen existiert kein Metalllithium, nur Lithiumionen, bei denen es sich um eine Lithiumionenbatterie handelt. In der Folge revolutionierten Lithium-Ionen-Batterien das Gesicht der Unterhaltungselektronik. Eine solche Batterie, die Lithiumcobaltat als positives Elektrodenmaterial verwendet, ist immer noch die Hauptstromquelle für tragbare elektronische Geräte.

1996 entdeckten Padhi und Goodenough, dass Phosphate mit Olivinstruktur wie Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) sicherer sind als herkömmliche Kathodenmaterialien, insbesondere bei hoher Temperaturbeständigkeit, und dass die Überladungsbeständigkeit herkömmlichen Lithiumionenbatteriematerialien weit überlegen ist. Daher ist es das Kathodenmaterial der aktuellen Mainstream-Hochstrom-Entladungsleistungs-Lithiumbatterie geworden.

In der Geschichte der Batterieentwicklung können wir drei Merkmale der aktuellen Entwicklung der weltweiten Batterieindustrie erkennen. Erstens die rasche Entwicklung grüner Batterien, einschließlich Lithium-Ionen-Batterien, Wasserstoff-Nickel-Batterien usw.; Die zweite ist die Umwandlung von Primärbatterien in Batterien, was im Einklang mit der Strategie für nachhaltige Entwicklung steht. Drittens entwickelt sich die Batterie in einer kleinen, leichten und dünnen Richtung weiter. Unter den handelsüblichen wiederaufladbaren Batterien weisen Lithium-Ionen-Batterien die höchste spezifische Energie auf, insbesondere Polymer-Lithium-Ionen-Batterien, mit denen sich wiederaufladbare Batterien verdünnen lassen. Gerade weil Lithium-Ionen-Batterien eine höhere volumetrische Energie und Masse als spezifische Energie haben, aufgeladen und umweltfreundlich sind und die drei Merkmale der aktuellen Entwicklung der Batterieindustrie aufweisen, gibt es in den Industrieländern ein schnelles Wachstum. Die Entwicklung der Telekommunikations- und Informationsmärkte, insbesondere die großflächige Nutzung von Mobiltelefonen und Notebooks, hat Lithium-Ionen-Batterien Marktchancen eröffnet. Die Lithium-Ionen-Batterie in der Lithium-Ionen-Batterie wird die Flüssigelektrolyt-Lithium-Ionen-Batterie mit ihren einzigartigen Sicherheitsvorteilen schrittweise ersetzen und zum Hauptbestandteil von Lithium-Ionen-Batterien werden. Die Polymer-Lithium-Ionen-Batterie ist als "Batterie des 21. Jahrhunderts" bekannt, die eine neue Ära der Speicherbatterien einleiten wird, und die Entwicklungsaussichten sind sehr optimistisch.

Im März 2015 entwickelten Sharp und Professor Tanaka Hyun von der Universität Kyoto gemeinsam eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer Lebensdauer von 70 Jahren. Der im Versuch hergestellte langlebige lithium-ionen-akku hat ein Volumen von 8 Kubikzentimetern und eine Lade- und Entladefrequenz von 25.000. Und Sharp sagte, dass nach dem 10.000-fachen Laden und Entladen des langlebigen lithium-ionen-akkus seine Leistung immer noch stabil ist.

Die Entwicklungsperspektiven von Lithiumbatterien:

Verschiedene Materialien wurden untersucht, um bessere Sorten zu entwickeln. Der Lithiumbatteriebus der VAE (hergestellt in den Niederlanden) hat ein beispielloses Produkt geschaffen. Beispielsweise sind Lithiumschwefeldioxidbatterien und Lithiumthionylchloridbatterien sehr charakteristisch. Ihre positiven Wirkstoffe sind auch Lösungsmittel für den Elektrolyten. Diese Struktur tritt nur in elektrochemischen Systemen auf, die keine wässrigen Lösungen sind. Daher hat die Forschung an Lithiumbatterien auch die Entwicklung der elektrochemischen Theorie nichtwässriger Systeme gefördert. Neben der Verwendung verschiedener nichtwässriger Lösungsmittel wurden auch Untersuchungen zu Polymer-Dünnschichtbatterien durchgeführt.

Lithiumbatterien werden häufig in Energiespeichersystemen wie Wasserkraft-, Feuerkraft-, Windkraft- und Solarkraftwerken, unterbrechungsfreien Stromversorgungen für Post und Telekommunikation sowie Elektrowerkzeugen, Elektrofahrrädern, Elektromotorrädern, Elektrofahrzeugen, militärischen Geräten und Luft- und Raumfahrt eingesetzt und viele andere Bereiche.

