Вице-президент Европейской комиссии Марош Шефчович заявил, что к 2025 году Европейский союз сможет производить достаточно аккумуляторов для питания своих быстрорастущих электромобилей. Таким образом, это устранит необходимость полагаться на импортные аккумуляторы.
В рамках своего плана достижения «климатической нейтральности» к 2050 году ЕС стремится увеличить местное производство в зеленой промышленности. Он включает водородное топливо для производства низкоуглеродистой стали и аккумуляторы для новых энергетических транспортных средств.
В настоящее время около 80% мирового производства литий-ионных аккумуляторов приходится на Китай. Но согласно плану ЕС, мощности по производству литий-ионных аккумуляторов в Европе будут быстро расширяться.
В настоящее время в Европе строится 15 крупных заводов по производству аккумуляторов, включая заводы шведской компании Northvolt в Швеции и Германии, заводы китайского производителя аккумуляторов CATL в Германии и второй завод южнокорейской компании SK Innovation в Венгрии.
Европейская комиссия ожидает, что к 2025 году на дорогах Европы будет 13 миллионов автомобилей с низким уровнем выбросов, что потребует дополнительных инвестиций.
1. Катодные материалы
Оксид лития-кобальта (LiCoO₂)
Функции: Он имеет высокую плотность энергии, что позволяет ему хранить больше электричества в батарее. Его разрядная платформа стабильна, а выходное напряжение остается относительно постоянным, что обеспечивает стабильное питание устройства во время использования. Например, он широко используется в электронных продуктах 3C, таких как ранние смартфоны.
Сценарий применения: Литий-ионные аккумуляторы в основном используются для небольших электронных устройств, таких как мобильные телефоны и ноутбуки. Однако из-за дефицита ресурсов кобальта, больших колебаний цен и определенных рисков для окружающей среды и безопасности его использование в крупномасштабных областях аккумуляторов (например, электромобили) ограничено.
Оксид лития, никеля, марганца, кобальта (NMC, LiNiₓMnₓCo₁ – ₂ₓO₂)
Функции: Регулируя соотношение никеля (Ni), марганца (Mn) и кобальта (Co), можно сбалансировать плотность энергии, срок службы и безопасность батареи. Например, более высокое содержание никеля увеличивает плотность энергии, а добавление марганца помогает улучшить безопасность и стабильность батареи.
Сценарии применения: Широко используется в электромобилях и системах хранения энергии. Например, такие модели, как Tesla Model 3, используют батареи NMC, которые соответствуют требованиям к дальним пробегам для электромобилей, а также обеспечивают безопасность и долговечность батареи.
Литий-железо-фосфат (LiFePO₄)
Функции: Он обеспечивает хорошую термическую стабильность, что делает его относительно безопасным в высокотемпературных средах и менее подверженным опасным ситуациям, таким как тепловой разгон. Он также имеет длительный циклический срок службы с более медленным падением емкости после многократных зарядов и разрядов. Однако его плотность энергии относительно низкая, что означает, что он может не хранить столько электричества, как некоторые другие катодные материалы того же объема или веса.
Сценарии применения: Благодаря своей высокой безопасности и длительному сроку службы он широко используется в приложениях, требующих этих характеристик, таких как электробусы и станции хранения энергии. Например, некоторые электробусы BYD используют литий-железо-фосфатные батареи, обеспечивая безопасное и надежное энергетическое решение для городского общественного транспорта.
Оксид лития и марганца (LiMn₂O₄)
Функции: Он имеет низкую стоимость, обильные ресурсы и относительно простой процесс производства, что делает его экономически эффективным. Он также имеет высокую производительность, способен заряжать и разряжать большой ток за короткое время, что делает его подходящим для сценариев, требующих быстрой зарядки или высокой выходной мощности. Однако его циклический срок службы и высокотемпературные характеристики относительно плохие.
Сценарии применения: Обычно используется в электроинструментах, легких электромобилях и другом оборудовании, которое имеет ограниченную стоимость и особые требования к производительности аккумулятора.
