Flexibilná batéria – tepna spotrebnej elektroniky budúcnosti

So zlepšovaním životnej úrovne a rozvojom technológií sa flexibilnej elektronike dostáva čoraz viac pozornosti. Pokrok v oblasti flexibilnej elektronickej technológie môže výrazne zmeniť formu produktu v oblasti zdravia, nosenia, internetu všetkého a dokonca aj robotiky a má obrovský trhový potenciál.

So zlepšovaním životnej úrovne a rozvojom technológií sa flexibilnej elektronike dostáva čoraz viac pozornosti. Pokrok v oblasti flexibilnej elektronickej technológie môže výrazne zmeniť formu produktu v oblasti zdravia, nosenia, internetu všetkého a dokonca aj robotiky a má obrovský trhový potenciál.

Mnohé spoločnosti investovali veľa do výskumu a vývoja, jedna po druhej do skorého nasadenia technológie novej generácie a vývoja nových produktov. V poslednej dobe sa obľúbeným smerom stali skladacie mobilné telefóny. Skladanie je prvým krokom k prechodu elektronických produktov od tradičnej tuhosti k flexibilite.

Samsung Galaxy Fold a Huawei Mate X priniesli verejnosti do očí skladacie telefóny a sú skutočne komerčné, no ich riešenia sú všetky spojené na polovicu. Hoci je použitý celý kus ohybného OLED displeja, zvyšok je Zariadenie sa nedá zložiť ani ohnúť. V súčasnosti už nie je skutočným limitujúcim faktorom pre flexibilné zariadenia, akými sú ohybné mobilné telefóny, samotná obrazovka, ale inovácia ohybnej elektroniky, najmä ohybných batérií. Batéria na zásobovanie energiou často zaberá väčšinu objemu zariadenia, takže je tiež najpravdepodobnejšou nevyhnutnou súčasťou pri dosahovaní skutočnej flexibility a ohybnosti. Okrem toho nositeľné zariadenia, ako sú inteligentné hodinky a inteligentné náramky, stále používajú tradičné pevné batérie, ktorých veľkosť je obmedzená, v dôsledku čoho sa často obetuje životnosť batérie. Preto sú veľkokapacitné a flexibilné flexibilné batérie revolučným faktorom v skladacích mobilných telefónoch a nositeľných zariadeniach.

1.Definícia a výhody flexibilných batérií

Flexibilná batéria všeobecne označujú batérie, ktoré sa dajú ohýbať a používať opakovane. Medzi ich vlastnosti patrí ohybnosť, roztiahnuteľnosť, skladanie a skrútenie; môžu to byť lítium-iónové batérie, zinkovo-mangánové batérie alebo strieborno-zinkové batérie alebo dokonca superkondenzátory. Pretože každá časť flexibilnej batérie podlieha určitej deformácii počas procesu skladania a rozťahovania, materiály a štruktúra každej časti flexibilnej batérie si musia zachovať výkon aj po niekoľkonásobnom skladaní a rozťahovaní. Prirodzene, technické požiadavky v tejto oblasti sú veľmi vysoké. Vysoká. Keď sa súčasná tuhá lítiová batéria deformuje, jej výkon sa vážne poškodí a môže dokonca dôjsť k ohrozeniu bezpečnosti. Preto flexibilné batérie vyžadujú úplne nové materiály a konštrukčné návrhy.

V porovnaní s tradičnými pevnými batériami majú flexibilné batérie vyššiu prispôsobivosť voči životnému prostrediu, odolnosť proti kolízii a lepšiu bezpečnosť. Navyše, flexibilné batérie môžu spôsobiť, že sa elektronické výrobky budú vyvíjať ergonomickejším smerom. Flexibilné batérie môžu výrazne znížiť náklady a objem inteligentného hardvéru, pridať nové možnosti a zlepšiť existujúce možnosti, čo umožní inovatívnemu hardvéru a fyzickému svetu dosiahnuť bezprecedentnú hlbokú integráciu.

