Introdução ao desenvolvimento do separador de baterias de lítio
Separador de baterias de lítio, materiais catódicosOs materiais do ânodo e do eletrólito são os materiais mais importantes que constituem as baterias de iões de lítio. O interior da bateria de iões de lítio adopta uma estrutura em espiral, que tem de ser separada entre o cátodo e o ânodo com um material separador de película fina muito fino e altamente permeável.
Índice
Separador de baterias de lítio
O separador de baterias de lítio é um dos quatro principais materiais das baterias de lítio. Como camada isolante e camada semipermeável, é um componente central indispensável das baterias de lítio. Em primeiro lugar, o separador da bateria de lítio tem isolamento eletrónico, que separa o cátodo e o ânodo da bateria de lítio e impede que a bateria entre em curto-circuito. Nas baterias de lítio, o separador da bateria de lítio serve para evitar que o cátodo e o ânodo entrem em contacto e entrem em curto-circuito.
Em segundo lugar, o separador da bateria de lítio deve ter condutividade iónica para garantir que os iões de lítio possam passar normalmente através dos microporos do separador durante a carga e a descarga. O separador de baterias de lítio é uma película fina com um grande número de microporos à escala nanométrica. A dimensão dos microporos deve não só impedir a transmissão de electrões e evitar curto-circuitos, mas também assegurar a passagem livre de iões de lítio para que as baterias de lítio possam ser carregadas e descarregadas normalmente.
Além disso, o fabrico de baterias de lítio também exige uma uniformidade e consistência extremamente elevadas da distribuição de microporos dos separadores de baterias de lítio. O separador de baterias de lítio também precisa de ser tecnicamente correto, o que determina a complexidade do processo de produção do separador de baterias de lítio e as elevadas barreiras técnicas. As baterias de lítio de elevado desempenho requerem um separador com espessura uniforme, excelentes propriedades mecânicas, permeabilidade ao ar e propriedades físicas e químicas. Muitos indicadores de desempenho são frequentemente difíceis de equilibrar, e a investigação e o desenvolvimento são difíceis.
O facto de o separador da bateria de lítio ser excelente ou não afecta diretamente a resistência interna, a capacidade, o desempenho do ciclo e o desempenho de segurança da bateria de lítio. É o principal componente interno com mais barreiras técnicas na cadeia da indústria de baterias de iões de lítio. Atualmente, os separadores comerciais de baterias de lítio são principalmente separadores de polietileno (PE), separadores de polipropileno (PP) e membranas microporosas multicamadas compostas de PE e PP.
O processo de produção do separador de baterias de lítio
A produção de separadores de baterias de lítio divide-se em dois processos: processo seco e processo húmido. Entre eles, o processo de produção do separador a seco divide-se em duas tecnologias: desenho simples e desenho duplo. O equipamento do separador de processo seco está maduro, o processo é relativamente simples e tem alta segurança porque quase não há fenómeno de retração térmica. Ao mesmo tempo, o custo é baixo e é adequado para os domínios do armazenamento de energia, baterias de consumo e baterias de fosfato de ferro e lítio.
O custo do separador húmido é mais elevado do que o do separador seco, mas a porosidade, a uniformidade do tamanho dos poros e a permeabilidade ao ar são melhores, e pode ser produzido um separador mais fino. O separador "separador de base húmida + camada de revestimento" é considerado mais adequado para o fabrico de baterias com elevada densidade energética. Em 2021, a produção total do separador de baterias de lítio da China será de 7,904 mil milhões de metros quadrados, e a capacidade de produção do separador de processo húmido será superior à dos diafragmas de processo seco, continuando a dominar o mercado.
Ambiente de mercado do separador de baterias de lítio
O separador de baterias de lítio é amplamente utilizado em veículos de energia nova, centrais de armazenamento de energia, bicicletas eléctricas, ferramentas eléctricas, produtos electrónicos digitais e outros domínios, e pode ser dividido em três cenários de utilização principais nos domínios das baterias de energia, do armazenamento de energia e da eletrónica de consumo. Nos últimos anos, o indústria das pilhas de lítio desenvolveu-se rapidamente.
