Поглиблений аналіз технології літієвих батарей

Технологічний шлях літієвих батарей

Літій-іонний акумулятор - це вторинна батарея, енергоносієм якої є літій. Під час заряджання іони літію виходять з катода, проходять через електроліт і сепаратор і вбудовуються в анод. При розрядці відбувається зворотний процес. Літій-іонні акумулятори поділяються на літій-залізо-фосфатні та потрійна літієва батарея відповідно до різних матеріалів катодів.

У технології літієвих батарей літій-залізо-фосфатний матеріал багатий на виробничі ресурси, а його вартість, термін служби і термостійкість перевершують потрійні матеріали. Він підходить для комерційних транспортних засобів, легкових автомобілів низького класу, накопичувачів енергії та інших галузей. Теоретична питома ємність (щільність енергії) потрійної літієвої батареї на 60% вища, ніж у фосфату заліза літію, швидкість зарядки вища, а низькотемпературні характеристики хороші, що підходить для легкових автомобілів середнього та високого класу.

У технології літієвих акумуляторів літій-іонні батареї поділяються на квадратні батареї, батареї-мішечки та циліндричні батареї відповідно до різних процесів пакування.

Перевагами призматичних батарей є висока надійність упаковки, проста структура, висока питома щільність енергії, висока групова ефективність системи і відносно хороша стабільність. Недоліком є те, що існує багато моделей, процес важко уніфікувати, а мономери досить різні, що робить термін служби системи нижчим, ніж у мономерів.

Акумулятори-мішечки упаковуються в алюмінієво-пластикову плівку, яка має переваги високої щільності енергії, невеликого розміру та тривалого терміну служби. Недоліком є те, що високоякісна алюмінієво-пластикова плівка залежить від імпорту, низька ефективність виробництва та низька продуктивність.

У технології літієвих батарей циліндрична упаковка з твердою оболонкою має високу надійність, а її перевагами є висока консистенція батареї, зріла технологія, низька вартість, хороший вихід продукту батареї та хороші показники тепловіддачі. Але недоліком є те, що важко спроектувати тепловіддачу після групування, а щільність енергії системи низька.

Технологічний шлях розвитку літієвих акумуляторів

Літій-залізо-фосфатна акумуляторна батарея відновила свої домінуючі позиції. За останні три роки, зі скороченням політичних субсидій, поступово з'явилися переваги літій-залізофосфату з точки зору вартості та безпеки, встановлена потужність на ринку стрімко зросла, а частка ринку збільшувалася з кожним роком. У 2021 році встановлена потужність потрійних батарей буде перевершена, а частка силових батарей у першій половині 2022 року збільшиться до 55%.

Встановлена ємність акумуляторних батарей в Китаї зберігає тенденцію до швидкого зростання, а сукупний річний темп приросту досягне 49% до 2025 року. Завдяки швидкому зростанню кількості нових енергетичних транспортних засобів у Китаї, встановлена ємність акумуляторних батарей у Китаї досягне 110,1 ГВт-год у першій половині 2022 року, що на 109,81 ТВт-год більше, ніж у попередньому році.

У технології літієвих акумуляторів, з точки зору високої питомої енергії, щільність енергії однієї потрійної акумуляторної батареї може досягати 300 Вт-год/кг. В даний час питома енергія потрійної батареї з квадратною оболонкою близька до 300 Вт-год/кг, а щільність енергії системи досягла 255 Вт-год/кг.

Щільність енергії літій-залізо-фосфатного акумулятора з квадратним лезом близька до 170 Вт-год/кг, а щільність енергії системи перевищує 140 Вт-год/кг. Питома енергія потрійної акумуляторної батареї досягла 300 Вт-год/кг, а щільність енергії системи - майже 220 Вт-год/кг.

З точки зору високої безпеки, на даному етапі показники безпеки акумуляторів в основному покращуються за допомогою трьох методів: безпека корпусу, технологічна безпека та пожежна безпека. Безпека батареї в основному залежить від модифікації і покриття незаймистих і незаймистих електролітів, сепараторів з високою температурою плавлення і катодні матеріали підвищити безпеку самої батареї.