2. Анодные материалы
Графит
Функции: Графит бывает как естественным, так и искусственным. Он обладает хорошей проводимостью и слоистой структурой, что обеспечивает эффективные каналы вставки и извлечения для ионов лития, позволяя процессам зарядки и разрядки аккумулятора протекать плавно. Кроме того, графитовые материалы обладают хорошей химической стабильностью и могут поддерживать относительно стабильную производительность в рабочей среде аккумулятора.
Сценарии применения: Графит является наиболее широко используемым анод материал, обычно встречающийся в различных литий-ионных аккумуляторах, от аккумуляторов мобильных телефонов до аккумуляторов электромобилей.
Материалы на основе кремния
Функции: Кремний имеет чрезвычайно высокую теоретическую удельную емкость. Он может хранить больше ионов лития, чем графит, что значительно повышает плотность энергии батареи. Однако кремний претерпевает большие изменения объема во время процесса зарядки и разрядки. Это может привести к распылению и осыпанию материалов электродов, тем самым влияя на срок службы батареи и стабильность ее работы.
Сценарии применения: С постоянным технологическим прогрессом применение материалов на основе кремния в высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторах привлекло внимание. Научно-исследовательские институты и компании работают над разработкой композитных анодных материалов из кремния и углерода для следующего поколения аккумуляторов с высокой плотностью энергии. Ожидается, что они будут широко использоваться в будущих электромобилях и высокопроизводительных электронных устройствах.
Титанат лития (Li₄Ti₅O₁₂)
Функции: Титанат лития — материал с нулевой деформацией. В процессе вставки и извлечения литий-ионов объем материала электрода практически не меняется, что обеспечивает превосходный срок службы и способность выдерживать многократные циклы заряда и разряда. Он также отличается высокой безопасностью и хорошими скоростными характеристиками, что позволяет производить быструю зарядку и разрядку. Однако его плотность энергии относительно низкая.
Сценарии применения: В основном используется в приложениях, требующих длительного срока службы батареи и безопасности, например, в системах накопления энергии и специализированных электромобилях.
3. Электролит
Органические карбонаты
Функции: Обычно используемые органические карбонаты, такие как этиленкарбонат (EC) и пропиленкарбонат (PC). Они обладают хорошей растворимостью и могут полностью растворять соли лития, обеспечивая высокую ионную проводимость электролита. Эти карбонаты также обладают хорошей электрохимической стабильностью и остаются стабильными в диапазоне рабочего напряжения батареи. И они не разлагаются и не реагируют способами, которые влияют на производительность батареи.
Сценарии применения: Органические карбонаты являются основным компонентом электролитов литий-ионных аккумуляторов и широко используются в различных типах литий-ионных аккумуляторов.
Соли лития
Функции: Гексафторфосфат лития (LiPF₆) является наиболее часто используемой солью лития. Он обеспечивает ионы лития в электролите и имеет хорошую ионную проводимость в подходящих органических растворителях. Однако он чувствителен к влаге и легко разлагается при контакте с водой, поэтому уровень влажности необходимо тщательно контролировать во время производства и использования аккумуляторов.
Сценарии применения: Как ключевой компонент электролита, соли лития используются для приготовления электролитов для различных литий-ионных аккумуляторов. И они необходимы для обеспечения правильной работы аккумулятора.
4. Материалы диафрагмы
Полиолефины (такие как полиэтилен ПЭ, полипропилен ПП)
Функции: Полиолефины обладают хорошими механическими свойствами и выдерживают внутреннее давление батареи. Это предотвращает прямой контакт между положительным и отрицательным электродами, который может вызвать короткое замыкание. Они также обладают хорошей смачиваемостью электролитом. Это обеспечивает надлежащее проникновение электролита в сепаратор и обеспечивает канал для передачи литий-ионов. Кроме того, полиолефины проявляют хорошую химическую стабильность и не склонны реагировать с другими материалами в батарее.
Сценарии применения: Полиолефины являются основными материалами, используемыми в сепараторах литий-ионных аккумуляторов. Они играют важную роль в обеспечении как безопасности, так и производительности различных продуктов литий-ионных аккумуляторов.