2. Veľkosť trhu flexibilných batérií

Flexibilný elektronický priemysel je považovaný za ďalší významný vývojový trend elektronického priemyslu. Hnacími faktormi jeho rýchleho rozvoja je obrovský dopyt na trhu a rázna národná politika. Mnohé zahraničné krajiny už sformulovali výskumné plány pre flexibilnú elektroniku. Ako napríklad americký plán FDCASU, projekt Horizont Európskej únie, juhokórejská „Kórejská zelená IT národná stratégia“ atď., Čínska nadácia pre prírodné vedy pre 12. a 13. päťročný plán Číny zahŕňa aj flexibilnú elektroniku ako dôležitú oblasť výskumu. mikro-nano výroba.

Okrem integrácie elektronických obvodov, funkčných materiálov, mikro-nano výroby a iných technologických oblastí, flexibilná elektronická technológia zahŕňa aj polovodiče, obaly, testovanie, textil, chemikálie, tlačené obvody, zobrazovacie panely a ďalšie priemyselné odvetvia. Poháňa biliónový trh a pomáha tradičným sektorom pri zvyšovaní pridanej hodnoty priemyselných odvetví a prináša revolučné zmeny do priemyselnej štruktúry a ľudského života. Podľa predpovedí autoritatívnych organizácií bude mať flexibilný elektronický priemysel hodnotu 46.94 miliardy USD v roku 2018 a 301 miliárd USD v roku 2028, so zloženým ročným rastom takmer 30 % od roku 2011 do roku 2028 a má dlhodobý trend. rýchly rast.

Flexibilná batéria – tepna spotrebnej elektroniky v budúcnosti 〡 Originál Mizuki Capital
Obrázok 1: Priemyselný reťazec flexibilných batérií

Flexibilné batérie sú dôležitou súčasťou oblasti flexibilnej elektroniky. Môžu byť použité v skladacích mobilných telefónoch, nositeľných zariadeniach, svetlých odevoch a iných oblastiach a majú široký dopyt na trhu. Podľa výskumnej správy o prognóze globálneho trhu s flexibilnými batériami do roku 2020, ktorú vydal Markets and Markets, sa očakáva, že do roku 2020 dosiahne globálny trh s flexibilnými batériami 617 miliónov amerických dolárov. Od roku 2015 do roku 2020 bude flexibilná batéria rásť zloženým ročným tempom rastu 53.68 %. Zvýšiť. Očakáva sa, že odvetvie nositeľných zariadení, ktoré je typickým nadväzujúcim odvetvím flexibilných batérií, dodá v roku 280 2021 miliónov kusov. Keďže tradičný hardvér vstupuje do obdobia prekážok a inovatívnych aplikácií nových technológií, nositeľné zariadenia ohlasujú nové obdobie rýchleho vývoja. Po flexibilných batériách bude veľký dopyt.

Odvetvie flexibilných batérií však stále čelí mnohým výzvam a najväčším problémom sú technické problémy. Odvetvie flexibilných batérií má vysoké prekážky vstupu a je potrebné vyriešiť mnoho problémov, ako sú materiály, štruktúry a výrobné procesy. V súčasnosti je veľa výskumných prác stále v laboratórnej fáze a existuje len veľmi málo spoločností, ktoré môžu vykonávať hromadnú výrobu.

3.Technické smerovanie flexibilných batérií

Technickým smerom k realizácii flexibilných alebo naťahovacích batérií je najmä návrh nových štruktúr a flexibilných materiálov. Konkrétne ide predovšetkým o tieto tri kategórie:

3.1.Tenkovrstvová batéria

Základným princípom tenkovrstvových batérií je použitie ultratenkej úpravy materiálov v každej vrstve batérie na uľahčenie ohýbania a po druhé, zlepšenie výkonu cyklu úpravou materiálu alebo elektrolytu. Tenkovrstvové batérie predstavujú hlavne lítiové keramické batérie z Taiwanu Huineng a zinkové polymérové ​​batérie od Imprint Energy v Spojených štátoch. Výhodou tohto typu batérie je, že môže dosiahnuť určitý stupeň ohybu a je ultratenká (<1 mm); nevýhodou je, že to IT nedokáže natiahnuť, životnosť po otočení rýchlo klesá, kapacita je malá (úroveň miliampérhodin) a cena je vysoká.