Що стосується тривалого терміну служби, то термін служби літій-залізо-фосфатних акумуляторів, як правило, вищий, ніж у потрійних акумуляторів. Термін служби літій-залізо-фосфатної акумуляторної батареї становить понад 5000 разів, за нею йде потрійна акумуляторна батарея з терміном служби понад 3000 разів, квадратна батарея з терміном служби понад 2000 разів і циліндрична батарея з дещо меншим терміном служби - близько 1000 разів.

Що стосується швидкості заряджання, то швидкість потрійного акумулятора зросла з поточної швидкості 2C до 5C, а час заряджання скоротився на 60%. Багато компаній збільшують швидкість заряджання потрійних акумуляторів та покращують продуктивність швидкого заряджання за рахунок збільшення зарядної напруги та високої толерантності до струму акумулятора.

Технологія зберігання енергії за допомогою літієвих батарей

У технології літієвих акумуляторів для зберігання енергії основним сценарієм застосування є великомасштабне зберігання енергії. Поставки акумуляторів для зберігання енергії в Китаї зберігають тенденцію до швидкого зростання із середньорічним темпом зростання понад 50% протягом наступних трьох років. У 2021 році поставки акумуляторів для зберігання енергії в Китаї досягнуть 48 ГВт-год, що на 167% більше, ніж у попередньому році. За оцінками, встановлена потужність перевищить 90 ГВт-год у 2022 році, що на 88% більше, ніж у попередньому році, і перевищить 324 ГВт-год у 2025 році.

Китайські акумулятори енергії в основному використовуються у великомасштабному накопиченні енергії (накопичення енергії в енергосистемі), накопиченні енергії в системі зв'язку, накопиченні енергії в домогосподарствах та портативних електростанціях. Великомасштабне зберігання енергії є основним сценарієм застосування акумуляторних батарей, які в основному використовуються в контейнерних системах зберігання енергії на стороні виробництва електроенергії, на стороні мережі та на стороні користувача, на які припадає 61% від загального обсягу поставок.

Другий - накопичувачі енергії для систем зв'язку, які в основному використовуються для резервного живлення базових станцій зв'язку, на які припадає 25%. Домашні накопичувачі енергії в основному експортуються за кордон, а на портативні накопичувачі енергії припадає найменше - лише 3%. Ряд компаній вийшли на ринок акумуляторів для зберігання енергії з акумуляторами для зберігання енергії. Батареї для зберігання енергії знаходяться в стадії швидкого розвитку, і структура ринку є невизначеною.

CATL прийшла ззаду завдяки своїй потужній здатності контролювати витрати та перевагам масштабу. На шляху розвитку технології літієвих акумуляторів для зберігання енергії тенденцією розвитку акумуляторів для зберігання енергії є стандартизація продукції, великомасштабні батареї та де-модуляція. Різні компанії входять у цю галузь і намагаються стати більшими та сильнішими.

Через 3 роки складеться ситуація, коли сильний завжди сильний, а малі та середні гравці, які не мають переваг масштабу та можливості розробляти та проектувати високопродуктивні батареї, будуть усуватися прискореними темпами. Літій-залізо-фосфатні акумулятори стали основним маршрутом акумуляторів для зберігання енергії в Китаї.

Вимоги до експлуатаційних характеристик літієвих батарей включають щільність енергії, щільність потужності, вартість, термін служби і безпеку. У системах накопичення енергії вимоги до щільності енергії та потужності акумуляторів послаблені, а більше уваги приділяється зниженню витрат на розподіл і зберігання електроенергії. Батареї для зберігання енергії повинні мати низьку вартість, тривалий термін служби і забезпечувати безпеку використання.

Потрійні літієві батареї мають високу щільність енергії та щільність потужності, але вони дорогі і мають відносно низький рівень безпеки. Відповідні китайські документи пропонують, щоб середні та великі електростанції електрохімічного зберігання енергії не використовували потрійні літієві батареї та натрій-сірчані батареї, а також не використовували каскадні утилізаційні акумулятори.

У технології літієвих акумуляторів літій-залізо-фосфатні батареї мають відмінну безпеку, тривалий термін служби, великі запаси металевих ресурсів, низьку вартість і захист навколишнього середовища, і стали основним вибором акумуляторів для зберігання енергії.