Pin lithium-ion là gì?
Matsushima Measure Tech
Pin lithium-ion là gì
(pin có thể sạc lại)?
Pin có thể sạc lại và sử dụng nhiều lần được gọi là pin phụ. Trong số đó, pin thứ cấp lithium-ion có mật độ năng lượng cao nhất, khiến chúng trở thành loại pin nhỏ gọn và dung lượng cao.
Bằng cách di chuyển các ion lithium giữa vật liệu điện cực dương và âm, việc sạc và xả có thể được thực hiện nhiều lần.
Pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị điện tử và thiết bị vận tải, chẳng hạn như điện thoại di động/điện thoại thông minh, máy tính xách tay và xe điện, vì chúng thường nhỏ và nhẹ nhưng có thể lưu trữ lượng năng lượng lớn.
Ngoài ra, pin lithium-ion có khả năng cung cấp điện áp ổn định, cho phép sạc và xả nhanh chóng và có tuổi thọ dài.
Tuy nhiên, chúng phải được xử lý và quản lý đúng cách vì có nguy cơ sinh nhiệt và bốc cháy do xử lý sai hoặc phương pháp sạc.
■Đóng góp và tác động đến xã hội
1. năng lượng bền vững
Pin lithium-ion có thể sạc lại và có thể lưu trữ điện hiệu quả từ các nguồn năng lượng tái tạo (ví dụ: năng lượng mặt trời và gió) từ các nguồn năng lượng tái tạo (mặt trời, gió, v.v.). Điều này thúc đẩy việc sử dụng năng lượng bền vững và góp phần giảm sự phụ thuộc năng lượng vào nhiên liệu hóa thạch.
2. Sự phát triển của các thiết bị điện tử
Mật độ năng lượng cao và trọng lượng nhẹ của pin lithium-ion đã cải thiện đáng kể hiệu suất của các thiết bị điện tử như điện thoại di động, máy tính xách tay và máy tính bảng. Mật độ năng lượng cao và trọng lượng nhẹ của pin lithium-ion góp phần đáng kể vào hiệu suất của các thiết bị điện tử như điện thoại di động, máy tính xách tay và máy tính bảng. Pin lithium-ion cũng được sử dụng rộng rãi để cung cấp năng lượng cho máy móc như dụng cụ điện, robot và máy bay không người lái. Chúng cũng được sử dụng rộng rãi làm nguồn năng lượng cho các công cụ điện, robot, máy bay không người lái và các máy móc khác, đồng thời đang thúc đẩy đổi mới công nghệ trong các lĩnh vực này.
3. Sự phổ biến của xe điện
Pin lithium-ion được sử dụng làm nguồn năng lượng chính trong xe điện (EV). Việc sử dụng rộng rãi xe điện đang thu hút sự chú ý như một phương tiện thay thế để giảm tác động đến môi trường. giảm phát thải và tiếng ồn, đồng thời được kỳ vọng sẽ cải thiện tính bền vững của giao thông vận tải.
4. Công nghệ lưu trữ năng lượng
Pin lithium-ion cũng được sử dụng làm hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS). ESS cũng có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời. Lượng điện được tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, năng lượng gió biến động theo thời gian trong ngày nên việc lưu trữ năng lượng là cần thiết để đảm bảo cung cấp điện ổn định. Lưu trữ năng lượng là cần thiết để đảm bảo cung cấp điện ổn định.
ESS sử dụng pin lithium-ion có thể được sử dụng làm hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS). ESS sử dụng pin lithium-ion đóng vai trò sử dụng hiệu quả năng lượng tái tạo và cải thiện tính ổn định của lưới điện.
Việc sử dụng rộng rãi pin lithium-ion đã mang lại nhiều lợi ích xã hội, bao gồm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm tác động đến môi trường và tăng trưởng các ngành công nghiệp mới. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất pin lithium-ion và xử lý chất thải, cũng phải chú ý đến việc cung cấp nguyên liệu và tác động đến môi trường của chúng. Việc phát triển pin lithium-ion bền vững và những tiến bộ trong công nghệ tái chế là rất quan trọng để tối đa hóa sự đóng góp và tác động của chúng đối với xã hội.
Bằng cách di chuyển các ion lithium giữa vật liệu điện cực dương và âm, việc sạc và xả có thể được thực hiện nhiều lần.
Pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị điện tử và thiết bị vận tải, chẳng hạn như điện thoại di động/điện thoại thông minh, máy tính xách tay và xe điện, vì chúng thường nhỏ và nhẹ nhưng có thể lưu trữ lượng năng lượng lớn.