No domínio das baterias eléctricas, no contexto de um forte apoio político e de uma crescente aceitação por parte dos consumidores, as vendas de veículos de energia nova continuam a aumentar, impulsionando o rápido crescimento do mercado das baterias eléctricas.
No domínio do armazenamento de energia, a produção de energia nova tem-se desenvolvido rapidamente como uma tecnologia de produção de energia limpa. No entanto, a contradição entre a volatilidade das novas energias e a segurança da rede eléctrica é proeminente. O desenvolvimento da armazenagem de energia tornou-se a chave para resolver o problema da correspondência entre a oferta e a procura de energia.
No domínio da eletrónica de consumo, com a atração do mercado de produtos electrónicos nos países em desenvolvimento e o crescimento da procura de produtos electrónicos emergentes, a procura de baterias de iões de lítio para consumo continuará a ser forte no futuro.
As remessas de separadores de bateria de lítio aumentaram significativamente e a concentração de mercado é alta. De acordo com as estatísticas, as remessas de separadores de bateria de lítio da China atingirão 7,8 bilhões de metros quadrados em 2021, um aumento ano a ano de mais de 100%. Do ponto de vista do padrão de concorrência no mercado global, em 2021, 73,8% da quota de mercado do separador de bateria de lítio estará concentrada na China, e o fornecimento global de separadores de bateria de lítio será dominado pela China, enquanto as restantes empresas de separadores serão dominadas por empresas japonesas e coreanas.
Tendência de desenvolvimento do separador de baterias de lítio
O método húmido e o revestimento são a tendência de desenvolvimento do separador de baterias de lítio. Os separadores de poliolefina têm desvantagens muito óbvias, como a fraca estabilidade térmica. Por conseguinte, o revestimento e a modificação dos separadores de poliolefina tornaram-se uma tendência. A fraca estabilidade térmica, em termos leigos, não é resistente a altas temperaturas. O PE e o PP normalmente utilizados no separador de baterias de lítio são, na verdade, um tipo de plástico. Quando estão perto do fogo, deformam-se ou até se encolhem numa bola. Não importa a temperatura, eles queimarão.
O revestimento, em termos leigos, consiste em revestir o diafragma original com uma nova substância para melhorar o seu desempenho. Após o revestimento, a resistência ao calor e a resistência à perfuração da película foram significativamente melhoradas, aliviando assim os problemas de segurança do carregamento rápido e da dissipação de calor da bateria eléctrica, e o encolhimento térmico do separador que faz com que o cátodo e o ânodo da bateria entrem em contacto, queimem e explodam.
O aumento da proporção de separadores por via húmida deve-se, em parte, ao facto de o revestimento resolver a deficiência do processo por via húmida em termos de segurança. O material de revestimento reduz a taxa de contração térmica do separador e melhora consideravelmente a resistência à perfuração do separador. Ao mesmo tempo, não afecta a permeabilidade ao ar e assegura o fluxo de iões de lítio.
Além disso, o material de revestimento pode manter uma maior molhabilidade com o eletrólito, reduzindo assim a resistência interna da bateria, aumentando a potência de descarga da bateria e prolongando o ciclo de vida da bateria. Em conjunto, o separador revestido a húmido tem melhor uniformidade de tamanho de poro, porosidade e permeabilidade ao ar do que o separador revestido a seco. Em comparação com os separadores de processo húmido, a resistência à perfuração e a estabilidade térmica são significativamente melhoradas, tornando-o a melhor escolha para separadores de bateria de material ternário.
Com o desenvolvimento de separadores mais finos e os crescentes requisitos de segurança das baterias de lítio a jusante, as remessas de separadores revestidos aumentaram rapidamente. Os dados mostram que, em 2021, os filmes revestidos representarão mais de 45% de remessas de separadores de bateria de lítio (incluindo revestimentos de terceiros), e espera-se que exceda 65% em 2022.
