แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออะไร
(แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้)?
จะแก้ไขปัญหาในกระบวนการผลิตและป้องกันการสูญเสียวัตถุดิบได้อย่างไร?

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออะไร
(แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้)?

แบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จและใช้งานได้ซ้ำแล้วซ้ำอีกเรียกว่าแบตเตอรี่รอง แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทุติยภูมิมีความหนาแน่นของพลังงานสูงที่สุด ทำให้มีขนาดกะทัดรัดและมีความจุสูง
โดยการเคลื่อนย้ายลิเธียมไอออนระหว่างวัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบ การชาร์จและการคายประจุสามารถทำได้หลายครั้ง
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์การขนส่งหลายประเภท เช่น โทรศัพท์มือถือ/สมาร์ทโฟน คอมพิวเตอร์แล็ปท็อป และยานพาหนะไฟฟ้า เนื่องจากโดยทั่วไปมีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา แต่สามารถกักเก็บพลังงานได้จำนวนมาก

นอกจากนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังสามารถจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่เสถียร ทำให้ชาร์จและคายประจุได้รวดเร็ว และมีอายุการใช้งานยาวนาน
อย่างไรก็ตาม จะต้องได้รับการจัดการและจัดการอย่างเหมาะสม เนื่องจากมีความเสี่ยงที่จะเกิดความร้อนและการจุดระเบิดเนื่องจากการจัดการที่ไม่ถูกต้องหรือวิธีชาร์จ

■การมีส่วนร่วมและผลกระทบต่อสังคม
1.พลังงานที่ยั่งยืน 
   แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถชาร์จใหม่ได้และสามารถกักเก็บไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน (เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และลม) จากแหล่งพลังงานหมุนเวียน (แสงอาทิตย์ ลม ฯลฯ) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งนี้ส่งเสริมการใช้พลังงานที่ยั่งยืนและช่วยลดการพึ่งพาพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิล

2. วิวัฒนาการของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
   ความหนาแน่นของพลังงานสูงและน้ำหนักเบาของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้ปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊ก และแท็บเล็ตอย่างมาก ความหนาแน่นของพลังงานสูงและน้ำหนักเบาของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีส่วนสำคัญต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น โทรศัพท์มือถือ โน้ตบุ๊ก และแท็บเล็ต แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการจ่ายพลังงานให้กับเครื่องจักร เช่น เครื่องมือไฟฟ้า หุ่นยนต์ และโดรน นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นแหล่งพลังงานสำหรับเครื่องมือไฟฟ้า หุ่นยนต์ โดรน และเครื่องจักรอื่นๆ และกำลังขับเคลื่อนนวัตกรรมทางเทคโนโลยีในสาขาเหล่านี้

3. การแพร่หลายของยานพาหนะไฟฟ้า
   แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใช้เป็นแหล่งพลังงานหลักในรถยนต์ไฟฟ้า (EV) การใช้รถยนต์ไฟฟ้าอย่างแพร่หลายกำลังดึงดูดความสนใจในฐานะอีกทางเลือกหนึ่งของการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม การปล่อยก๊าซเรือนกระจกและการลดเสียงรบกวน และคาดว่าจะปรับปรุงความยั่งยืนของการขนส่ง

4. เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงาน
   แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังใช้เป็นระบบกักเก็บพลังงาน (ESS) ESS ยังสามารถใช้เพื่อกักเก็บพลังงานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ ปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้จากพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมจะผันผวนตามเวลาของวัน ดังนั้นการจัดเก็บพลังงานจึงมีความจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าการจ่ายไฟฟ้าจะมีเสถียรภาพ การจัดเก็บพลังงานเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าการจ่ายไฟฟ้ามีเสถียรภาพ
ESS ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถใช้เป็นระบบกักเก็บพลังงาน (ESS) ได้ ESS ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีบทบาทในการใช้พลังงานหมุนเวียนอย่างมีประสิทธิภาพ และปรับปรุงเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้า

การใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอย่างแพร่หลายก่อให้เกิดประโยชน์ต่อสังคมมากมาย รวมถึงการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และการเติบโตของอุตสาหกรรมใหม่ๆ อย่างไรก็ตาม ในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและการกำจัดของเสีย จะต้องให้ความสนใจกับการจัดหาวัสดุและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมด้วย การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ยั่งยืนและความก้าวหน้าในเทคโนโลยีรีไซเคิลมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเพิ่มการมีส่วนร่วมและผลกระทบต่อสังคมสูงสุด

ประเภทและคุณสมบัติของแบตเตอรี่สำรอง


แบตเตอรี่สำรอง ข้อดี เสถียรภาพดีมากและราคาค่อนข้างต่ำ
ข้อเสีย ประสิทธิภาพจะค่อยๆ ลดลงตามสัดส่วนความถี่ในการใช้งาน และอายุการใช้งานก็สั้นลง
ใช้ แบตเตอรี่รถยนต์ แบตเตอรี่สำรอง ฯลฯ
แบตเตอรี่นิกเกิล ข้อดี ความหนาแน่นของพลังงานสูง ทนทานต่อการชาร์จไฟเกินและการคายประจุเกิน
ข้อเสีย ปริมาณการคายประจุตามธรรมชาติมีมาก และความจุไฟฟ้าลดลงแม้ว่าจะไม่ได้ใช้ก็ตาม
ใช้ เครื่องมือไฟฟ้า เครื่องจ่ายไฟฉุกเฉิน ฯลฯ
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ข้อดี มีความหนาแน่นของพลังงานสูงที่สุดในบรรดาแบตเตอรี่สำหรับจัดเก็บ สามารถทำให้มีขนาดเล็กลงได้ และมีอายุการใช้งานค่อนข้างยาวนาน
ข้อเสีย แพงเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่กรดตะกั่ว
ใช้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา การใช้งานรถยนต์ไฮบริด ฯลฯ
แบตเตอรี่โซเดียมไอออน ข้อดี แบตเตอรี่จัดเก็บที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงประมาณ 300°C กะทัดรัดกว่าแบตเตอรี่กรดตะกั่วประมาณ 1/3 ไม่มีการคายประจุเอง ประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุสูง
ข้อเสีย แพงเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
ใช้ การจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่

 

ในแง่ของการผลิตแบตเตอรี่ในช่วงห้าปีที่ผ่านมา อัตราส่วนของแบตเตอรี่หลักต่อแบตเตอรี่สำรองอยู่ที่ประมาณ 6:4 โดยแบตเตอรี่ชั่วคราวจะมีขนาดใหญ่ขึ้น
เมื่อพูดถึงแบตเตอรี่สำรองเพียงอย่างเดียว แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์และแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีสัดส่วนประมาณ 100% โดยมีอัตราส่วน 3:7 โดยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีส่วนแบ่งมากกว่า
ในแง่ของมูลค่ารวม อัตราส่วนของแบตเตอรี่หลักต่อแบตเตอรี่สำรองอยู่ที่ประมาณ 1:9 โดยแบตเตอรี่สำรองมีอำนาจเหนือกว่า และแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคิดเป็นครึ่งหนึ่งของมูลค่าทั้งหมดตลอด
สาเหตุหลักมาจากการใช้แบตเตอรี่สำหรับสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์เคลื่อนที่อื่นๆ และยานพาหนะไฮบริดอย่างแพร่หลาย

วัสดุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออะไร?

วัสดุหลักที่ใช้ในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ได้แก่ วัสดุแอคทีฟอิเล็กโทรดบวก วัสดุแอคทีฟอิเล็กโทรดลบ น้ำอิเล็กโทรไลต์ และเครื่องแยก
ภายในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน การชาร์จและการคายประจุจะเกิดขึ้นเนื่องจากลิเธียมไอออนเคลื่อนที่ไปมาระหว่างขั้วบวกและขั้วลบด้วยน้ำที่อิเล็กโตรไลซ์ โดยทั่วไปวัสดุแคโทดจะประกอบด้วยออกไซด์ของโลหะเดี่ยวหรือคอมโพสิตของโคบอลต์ นิกเกิล และแมงกานีส รวมถึงวัสดุที่มีเหล็กฟอสเฟตเป็นหลัก วัสดุที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบหลัก (กราไฟต์) และวัสดุที่เป็นโลหะผสมใช้สำหรับวัสดุแอโนด