Ngoài ra, pin lithium-ion có khả năng cung cấp điện áp ổn định, cho phép sạc và xả nhanh chóng và có tuổi thọ dài.
Tuy nhiên, chúng phải được xử lý và quản lý đúng cách vì có nguy cơ sinh nhiệt và bốc cháy do xử lý sai hoặc phương pháp sạc.
■Đóng góp và tác động đến xã hội
1. năng lượng bền vững
Pin lithium-ion có thể sạc lại và có thể lưu trữ điện hiệu quả từ các nguồn năng lượng tái tạo (ví dụ: năng lượng mặt trời và gió) từ các nguồn năng lượng tái tạo (mặt trời, gió, v.v.). Điều này thúc đẩy việc sử dụng năng lượng bền vững và góp phần giảm sự phụ thuộc năng lượng vào nhiên liệu hóa thạch.
2. Sự phát triển của các thiết bị điện tử
Mật độ năng lượng cao và trọng lượng nhẹ của pin lithium-ion đã cải thiện đáng kể hiệu suất của các thiết bị điện tử như điện thoại di động, máy tính xách tay và máy tính bảng. Mật độ năng lượng cao và trọng lượng nhẹ của pin lithium-ion góp phần đáng kể vào hiệu suất của các thiết bị điện tử như điện thoại di động, máy tính xách tay và máy tính bảng. Pin lithium-ion cũng được sử dụng rộng rãi để cung cấp năng lượng cho máy móc như dụng cụ điện, robot và máy bay không người lái. Chúng cũng được sử dụng rộng rãi làm nguồn năng lượng cho các công cụ điện, robot, máy bay không người lái và các máy móc khác, đồng thời đang thúc đẩy đổi mới công nghệ trong các lĩnh vực này.
3. Sự phổ biến của xe điện
Pin lithium-ion được sử dụng làm nguồn năng lượng chính trong xe điện (EV). Việc sử dụng rộng rãi xe điện đang thu hút sự chú ý như một phương tiện thay thế để giảm tác động đến môi trường. giảm phát thải và tiếng ồn, đồng thời được kỳ vọng sẽ cải thiện tính bền vững của giao thông vận tải.
4. Công nghệ lưu trữ năng lượng
Pin lithium-ion cũng được sử dụng làm hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS). ESS cũng có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời. Lượng điện được tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, năng lượng gió biến động theo thời gian trong ngày nên việc lưu trữ năng lượng là cần thiết để đảm bảo cung cấp điện ổn định. Lưu trữ năng lượng là cần thiết để đảm bảo cung cấp điện ổn định.
ESS sử dụng pin lithium-ion có thể được sử dụng làm hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS). ESS sử dụng pin lithium-ion đóng vai trò sử dụng hiệu quả năng lượng tái tạo và cải thiện tính ổn định của lưới điện.
Việc sử dụng rộng rãi pin lithium-ion đã mang lại nhiều lợi ích xã hội, bao gồm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm tác động đến môi trường và tăng trưởng các ngành công nghiệp mới. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất pin lithium-ion và xử lý chất thải, cũng phải chú ý đến việc cung cấp nguyên liệu và tác động đến môi trường của chúng. Việc phát triển pin lithium-ion bền vững và những tiến bộ trong công nghệ tái chế là rất quan trọng để tối đa hóa sự đóng góp và tác động của chúng đối với xã hội.
Các loại và tính năng của pin thứ cấp
| Pin lưu trữ | Thuận lợi | Độ ổn định rất tốt và giá tương đối thấp |
| Nhược điểm | Hiệu suất giảm dần tỷ lệ thuận với tần suất sử dụng và tuổi thọ ngắn. | |
| Sử dụng | Ắc quy ô tô, ắc quy dự phòng, v.v. | |
| Pin niken | Thuận lợi | Mật độ năng lượng cao, chống quá tải và xả quá mức |
| Nhược điểm | Lượng phóng điện tự nhiên lớn và công suất điện giảm ngay cả khi không sử dụng. | |
| Sử dụng | Dụng cụ điện, nguồn điện khẩn cấp, v.v. | |
| Lithium ion battery | Thuận lợi | Chúng có mật độ năng lượng cao nhất trong số các loại pin lưu trữ, có thể được chế tạo nhỏ hơn và có tuổi thọ tương đối dài. |
| Nhược điểm | Đắt so với pin axit chì | |
| Sử dụng | Thiết bị điện tử cầm tay, ứng dụng xe hybrid, v.v. | |
| Sodium ion battery | Thuận lợi | Pin lưu trữ hoạt động ở nhiệt độ cao khoảng 300oC. Nhỏ gọn hơn khoảng 1/3 so với pin axit chì. Không tự xả, hiệu suất sạc và xả cao |
| Nhược điểm | Đắt so với pin lithium-ion | |
| Sử dụng | Lưu trữ năng lượng quy mô lớn |
Về mặt sản xuất pin trong 5 năm qua, tỷ lệ pin sơ cấp và pin thứ cấp là khoảng 6:4, trong đó pin tạm thời lớn hơn.
