Apa itu baterai lithium-ion?
Matsushima Measure Tech
Apa itu baterai lithium-ion
(baterai isi ulang)?
Baterai yang dapat diisi ulang dan digunakan berulang kali disebut baterai sekunder. Diantaranya, baterai sekunder lithium-ion memiliki kepadatan energi tertinggi, menjadikannya baterai kompak dan berkapasitas tinggi.
Dengan memindahkan ion litium antara material elektroda positif dan negatif, pengisian dan pengosongan dapat dilakukan berkali-kali.
Baterai lithium-ion banyak digunakan pada berbagai perangkat elektronik dan alat transportasi, seperti telepon seluler/smartphone, komputer laptop, dan kendaraan listrik, karena umumnya berukuran kecil dan ringan, namun dapat menyimpan energi dalam jumlah besar.
Selain itu, baterai lithium-ion mampu menyuplai tegangan yang stabil, memungkinkan pengisian dan pengosongan yang cepat, dan memiliki masa pakai yang lama.
Namun, hal tersebut harus ditangani dan dikelola dengan baik karena terdapat risiko timbulnya panas dan penyalaan akibat kesalahan penanganan atau metode pengisian.
■Kontribusi dan Dampak terhadap Masyarakat
1. energi berkelanjutan
Baterai lithium-ion dapat diisi ulang dan secara efisien dapat menyimpan listrik dari sumber energi terbarukan (misalnya tenaga surya dan angin) dari sumber energi terbarukan (matahari, angin, dll.). Hal ini mendorong penggunaan energi berkelanjutan dan berkontribusi terhadap pengurangan ketergantungan energi pada bahan bakar fosil.
2. Evolusi perangkat elektronik
Kepadatan energi yang tinggi dan bobot baterai lithium-ion yang ringan telah sangat meningkatkan kinerja perangkat elektronik seperti ponsel, komputer notebook, dan tablet. Kepadatan energi yang tinggi dan bobot yang ringan dari baterai lithium-ion berkontribusi signifikan terhadap kinerja perangkat elektronik seperti ponsel, PC notebook, dan tablet. Baterai litium-ion juga banyak digunakan untuk menggerakkan mesin seperti perkakas listrik, robot, dan drone. Mereka juga banyak digunakan sebagai sumber listrik untuk perkakas listrik, robot, drone, dan mesin lainnya, serta mendorong inovasi teknologi di bidang ini.
3. Proliferasi kendaraan listrik
Baterai lithium-ion digunakan sebagai sumber tenaga utama pada kendaraan listrik (EV). Penggunaan kendaraan listrik secara luas menarik perhatian sebagai cara alternatif untuk mengurangi dampak lingkungan. pengurangan emisi dan kebisingan, serta diharapkan dapat meningkatkan keberlanjutan transportasi.
4. Teknologi Penyimpanan Energi
Baterai lithium-ion juga digunakan sebagai sistem penyimpanan energi (ESS). ESS juga dapat digunakan untuk menyimpan energi dari sumber energi terbarukan seperti tenaga surya. Jumlah listrik yang dihasilkan oleh energi terbarukan seperti tenaga surya dan angin berfluktuasi seiring waktu, sehingga penyimpanan energi diperlukan untuk menjamin pasokan listrik yang stabil. Penyimpanan energi diperlukan untuk menjamin pasokan listrik yang stabil.
ESS yang menggunakan baterai lithium-ion dapat digunakan sebagai sistem penyimpanan energi (ESS). ESS menggunakan baterai lithium-ion berperan dalam pemanfaatan energi terbarukan secara efisien dan meningkatkan stabilitas jaringan listrik.
Meluasnya penggunaan baterai lithium-ion telah membawa banyak manfaat bagi masyarakat, termasuk peningkatan efisiensi energi, pengurangan dampak lingkungan, dan pertumbuhan industri baru. Namun, dalam pembuatan baterai lithium-ion dan pembuangan limbah, perhatian juga harus diberikan pada pasokan bahan dan dampaknya terhadap lingkungan. Pengembangan baterai lithium-ion yang berkelanjutan dan kemajuan teknologi daur ulang sangat penting untuk memaksimalkan kontribusi dan dampaknya terhadap masyarakat.
Dengan memindahkan ion litium antara material elektroda positif dan negatif, pengisian dan pengosongan dapat dilakukan berkali-kali.