วัสดุสำรองที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีอะไรบ้าง

ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนซึ่งสามารถชาร์จและใช้งานได้ซ้ำๆ คาดว่าจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเนื่องจากมีการใช้งานในโทรศัพท์มือถือ อุปกรณ์เคลื่อนที่ คอมพิวเตอร์ และรถยนต์ไฮบริด
เราจะตรวจสอบว่ามีวัตถุดิบเพียงพอสำหรับปริมาณการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหรือไม่โดยเน้นที่วัสดุหลัก


ที่มา: https://www.nirs.qst.go.jp/db/anzendb/NORMDB/PDF/36.pdf


วัสดุแคโทด


■โคบอลต์
ปริมาณสำรองของโลก: ประมาณ 7 ล้านตัน
แยกตามประเทศ: คองโก (49%), ออสเตรเลีย (20%), คิวบา (14%), แซมเบีย (3.9%)
การผลิตแร่โคบอลต์ทั่วโลก: การผลิตเพิ่มขึ้นจาก 25,700 ตันในปี 2542 เป็น 62,300 ตันในปี 2550
การเพิ่มขึ้นนี้สะท้อนถึงความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วโลกที่แข็งแกร่ง โดยเฉพาะในจีนและญี่ปุ่น
เนื่องจากเป็นวัสดุแคโทดที่มีความสมดุลมากที่สุด จึงเคยเป็นวัสดุแคโทดหลักที่ใช้ในอดีต แต่เนื่องจากโคบอลต์เป็นวัสดุที่มีราคาแพงและราคามีความผันผวนอย่างมาก จึงมีการพัฒนาวัสดุอื่นๆ มากมายในช่วงหลังๆ นี้
■นิกเกิล
ปริมาณสำรองของโลก: ประมาณ 89 ล้านตัน (มีการขุดประมาณ 2 ล้านตันต่อปี)
ตามประเทศ: อินโดนีเซีย, ฟิลิปปินส์, บราซิล, คิวบา, นิวแคลิโดเนีย
แหล่งเงินฝากและเหมืองแร่เหล่านี้ส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในบริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตร การผลิตจากเงินฝากประเภทนี้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา แหล่งแร่ซัลไฟด์ตั้งอยู่ในแอฟริกาใต้ รัสเซีย และแคนาดา ออสเตรเลียอุดมไปด้วยแร่ซัลไฟด์และศิลาแลง
■แมงกานีส
ปริมาณสำรองของโลก: ประมาณ 460 ล้านตัน
แยกตามประเทศ: ยูเครน (30%), แอฟริกาใต้ (22%), ออสเตรเลีย (14%), อินเดีย (12.2%), กาบอง (4.3%)
ในญี่ปุ่น มีเหมืองแมงกานีสอยู่หลายแห่ง แต่หยุดการผลิตในปี 1986 เหมืองหลัก ได้แก่ เหมืองโนดะ ทามากาวะ ในจังหวัดอิวาเตะ เหมืองโอเอะ เหมืองคามิคุนิ เหมืองอินาคุระ อิชิ และเหมืองอิชิซากิในฮอกไกโด และเหมืองฮามะ โยโกกาวะ ในจังหวัดนากาโนะ

วัสดุแอโนด


วัสดุคาร์บอนเป็นวัสดุแอโนดหลัก โดยมีกราไฟท์ธรรมชาติ กราไฟท์เทียม คาร์บอนแข็ง และ MCMB (ไมโครเฟสมีโซเฟส) เป็นวัสดุหลักที่เป็นที่ต้องการ

ข้อดีของการใช้วัสดุคาร์บอนสำหรับขั้วบวก
(1) วัสดุคาร์บอนดูดซับลิเธียม ดังนั้นลิเธียมโลหะจึงขาดหายไปในแบตเตอรี่ ทำให้ปลอดภัย
(2) สามารถรับความจุสูงได้เนื่องจากการดูดซับลิเธียมจำนวนมาก