Chỉ xét riêng pin thứ cấp, pin niken hiđrua kim loại và pin lithium ion chiếm khoảng 100%, với tỷ lệ là 3:7, trong đó pin lithium ion chiếm tỷ lệ lớn hơn.
Xét về tổng giá trị, tỷ lệ pin sơ cấp và pin thứ cấp là khoảng 1:9, trong đó pin thứ cấp chiếm ưu thế và pin lithium-ion chiếm một nửa tổng giá trị.
Điều này phần lớn là do chúng được sử dụng rộng rãi trong pin cho điện thoại thông minh, các thiết bị di động khác và xe hybrid.
Vật liệu của pin lithium-ion là gì?
Vật liệu chính được sử dụng trong sản xuất pin lithium-ion là vật liệu hoạt động điện cực dương, vật liệu hoạt động điện cực âm, nước điện phân và thiết bị phân tách.
Bên trong pin lithium-ion, quá trình sạc và xả xảy ra khi các ion lithium di chuyển qua lại giữa các điện cực dương và âm thông qua nước điện phân. Vật liệu catốt thường bao gồm các oxit kim loại đơn hoặc hỗn hợp của coban, niken và mangan, cũng như các vật liệu gốc sắt photphat. Vật liệu gốc cacbon (graphit) và vật liệu gốc hợp kim được sử dụng làm vật liệu làm cực dương.
Bên trong pin lithium-ion, quá trình sạc và xả xảy ra khi các ion lithium di chuyển qua lại giữa các điện cực dương và âm thông qua nước điện phân. Vật liệu catốt thường bao gồm các oxit kim loại đơn hoặc hỗn hợp của coban, niken và mangan, cũng như các vật liệu gốc sắt photphat. Vật liệu gốc cacbon (graphit) và vật liệu gốc hợp kim được sử dụng làm vật liệu làm cực dương.
Dự trữ vật liệu được sử dụng trong pin lithium-ion là gì?
Nhu cầu về pin lithium-ion, loại có thể sạc lại và sử dụng nhiều lần, dự kiến sẽ tiếp tục tăng khi chúng được sử dụng trong điện thoại di động, thiết bị di động, máy tính và ô tô hybrid.
Chúng tôi sẽ kiểm tra xem có đủ nguyên liệu thô cho khối lượng sản xuất pin lithium-ion hay không bằng cách tập trung vào nguyên liệu chính.
Nguồn: https://www.nirs.qst.go.jp/db/anzendb/NORMDB/PDF/36.pdf
Vật liệu catốt
■Coban
Dự trữ thế giới: Khoảng 7 triệu tấn
Theo quốc gia: Congo (49%), Úc (20%), Cuba (14%), Zambia (3,9%)
Sản lượng quặng coban trên thế giới: Sản lượng tăng từ 25.700 tấn năm 1999 lên 62.300 tấn năm 2007.
Sự gia tăng này phản ánh nhu cầu mạnh mẽ về pin lithium-ion trên toàn thế giới, đặc biệt là ở Trung Quốc và Nhật Bản.
Là vật liệu catốt cân bằng nhất, trước đây nó là vật liệu catốt chính được sử dụng, nhưng do coban là một vật liệu đắt tiền và giá của nó biến động rộng rãi nên gần đây đã có rất nhiều sự phát triển của các vật liệu khác.
Theo quốc gia: Congo (49%), Úc (20%), Cuba (14%), Zambia (3,9%)
Sản lượng quặng coban trên thế giới: Sản lượng tăng từ 25.700 tấn năm 1999 lên 62.300 tấn năm 2007.
Sự gia tăng này phản ánh nhu cầu mạnh mẽ về pin lithium-ion trên toàn thế giới, đặc biệt là ở Trung Quốc và Nhật Bản.
Là vật liệu catốt cân bằng nhất, trước đây nó là vật liệu catốt chính được sử dụng, nhưng do coban là một vật liệu đắt tiền và giá của nó biến động rộng rãi nên gần đây đã có rất nhiều sự phát triển của các vật liệu khác.