Lithium-Ionen-Batterien werden aufgrund ihrer einzigartigen Leistungsvorteile häufig in tragbaren Geräten wie Laptops, Camcordern und Mobilkommunikation verwendet. Die entwickelte Lithium-Ionen-Batterie mit großer Kapazität wurde in Elektrofahrzeugen getestet und wird voraussichtlich im 21. Jahrhundert zu einer der Hauptstromquellen für Elektrofahrzeuge werden. Sie wird in Seitensatelliten, in der Luft- und Raumfahrt sowie in Energiespeichern eingesetzt Energie und der Druck auf den weltweiten Umweltschutz. Lithiumbatterien sind in der Elektrofahrzeugindustrie weit verbreitet, insbesondere das Auftreten von Lithiumeisenphosphatbatterien, die die Entwicklung und Anwendung der Lithiumbatterieindustrie fördern.

Die Einführung von "Planning" wird voraussichtlich das weltweite Lithiumbatteriemuster verändern

Am 18. April erörterte und genehmigte der Staatsrat den „Entwicklungsplan für die Energieeinsparung und die Entwicklung neuer Energiefahrzeuge (2012 ~ 2020)“ (im Folgenden als „Planung“ bezeichnet), in dem die strategische Hauptausrichtung des rein elektrischen Antriebs für die Umgestaltung klargestellt wurde der Automobilindustrie. Plug-in-Hybridfahrzeuge und im Jahr 2015 erreichten die Gesamtproduktion und der Absatz von reinen Elektro- und Hybridfahrzeugen 500.000 Fahrzeuge und das Ziel von mehr als 5 Millionen Fahrzeugen bis 2020.

Die Einführung der "Planung" hat in der Werkstatt große Besorgnis ausgelöst. Viele Experten glauben, dass dieser Schritt die Automobilindustrie in eine neue Runde der Entwicklungsphase führen wird. Darüber hinaus wird unsichtbar ein riesiger Markt für die Energiebatterieindustrie dargestellt, die Kernkomponente von energiesparenden und neuen Energiefahrzeugen.

Laut den Statistiken des Produktionsberichts- und Investitionsprognoseberichts der chinesischen Lithiumbatterieindustrie für den Zeitraum 2013-2017 ist die Marktgröße der fertigen Lithiumbatteriesätze in Chinas neuen Energiefahrzeugen, Energiespeichern im Stromnetz, Spezialfahrzeugen und Kommunikationsbasisstationen in 2012 waren es 3,5 Milliarden Yuan gegenüber 2,6 Milliarden Yuan im Jahr 2011, ein Anstieg um 34,6%. Unter ihnen entfielen 57% auf den Einsatz neuer Energiefahrzeuge.

Seit Apple 2007 Smartphones herausgebracht und dann Tablet-PCs auf den Markt gebracht hat, ist die Welt in eine Ära der Intelligenz eingetreten. Die starke Nachfrage nach Smartphones und Tablets hat den Absatz von digitalen Lithiumbatterien schnell angekurbelt, wobei der größte Absatz von Lithiumbatterien für Mobiltelefone zu verzeichnen ist.

Die rasche Anpassung der Produktstruktur der digitalen Lithiumbatterieindustrie im Jahr 2012 ermöglichte einen raschen Anstieg des Absatzes von weich verpackten Lithiumbatterien und zylindrischen Lithiumbatterien und hielt die Wachstumsrate von mehr als 30% aufrecht. Andererseits schrumpft die Marktgröße von quadratischen Aluminiumschalen-Lithiumbatterien rapide. Die gesamte digitale Lithiumbatterieindustrie befindet sich in tiefgreifenden Veränderungen. Für Anleger bestimmt das zukünftige Schicksal des Unternehmens, ob die Markttrends in der Veränderung erfasst werden können.

Lithiumbatterieanwendung:

Mit der Entwicklung der Mikroelektronik-Technologie im 20. Jahrhundert nimmt die Anzahl miniaturisierter Geräte zu und es werden hohe Anforderungen an die Stromversorgung gestellt. Lithiumbatterien haben eine große praktische Phase erreicht.

Die früheste verwendete Lithium-Primärbatterie wurde in Herzschrittmachern verwendet. Da die Selbstentladungsrate der Lithium-Subbatterie extrem niedrig ist, ist die Entladespannung sehr gering. Dadurch ist es möglich, den Herzschrittmacher für lange Zeit in den menschlichen Körper zu implantieren.

Lithium-Mangan-Batterien haben im Allgemeinen eine Nennspannung von mehr als 3,0 Volt und eignen sich besser für die Stromversorgung mit integrierten Schaltkreisen. Sie werden häufig in Computern, Taschenrechnern und Uhren verwendet.

Lithium-Ionen-Batterien werden häufig in Mobiltelefonen, Notebooks, Elektrowerkzeugen, Elektrofahrzeugen, Notstromversorgungen für Straßenlaternen, Navigationslichtern und kleinen Haushaltsgeräten verwendet. Es kann gesagt werden, dass es die größte Anwendungsgruppe ist.

Die Seite enthält den Inhalt der maschinellen Übersetzung.