Introdução ao desenvolvimento do separador de baterias de lítio
Separador de baterias de lítio, materiais catódicosOs materiais do ânodo e do eletrólito são os materiais mais importantes que constituem as baterias de iões de lítio. O interior da bateria de iões de lítio adopta uma estrutura em espiral, que tem de ser separada entre o cátodo e o ânodo com um material separador de película fina muito fino e altamente permeável.
Separador de baterias de lítio
O separador de baterias de lítio é um dos quatro principais materiais das baterias de lítio. Como camada isolante e camada semipermeável, é um componente central indispensável das baterias de lítio. Em primeiro lugar, o separador da bateria de lítio tem isolamento eletrónico, que separa o cátodo e o ânodo da bateria de lítio e impede que a bateria entre em curto-circuito. Nas baterias de lítio, o separador da bateria de lítio serve para evitar que o cátodo e o ânodo entrem em contacto e entrem em curto-circuito.
Em segundo lugar, o separador da bateria de lítio deve ter condutividade iónica para garantir que os iões de lítio possam passar normalmente através dos microporos do separador durante a carga e a descarga. O separador de baterias de lítio é uma película fina com um grande número de microporos à escala nanométrica. A dimensão dos microporos deve não só impedir a transmissão de electrões e evitar curto-circuitos, mas também assegurar a passagem livre de iões de lítio para que as baterias de lítio possam ser carregadas e descarregadas normalmente.
Além disso, o fabrico de baterias de lítio também exige uma uniformidade e consistência extremamente elevadas da distribuição de microporos dos separadores de baterias de lítio. O separador de baterias de lítio também precisa de ser tecnicamente correto, o que determina a complexidade do processo de produção do separador de baterias de lítio e as elevadas barreiras técnicas. As baterias de lítio de elevado desempenho requerem um separador com espessura uniforme, excelentes propriedades mecânicas, permeabilidade ao ar e propriedades físicas e químicas. Muitos indicadores de desempenho são frequentemente difíceis de equilibrar, e a investigação e o desenvolvimento são difíceis.
O facto de o separador da bateria de lítio ser excelente ou não afecta diretamente a resistência interna, a capacidade, o desempenho do ciclo e o desempenho de segurança da bateria de lítio. É o principal componente interno com mais barreiras técnicas na cadeia da indústria de baterias de iões de lítio. Atualmente, os separadores comerciais de baterias de lítio são principalmente separadores de polietileno (PE), separadores de polipropileno (PP) e membranas microporosas multicamadas compostas de PE e PP.
O processo de produção do separador de baterias de lítio
A produção de separadores de baterias de lítio divide-se em dois processos: processo seco e processo húmido. Entre eles, o processo de produção do separador a seco divide-se em duas tecnologias: desenho simples e desenho duplo. O equipamento do separador de processo seco está maduro, o processo é relativamente simples e tem alta segurança porque quase não há fenómeno de retração térmica. Ao mesmo tempo, o custo é baixo e é adequado para os domínios do armazenamento de energia, baterias de consumo e baterias de fosfato de ferro e lítio.
O custo do separador húmido é mais elevado do que o do separador seco, mas a porosidade, a uniformidade do tamanho dos poros e a permeabilidade ao ar são melhores, e pode ser produzido um separador mais fino. O separador "separador de base húmida + camada de revestimento" é considerado mais adequado para o fabrico de baterias com elevada densidade energética. Em 2021, a produção total do separador de baterias de lítio da China será de 7,904 mil milhões de metros quadrados, e a capacidade de produção do separador de processo húmido será superior à dos diafragmas de processo seco, continuando a dominar o mercado.
Ambiente de mercado do separador de baterias de lítio
O separador de baterias de lítio é amplamente utilizado em veículos de energia nova, centrais de armazenamento de energia, bicicletas eléctricas, ferramentas eléctricas, produtos electrónicos digitais e outros domínios, e pode ser dividido em três cenários de utilização principais nos domínios das baterias de energia, do armazenamento de energia e da eletrónica de consumo. Nos últimos anos, o indústria das pilhas de lítio desenvolveu-se rapidamente.