Baterai lithium-ion banyak digunakan pada berbagai perangkat elektronik dan alat transportasi, seperti telepon seluler/smartphone, komputer laptop, dan kendaraan listrik, karena umumnya berukuran kecil dan ringan, namun dapat menyimpan energi dalam jumlah besar.
Selain itu, baterai lithium-ion mampu menyuplai tegangan yang stabil, memungkinkan pengisian dan pengosongan yang cepat, dan memiliki masa pakai yang lama.
Namun, hal tersebut harus ditangani dan dikelola dengan baik karena terdapat risiko timbulnya panas dan penyalaan akibat kesalahan penanganan atau metode pengisian.
■Kontribusi dan Dampak terhadap Masyarakat
1. energi berkelanjutan
Baterai lithium-ion dapat diisi ulang dan secara efisien dapat menyimpan listrik dari sumber energi terbarukan (misalnya tenaga surya dan angin) dari sumber energi terbarukan (matahari, angin, dll.). Hal ini mendorong penggunaan energi berkelanjutan dan berkontribusi terhadap pengurangan ketergantungan energi pada bahan bakar fosil.
2. Evolusi perangkat elektronik
Kepadatan energi yang tinggi dan bobot baterai lithium-ion yang ringan telah sangat meningkatkan kinerja perangkat elektronik seperti ponsel, komputer notebook, dan tablet. Kepadatan energi yang tinggi dan bobot yang ringan dari baterai lithium-ion berkontribusi signifikan terhadap kinerja perangkat elektronik seperti ponsel, PC notebook, dan tablet. Baterai litium-ion juga banyak digunakan untuk menggerakkan mesin seperti perkakas listrik, robot, dan drone. Mereka juga banyak digunakan sebagai sumber listrik untuk perkakas listrik, robot, drone, dan mesin lainnya, serta mendorong inovasi teknologi di bidang ini.
3. Proliferasi kendaraan listrik
Baterai lithium-ion digunakan sebagai sumber tenaga utama pada kendaraan listrik (EV). Penggunaan kendaraan listrik secara luas menarik perhatian sebagai cara alternatif untuk mengurangi dampak lingkungan. pengurangan emisi dan kebisingan, serta diharapkan dapat meningkatkan keberlanjutan transportasi.
4. Teknologi Penyimpanan Energi
Baterai lithium-ion juga digunakan sebagai sistem penyimpanan energi (ESS). ESS juga dapat digunakan untuk menyimpan energi dari sumber energi terbarukan seperti tenaga surya. Jumlah listrik yang dihasilkan oleh energi terbarukan seperti tenaga surya dan angin berfluktuasi seiring waktu, sehingga penyimpanan energi diperlukan untuk menjamin pasokan listrik yang stabil. Penyimpanan energi diperlukan untuk menjamin pasokan listrik yang stabil.
ESS yang menggunakan baterai lithium-ion dapat digunakan sebagai sistem penyimpanan energi (ESS). ESS menggunakan baterai lithium-ion berperan dalam pemanfaatan energi terbarukan secara efisien dan meningkatkan stabilitas jaringan listrik.
Meluasnya penggunaan baterai lithium-ion telah membawa banyak manfaat bagi masyarakat, termasuk peningkatan efisiensi energi, pengurangan dampak lingkungan, dan pertumbuhan industri baru. Namun, dalam pembuatan baterai lithium-ion dan pembuangan limbah, perhatian juga harus diberikan pada pasokan bahan dan dampaknya terhadap lingkungan. Pengembangan baterai lithium-ion yang berkelanjutan dan kemajuan teknologi daur ulang sangat penting untuk memaksimalkan kontribusi dan dampaknya terhadap masyarakat.
Jenis dan fitur baterai sekunder
| Aki | Keuntungan | Stabilitas yang sangat baik dan harga yang relatif rendah |
| Kekurangan | Kinerja secara bertahap menurun sebanding dengan frekuensi penggunaan, dan masa pakainya pendek. | |
| Menggunakan | Baterai mobil, baterai daya cadangan, dll. | |
| Baterai nikel | Keuntungan | Kepadatan energi tinggi, tahan terhadap pengisian daya yang berlebihan dan pemakaian yang berlebihan |
| Kekurangan | Jumlah debit alamnya besar, dan kapasitas listriknya berkurang meski tidak digunakan. | |
| Menggunakan | Perkakas listrik, pasokan listrik darurat, dll. | |
| Baterai ion lithium | Keuntungan | Baterai ini memiliki kepadatan energi tertinggi di antara baterai penyimpan, dapat dibuat lebih kecil, dan memiliki masa pakai yang relatif lama. |
| Kekurangan | Mahal dibandingkan dengan baterai asam timbal | |
| Menggunakan | Peralatan elektronik portabel, aplikasi mobil hybrid, dll. | |
| Baterai ion natrium | Keuntungan | Baterai penyimpanan yang beroperasi pada suhu tinggi sekitar 300℃. Sekitar 1/3 lebih kompak dibandingkan baterai asam timbal. Tidak ada self-discharge, efisiensi pengisian dan pemakaian yang tinggi |
| Kekurangan | Mahal dibandingkan dengan baterai lithium-ion | |
| Menggunakan | Penyimpanan daya skala besar |
Dalam hal produksi baterai selama lima tahun terakhir, rasio baterai primer dan baterai sekunder kira-kira 6:4, dengan baterai sementara lebih besar.