■Niken
Dự trữ thế giới: Khoảng 89 triệu tấn (khoảng 2 triệu tấn được khai thác hàng năm)
Theo quốc gia: Indonesia, Philippines, Brazil, Cuba, New Caledonia
Các mỏ và mỏ này chủ yếu nằm ở khu vực gần xích đạo; Sản lượng từ loại tiền gửi này đã tăng đều đặn trong những thập kỷ gần đây. Các mỏ quặng sunfua nằm ở Nam Phi, Nga và Canada. Úc giàu trữ lượng quặng sunfua và đá ong.
Theo quốc gia: Indonesia, Philippines, Brazil, Cuba, New Caledonia
Các mỏ và mỏ này chủ yếu nằm ở khu vực gần xích đạo; Sản lượng từ loại tiền gửi này đã tăng đều đặn trong những thập kỷ gần đây. Các mỏ quặng sunfua nằm ở Nam Phi, Nga và Canada. Úc giàu trữ lượng quặng sunfua và đá ong.
■mangan
Dự trữ thế giới: khoảng 460 triệu tấn
Theo quốc gia: Ukraina (30%), Nam Phi (22%), Úc (14%), Ấn Độ (12,2%), Gabon (4,3%)
Tại Nhật Bản, có nhiều mỏ mangan, nhưng việc sản xuất đã ngừng vào năm 1986. Các mỏ chính bao gồm Mỏ Noda Tamagawa ở tỉnh Iwate, Mỏ Oe, Mỏ Kamikuni, Mỏ Inakura Ishi và Mỏ Ishizaki ở Hokkaido và Mỏ Hama Yokogawa ở tỉnh Nagano.
Theo quốc gia: Ukraina (30%), Nam Phi (22%), Úc (14%), Ấn Độ (12,2%), Gabon (4,3%)
Tại Nhật Bản, có nhiều mỏ mangan, nhưng việc sản xuất đã ngừng vào năm 1986. Các mỏ chính bao gồm Mỏ Noda Tamagawa ở tỉnh Iwate, Mỏ Oe, Mỏ Kamikuni, Mỏ Inakura Ishi và Mỏ Ishizaki ở Hokkaido và Mỏ Hama Yokogawa ở tỉnh Nagano.
Vật liệu cực dương
Vật liệu carbon là vật liệu làm cực dương chính, với than chì tự nhiên, than chì nhân tạo, carbon cứng và MCMB (vi cầu trung gian) là những vật liệu chính có nhu cầu.
Ưu điểm của việc sử dụng vật liệu cacbon làm cực dương
(1) Vật liệu carbon hấp thụ lithium nên về cơ bản không có lithium kim loại trong pin, khiến pin trở nên an toàn.
(2) Có thể đạt được công suất cao do lượng lithium được hấp thụ lớn.
Sản lượng vật liệu anode (vật liệu hoạt tính anode) toàn cầu dự kiến sẽ đạt khoảng 200.000 tấn vào năm 2018, với doanh thu khoảng 230 tỷ yên.
Than chì, carbon cứng, carbon mềm, lithium titanate (Li4Ti5O12), hợp kim và các vật liệu khác được sử dụng làm vật liệu cực dương.
Khoảng 90% thị trường vật liệu làm cực dương hiện tại bao gồm các vật liệu làm từ than chì, được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng, bao gồm cả thiết bị di động cũng như các ứng dụng cố định và trong xe cộ, nhưng khi các ứng dụng pin đa dạng hóa, nhiều vật liệu làm cực dương khác nhau đang được phát triển.
Vật liệu làm cực dương có tác động đáng kể đến các thông số quan trọng như mật độ năng lượng và đặc tính đầu ra của pin, đặc tính chu trình cũng như đặc tính nhiệt độ và độ an toàn.
Vật liệu làm từ than chì có thể được phân loại thành than chì tự nhiên và than chì nhân tạo. Than chì tự nhiên được sản xuất bằng cách nghiền quặng than chì tự nhiên được khai thác và xử lý nó bằng axit hydrofluoric sau khi tuyển nổi để tăng độ tinh khiết của than chì.
Than chì nhân tạo được sản xuất bằng cách nung than cốc trộn với hắc ín và hắc ín ở nhiệt độ 2.800-3.600°C làm nguyên liệu thô.
Bột than chì tự nhiên có giá 500-1.000 yên/kg, trong khi bột than chì nhân tạo có giá 1.000-2.000 yên/kg, than chì tự nhiên rẻ hơn.