No domínio das baterias eléctricas, no contexto de um forte apoio político e de uma crescente aceitação por parte dos consumidores, as vendas de veículos de energia nova continuam a aumentar, impulsionando o rápido crescimento do mercado das baterias eléctricas.
No domínio do armazenamento de energia, a produção de energia nova tem-se desenvolvido rapidamente como uma tecnologia de produção de energia limpa. No entanto, a contradição entre a volatilidade das novas energias e a segurança da rede eléctrica é proeminente. O desenvolvimento da armazenagem de energia tornou-se a chave para resolver o problema da correspondência entre a oferta e a procura de energia.
No domínio da eletrónica de consumo, com a atração do mercado de produtos electrónicos nos países em desenvolvimento e o crescimento da procura de produtos electrónicos emergentes, a procura de baterias de iões de lítio para consumo continuará a ser forte no futuro.
As remessas de separadores de bateria de lítio aumentaram significativamente e a concentração de mercado é alta. De acordo com as estatísticas, as remessas de separadores de bateria de lítio da China atingirão 7,8 bilhões de metros quadrados em 2021, um aumento ano a ano de mais de 100%. Do ponto de vista do padrão de concorrência no mercado global, em 2021, 73,8% da quota de mercado do separador de bateria de lítio estará concentrada na China, e o fornecimento global de separadores de bateria de lítio será dominado pela China, enquanto as restantes empresas de separadores serão dominadas por empresas japonesas e coreanas.
Tendência de desenvolvimento do separador de baterias de lítio
O método húmido e o revestimento são a tendência de desenvolvimento do separador de baterias de lítio. Os separadores de poliolefina têm desvantagens muito óbvias, como a fraca estabilidade térmica. Por conseguinte, o revestimento e a modificação dos separadores de poliolefina tornaram-se uma tendência. A fraca estabilidade térmica, em termos leigos, não é resistente a altas temperaturas. O PE e o PP normalmente utilizados no separador de baterias de lítio são, na verdade, um tipo de plástico. Quando estão perto do fogo, deformam-se ou até se encolhem numa bola. Não importa a temperatura, eles queimarão.
O revestimento, em termos leigos, consiste em revestir o diafragma original com uma nova substância para melhorar o seu desempenho. Após o revestimento, a resistência ao calor e a resistência à perfuração da película foram significativamente melhoradas, aliviando assim os problemas de segurança do carregamento rápido e da dissipação de calor da bateria eléctrica, e o encolhimento térmico do separador que faz com que o cátodo e o ânodo da bateria entrem em contacto, queimem e explodam.
O aumento da proporção de separadores por via húmida deve-se, em parte, ao facto de o revestimento resolver a deficiência do processo por via húmida em termos de segurança. O material de revestimento reduz a taxa de contração térmica do separador e melhora consideravelmente a resistência à perfuração do separador. Ao mesmo tempo, não afecta a permeabilidade ao ar e assegura o fluxo de iões de lítio.
Além disso, o material de revestimento pode manter uma maior molhabilidade com o eletrólito, reduzindo assim a resistência interna da bateria, aumentando a potência de descarga da bateria e prolongando o ciclo de vida da bateria. Em conjunto, o separador revestido a húmido tem melhor uniformidade de tamanho de poro, porosidade e permeabilidade ao ar do que o separador revestido a seco. Em comparação com os separadores de processo húmido, a resistência à perfuração e a estabilidade térmica são significativamente melhoradas, tornando-o a melhor escolha para separadores de bateria de material ternário.
Com o desenvolvimento de separadores mais finos e os crescentes requisitos de segurança das baterias de lítio a jusante, as remessas de separadores revestidos aumentaram rapidamente. Os dados mostram que, em 2021, os filmes revestidos representarão mais de 45% de remessas de separadores de bateria de lítio (incluindo revestimentos de terceiros), e espera-se que exceda 65% em 2022.
Para mais artigos relacionados, consultar Material Li(NiCoMn)O2, top 10 fabricante de material catódico ternário, top 10 fabricantes de material catódico para baterias de lítio na China.
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