Untuk baterai sekunder saja, baterai nikel metal hidrida dan baterai litium ion menyumbang sekitar 100%, dengan rasio 3:7, dengan baterai litium ion memiliki porsi lebih besar.
Dalam hal nilai total, rasio baterai primer dan sekunder adalah sekitar 1:9, dengan baterai sekunder mendominasi, dan baterai litium-ion menyumbang setengah dari nilai total.
Hal ini sebagian besar disebabkan oleh meluasnya penggunaannya pada baterai ponsel pintar dan perangkat seluler lainnya serta kendaraan hibrida.
Apa bahan baterai lithium-ion?
Bahan utama yang digunakan dalam pembuatan baterai lithium-ion adalah bahan aktif elektroda positif, bahan aktif elektroda negatif, air elektrolisis, dan separator.
Di dalam baterai litium-ion, pengisian dan pengosongan terjadi saat ion litium bergerak bolak-balik antara elektroda positif dan negatif melalui air yang dielektrolisis. Bahan katoda biasanya mencakup oksida logam tunggal atau komposit kobalt, nikel, dan mangan, serta bahan berbasis besi fosfat. Bahan berbasis karbon (grafit) dan bahan berbasis paduan digunakan untuk bahan anoda.
Di dalam baterai litium-ion, pengisian dan pengosongan terjadi saat ion litium bergerak bolak-balik antara elektroda positif dan negatif melalui air yang dielektrolisis. Bahan katoda biasanya mencakup oksida logam tunggal atau komposit kobalt, nikel, dan mangan, serta bahan berbasis besi fosfat. Bahan berbasis karbon (grafit) dan bahan berbasis paduan digunakan untuk bahan anoda.
Berapa cadangan bahan yang digunakan dalam baterai lithium-ion?
Permintaan baterai lithium-ion, yang dapat diisi ulang dan digunakan berulang kali, diperkirakan akan terus meningkat karena digunakan pada telepon seluler, perangkat seluler, komputer, dan mobil hybrid.
Kami akan memeriksa apakah terdapat cukup bahan mentah untuk volume produksi baterai litium-ion dengan berfokus pada bahan utama.
Sumber: https://www.nirs.qst.go.jp/db/anzendb/NORMDB/PDF/36.pdf
Bahan katoda
■Kobalt
Cadangan dunia: Sekitar 7 juta ton
Berdasarkan negara: Kongo (49%), Australia (20%), Kuba (14%), Zambia (3,9%)
Produksi bijih kobalt dunia: Produksi meningkat dari 25.700 ton pada tahun 1999 menjadi 62.300 ton pada tahun 2007.
Peningkatan ini mencerminkan kuatnya permintaan baterai lithium-ion di seluruh dunia, terutama di Tiongkok dan Jepang.
Sebagai material katoda paling seimbang, kobalt telah menjadi material katoda utama yang digunakan di masa lalu, namun karena kobalt merupakan material yang mahal dan harganya yang sangat berfluktuasi, maka banyak pengembangan material lain akhir-akhir ini.
Berdasarkan negara: Kongo (49%), Australia (20%), Kuba (14%), Zambia (3,9%)
Produksi bijih kobalt dunia: Produksi meningkat dari 25.700 ton pada tahun 1999 menjadi 62.300 ton pada tahun 2007.
Peningkatan ini mencerminkan kuatnya permintaan baterai lithium-ion di seluruh dunia, terutama di Tiongkok dan Jepang.
Sebagai material katoda paling seimbang, kobalt telah menjadi material katoda utama yang digunakan di masa lalu, namun karena kobalt merupakan material yang mahal dan harganya yang sangat berfluktuasi, maka banyak pengembangan material lain akhir-akhir ini.