การผลิตวัสดุแอโนดทั่วโลก (วัสดุแอคทีฟแอโนด) คาดว่าจะสูงถึงประมาณ 200,000 ตันในปี 2561 โดยมียอดขายประมาณ 230 พันล้านเยน
กราไฟต์ คาร์บอนแข็ง คาร์บอนอ่อน ลิเธียมไททาเนต (Li4Ti5O12) โลหะผสม และวัสดุอื่นๆ ใช้เป็นวัสดุแอโนด
ประมาณ 90% ของตลาดวัสดุแอโนดในปัจจุบันประกอบด้วยวัสดุที่ทำจากกราไฟต์ ซึ่งใช้ในเกือบทุกการใช้งาน รวมถึงอุปกรณ์เคลื่อนที่ ตลอดจนการใช้งานในรถยนต์และแบบอยู่กับที่ แต่เมื่อการใช้งานแบตเตอรี่มีความหลากหลาย วัสดุแอโนดต่างๆ จึงมีการพัฒนา
วัสดุแอโนดมีผลกระทบอย่างมากต่อพารามิเตอร์ที่สำคัญ เช่น ความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่และคุณลักษณะเอาท์พุต คุณลักษณะของวงจร ตลอดจนคุณลักษณะของอุณหภูมิและความปลอดภัย

วัสดุที่ทำจากกราไฟท์สามารถแบ่งได้เป็นกราไฟท์ธรรมชาติและกราไฟท์เทียม กราไฟท์ธรรมชาติผลิตโดยการบดแร่กราไฟท์ธรรมชาติที่ขุดได้ และบำบัดด้วยกรดไฮโดรฟลูออริกหลังการลอยตัวเพื่อเพิ่มความบริสุทธิ์ของกราไฟท์
กราไฟท์ประดิษฐ์ผลิตโดยการเผาโค้กผสมกับพิตช์และน้ำมันดินที่อุณหภูมิ 2,800-3,600°C เป็นวัตถุดิบ
ผงกราไฟท์ธรรมชาติมีราคา 500-1,000 เยน/กก. ในขณะที่ผงกราไฟท์เทียมมีราคา 1,000-2,000 เยน/กก. โดยกราไฟท์ธรรมชาติจะมีราคาถูกกว่า
กราไฟท์ธรรมชาติประกอบด้วยอนุภาคที่บิดเบี้ยวจำนวนมาก และอิเล็กโทรไลต์จะสลายตัวได้ง่ายระหว่างการชาร์จ ส่งผลให้แบตเตอรี่มีความจุขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ดังนั้น มาตรการรับมือจึงดำเนินการโดยการเคลือบพื้นผิวของกราไฟท์ธรรมชาติด้วยกราไฟท์เทียมซึ่งมีความต้านทานการสลายตัวที่ดีเยี่ยม เพื่อบดกราไฟท์
แม้ว่ากราไฟต์จะเป็นวัสดุที่มีความสมดุลที่ยอดเยี่ยมระหว่างความหนาแน่นของพลังงาน คุณลักษณะของวงจร และคุณลักษณะเอาต์พุต แต่ก็มีข้อเสียคือการทำงานอย่างเสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำและสูงได้ยาก ดังนั้นการควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่จึงมีความสำคัญ

ปัญหาในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

เครื่องกรองฝุ่นมักใช้เพื่อกำจัดฝุ่นในสายการผลิตลิเธียมไอออน
อย่างไรก็ตาม ที่โรงงานของผู้ผลิตแห่งหนึ่ง วัตถุดิบมากกว่า 9 ตันถูกรั่วไหลโดยไม่ได้เก็บจากเครื่องดักฝุ่นในโรงงานทุกแห่งทุกเดือน เนื่องจากข้อผิดพลาดในการติดตั้งและการเสื่อมสภาพหลังจากเปลี่ยนผ้ากรอง ส่งผลให้บริษัทสูญเสียเงินประมาณ 27 ล้านเยนต่อเดือน และยังนำไปสู่ปัญหามลพิษทางอากาศอีกด้วย
จะแก้ไขปัญหาอย่างไร?
CONTACT

If you are having trouble with monitoring or
automating production sites,
Please consult with us.

Please feel free to contact us if you have any questions.
Click here to download documents.