Than chì tự nhiên chứa nhiều hạt bị biến dạng, chất điện phân dễ bị phân hủy trong quá trình sạc, dẫn đến dung lượng pin lớn không thể đảo ngược. Do đó, các biện pháp đối phó được thực hiện bằng cách phủ lên bề mặt than chì tự nhiên bằng than chì nhân tạo, có khả năng chống phân hủy tuyệt vời, để tạo hạt cho than chì.
Mặc dù than chì là vật liệu có sự cân bằng tuyệt vời về mật độ năng lượng, đặc tính chu kỳ và đặc tính đầu ra, nhưng nó có nhược điểm là khó hoạt động ổn định trong môi trường nhiệt độ thấp và cao nên việc kiểm soát nhiệt độ của pin là rất quan trọng.
Ưu điểm của việc sử dụng vật liệu cacbon làm cực dương
(1) Vật liệu carbon hấp thụ lithium nên về cơ bản không có lithium kim loại trong pin, khiến pin trở nên an toàn.
(2) Có thể đạt được công suất cao do lượng lithium được hấp thụ lớn.
Sản lượng vật liệu anode (vật liệu hoạt tính anode) toàn cầu dự kiến sẽ đạt khoảng 200.000 tấn vào năm 2018, với doanh thu khoảng 230 tỷ yên.
Than chì, carbon cứng, carbon mềm, lithium titanate (Li4Ti5O12), hợp kim và các vật liệu khác được sử dụng làm vật liệu cực dương.
Khoảng 90% thị trường vật liệu làm cực dương hiện tại bao gồm các vật liệu làm từ than chì, được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng, bao gồm cả thiết bị di động cũng như các ứng dụng cố định và trong xe cộ, nhưng khi các ứng dụng pin đa dạng hóa, nhiều vật liệu làm cực dương khác nhau đang được phát triển.
Vật liệu làm cực dương có tác động đáng kể đến các thông số quan trọng như mật độ năng lượng và đặc tính đầu ra của pin, đặc tính chu trình cũng như đặc tính nhiệt độ và độ an toàn.
Vật liệu làm từ than chì có thể được phân loại thành than chì tự nhiên và than chì nhân tạo. Than chì tự nhiên được sản xuất bằng cách nghiền quặng than chì tự nhiên được khai thác và xử lý nó bằng axit hydrofluoric sau khi tuyển nổi để tăng độ tinh khiết của than chì.
Than chì nhân tạo được sản xuất bằng cách nung than cốc trộn với hắc ín và hắc ín ở nhiệt độ 2.800-3.600°C làm nguyên liệu thô.
Bột than chì tự nhiên có giá 500-1.000 yên/kg, trong khi bột than chì nhân tạo có giá 1.000-2.000 yên/kg, than chì tự nhiên rẻ hơn.
Than chì tự nhiên chứa nhiều hạt bị biến dạng, chất điện phân dễ bị phân hủy trong quá trình sạc, dẫn đến dung lượng pin lớn không thể đảo ngược. Do đó, các biện pháp đối phó được thực hiện bằng cách phủ lên bề mặt than chì tự nhiên bằng than chì nhân tạo, có khả năng chống phân hủy tuyệt vời, để tạo hạt cho than chì.
Mặc dù than chì là vật liệu có sự cân bằng tuyệt vời về mật độ năng lượng, đặc tính chu kỳ và đặc tính đầu ra, nhưng nó có nhược điểm là khó hoạt động ổn định trong môi trường nhiệt độ thấp và cao nên việc kiểm soát nhiệt độ của pin là rất quan trọng.
Các vấn đề trong quá trình sản xuất pin lithium-ion
Máy hút bụi thường được sử dụng để loại bỏ bụi trên dây chuyền sản xuất ion lithium.
Tuy nhiên, tại nhà máy của một nhà sản xuất, hơn 9 tấn nguyên liệu thô bị rò rỉ hàng tháng từ các máy hút bụi ở tất cả các nhà máy do lỗi lắp đặt và hư hỏng sau khi thay vải lọc. Điều này khiến công ty lỗ khoảng 27 triệu yên mỗi tháng và cũng dẫn đến vấn đề ô nhiễm không khí.
Tuy nhiên, tại nhà máy của một nhà sản xuất, hơn 9 tấn nguyên liệu thô bị rò rỉ hàng tháng từ các máy hút bụi ở tất cả các nhà máy do lỗi lắp đặt và hư hỏng sau khi thay vải lọc. Điều này khiến công ty lỗ khoảng 27 triệu yên mỗi tháng và cũng dẫn đến vấn đề ô nhiễm không khí.
How to solve the problems?
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.