■Nikel
Cadangan dunia: Sekitar 89 juta ton (sekitar 2 juta ton ditambang setiap tahunnya)
Berdasarkan negara: Indonesia, Filipina, Brasil, Kuba, Kaledonia Baru
Deposito dan tambang ini sebagian besar berlokasi di daerah dekat khatulistiwa; Produksi dari deposit jenis ini terus meningkat dalam beberapa dekade terakhir. Deposit bijih sulfida berlokasi di Afrika Selatan, Rusia dan Kanada. Australia kaya akan deposit bijih sulfida dan laterit.
Berdasarkan negara: Indonesia, Filipina, Brasil, Kuba, Kaledonia Baru
Deposito dan tambang ini sebagian besar berlokasi di daerah dekat khatulistiwa; Produksi dari deposit jenis ini terus meningkat dalam beberapa dekade terakhir. Deposit bijih sulfida berlokasi di Afrika Selatan, Rusia dan Kanada. Australia kaya akan deposit bijih sulfida dan laterit.
■Mangan
Cadangan dunia: sekitar 460 juta ton
Berdasarkan negara: Ukraina (30%), Afrika Selatan (22%), Australia (14%), India (12,2%), Gabon (4,3%)
Di Jepang, terdapat banyak tambang mangan, namun produksinya terhenti pada tahun 1986. Tambang besar termasuk Tambang Noda Tamagawa di Prefektur Iwate, Tambang Oe, Tambang Kamikuni, Tambang Inakura Ishi, dan Tambang Ishizaki di Hokkaido, dan Tambang Hama Yokogawa di Prefektur Nagano.
Berdasarkan negara: Ukraina (30%), Afrika Selatan (22%), Australia (14%), India (12,2%), Gabon (4,3%)
Di Jepang, terdapat banyak tambang mangan, namun produksinya terhenti pada tahun 1986. Tambang besar termasuk Tambang Noda Tamagawa di Prefektur Iwate, Tambang Oe, Tambang Kamikuni, Tambang Inakura Ishi, dan Tambang Ishizaki di Hokkaido, dan Tambang Hama Yokogawa di Prefektur Nagano.
Bahan anoda
Bahan karbon merupakan bahan anoda utama, dengan grafit alam, grafit buatan, karbon keras, dan MCMB (mikrosfer mesofasa) menjadi bahan utama yang diminati.
Keuntungan menggunakan bahan karbon untuk anoda
(1) Bahan karbon menyerap litium, sehingga litium logam pada dasarnya tidak ada dalam baterai, sehingga aman.
(2) Kapasitas tinggi dapat diperoleh karena banyaknya litium yang diserap.
Produksi global bahan anoda (bahan aktif anoda) diperkirakan mencapai sekitar 200.000 ton pada tahun 2018, dengan penjualan sekitar 230 miliar yen.
Grafit, karbon keras, karbon lunak, litium titanat (Li4Ti5O12), paduan, dan bahan lainnya digunakan sebagai bahan anoda.
Sekitar 90% pasar bahan anoda saat ini terdiri dari bahan berbasis grafit, yang digunakan di hampir semua aplikasi, termasuk perangkat seluler serta aplikasi di dalam kendaraan dan stasioner, namun seiring dengan diversifikasi aplikasi baterai, berbagai bahan anoda sedang dikembangkan.
Bahan anoda memiliki pengaruh yang signifikan terhadap parameter penting seperti kepadatan energi baterai dan karakteristik keluaran, karakteristik siklus, serta karakteristik suhu dan keamanan.
Bahan berbasis grafit dapat diklasifikasikan menjadi grafit alam dan grafit buatan. Grafit alam diproduksi dengan menghancurkan bijih grafit alam yang ditambang dan mengolahnya dengan asam fluorida setelah benefisiasi flotasi untuk meningkatkan kemurnian grafit.
Grafit buatan diproduksi dengan menembakkan kokas yang dicampur dengan pitch dan tar pada suhu 2.800-3.600°C sebagai bahan baku.
Bubuk grafit alami berharga 500-1.000 yen/kg, sedangkan bubuk grafit buatan berharga 1.000-2.000 yen/kg, sedangkan grafit alami lebih murah.
Grafit alami mengandung banyak partikel yang terdistorsi, dan elektrolitnya mudah terurai selama pengisian daya, sehingga menghasilkan kapasitas baterai yang besar dan tidak dapat diubah. Oleh karena itu, tindakan penanggulangan dilakukan dengan melapisi permukaan grafit alam dengan grafit buatan, yang memiliki ketahanan dekomposisi yang sangat baik, untuk membuat butiran grafit tersebut.
Meskipun grafit merupakan bahan dengan keseimbangan kepadatan energi, karakteristik siklus, dan karakteristik keluaran yang sangat baik, namun memiliki kelemahan yaitu sulit untuk beroperasi secara stabil di lingkungan bersuhu rendah dan tinggi, sehingga pengendalian suhu baterai sangatlah penting.
Keuntungan menggunakan bahan karbon untuk anoda
(1) Bahan karbon menyerap litium, sehingga litium logam pada dasarnya tidak ada dalam baterai, sehingga aman.
(2) Kapasitas tinggi dapat diperoleh karena banyaknya litium yang diserap.
Produksi global bahan anoda (bahan aktif anoda) diperkirakan mencapai sekitar 200.000 ton pada tahun 2018, dengan penjualan sekitar 230 miliar yen.
Grafit, karbon keras, karbon lunak, litium titanat (Li4Ti5O12), paduan, dan bahan lainnya digunakan sebagai bahan anoda.
Sekitar 90% pasar bahan anoda saat ini terdiri dari bahan berbasis grafit, yang digunakan di hampir semua aplikasi, termasuk perangkat seluler serta aplikasi di dalam kendaraan dan stasioner, namun seiring dengan diversifikasi aplikasi baterai, berbagai bahan anoda sedang dikembangkan.
Bahan anoda memiliki pengaruh yang signifikan terhadap parameter penting seperti kepadatan energi baterai dan karakteristik keluaran, karakteristik siklus, serta karakteristik suhu dan keamanan.
Bahan berbasis grafit dapat diklasifikasikan menjadi grafit alam dan grafit buatan. Grafit alam diproduksi dengan menghancurkan bijih grafit alam yang ditambang dan mengolahnya dengan asam fluorida setelah benefisiasi flotasi untuk meningkatkan kemurnian grafit.
Grafit buatan diproduksi dengan menembakkan kokas yang dicampur dengan pitch dan tar pada suhu 2.800-3.600°C sebagai bahan baku.
Bubuk grafit alami berharga 500-1.000 yen/kg, sedangkan bubuk grafit buatan berharga 1.000-2.000 yen/kg, sedangkan grafit alami lebih murah.
Grafit alami mengandung banyak partikel yang terdistorsi, dan elektrolitnya mudah terurai selama pengisian daya, sehingga menghasilkan kapasitas baterai yang besar dan tidak dapat diubah. Oleh karena itu, tindakan penanggulangan dilakukan dengan melapisi permukaan grafit alam dengan grafit buatan, yang memiliki ketahanan dekomposisi yang sangat baik, untuk membuat butiran grafit tersebut.
Meskipun grafit merupakan bahan dengan keseimbangan kepadatan energi, karakteristik siklus, dan karakteristik keluaran yang sangat baik, namun memiliki kelemahan yaitu sulit untuk beroperasi secara stabil di lingkungan bersuhu rendah dan tinggi, sehingga pengendalian suhu baterai sangatlah penting.
Masalah dalam proses pembuatan baterai lithium-ion
Pengumpul debu sering digunakan untuk menghilangkan debu pada jalur produksi ion litium.
Namun, di salah satu pabrik, lebih dari 9 ton bahan mentah bocor dan tidak dikumpulkan setiap bulan dari pengumpul debu di seluruh pabrik karena kesalahan pemasangan dan kerusakan setelah kain saring diganti. Hal ini mengakibatkan kerugian sekitar 27 juta yen per bulan bagi perusahaan, dan juga menimbulkan masalah polusi udara.
Namun, di salah satu pabrik, lebih dari 9 ton bahan mentah bocor dan tidak dikumpulkan setiap bulan dari pengumpul debu di seluruh pabrik karena kesalahan pemasangan dan kerusakan setelah kain saring diganti. Hal ini mengakibatkan kerugian sekitar 27 juta yen per bulan bagi perusahaan, dan juga menimbulkan masalah polusi udara.
Bagaimana cara mengatasi permasalahan tersebut?
Please feel free to ask us if you have any questions
or you want our support. ⇩⇩⇩
Please feel free to contact us if you have any inquiries.
Click here to download documents.
© Matsushima Measure Tech Co., Ltd.