3.2. Tlačená batéria (papierová batéria)

Rovnako ako tenkovrstvové batérie, papierové batérie sú batérie, ktoré používajú ako nosič tenkú vrstvu. Rozdiel je v tom, že počas procesu prípravy sa na film nanesie špeciálny atrament vyrobený z vodivých materiálov a uhlíkových nanomateriálov. Charakteristiky tenkovrstvových papierových batérií sú mäkké, ľahké a tenké. Hoci majú nižší výkon ako tenkovrstvové batérie, sú šetrnejšie k životnému prostrediu – vo všeobecnosti ide o jednorazové batérie.

Papierové batérie patria do tlačenej elektroniky a všetky ich komponenty či časti sú dotvorené metódami tlače. Tlačené elektronické produkty sú zároveň dvojrozmerné a majú flexibilné vlastnosti.

3.3. Batéria s novou štruktúrou (veľkokapacitná flexibilná batéria)

Tenkovrstvové batérie a tlačené batérie sú obmedzené objemom a môžu dosiahnuť iba produkty s nízkou spotrebou energie. A viac aplikačných scenárov má väčší dopyt po obrovskom výkone. To robí z netenkých 3D flexibilných batérií horúci trh. Napríklad súčasná populárna veľkokapacitná flexibilná, naťahovacia batéria realizovaná ostrovnou mostnou konštrukciou. Princípom tejto batérie je sériovo-paralelná štruktúra batérie. Problém spočíva vo vysokej vodivosti a spoľahlivom spojení medzi batériami, ktoré sa môžu natiahnuť a ohnúť, a vonkajším dizajnom Protect pack. Výhodou tohto typu batérie je, že sa môže natiahnuť, ohnúť a skrútiť. Pri otáčaní iba ohnutie konektora nemá vplyv na životnosť samotnej batérie. Má veľkú kapacitu (úroveň v ampérhodinách) a nízke náklady; nevýhodou je, že lokálna mäkkosť nie je taká dobrá ako pri ultratenkej batérii. Buď malý. Nechýba ani origami štruktúra, ktorá skladaním a ohýbaním skladá 2D-rozmerný papier do rôznych tvarov v 3D priestore. Táto technológia origami sa aplikuje na lítium-iónové batérie a zberač prúdu, kladná elektróda, záporná elektróda atď. sú zložené podľa rôznych uhlov skladania. Pri natiahnutí a ohnutí vydrží batéria veľký tlak vďaka skladaciemu efektu a má dobrú elasticitu. Neovplyvní výkon. Okrem toho často prijímajú vlnovitú štruktúru, to znamená vlnitú rozťahovaciu štruktúru. Aktívny materiál sa aplikuje na vlnitý kovový pólový nástavec, aby sa vytvorila roztiahnuteľná elektróda. Lítiová batéria založená na tejto štruktúre bola mnohokrát natiahnutá a ohnutá. Stále môže udržiavať dobrú kapacitu cyklu.

Ultratenké batérie sa vo všeobecnosti používajú v tenkých elektronických produktoch, ako sú elektronické karty, tlačené batérie sa zvyčajne používajú v scenároch na jedno použitie, ako sú štítky RFID, a flexibilné batérie s veľkou kapacitou sa používajú najmä v inteligentných elektronických produktoch, ako sú hodinky a mobilné telefóny. ktoré vyžadujú veľkú kapacitu. Superior.

4. Konkurenčné prostredie flexibilných batérií

Trh s flexibilnými batériami stále vzniká a zúčastnenými hráčmi sú najmä tradiční výrobcovia batérií, technologickí giganti a začínajúce spoločnosti. V súčasnosti však v globálnom meradle neexistuje dominantný výrobca a rozdiel medzi spoločnosťami nie je veľký a v podstate sú v štádiu výskumu a vývoja.

Z regionálneho hľadiska sa súčasný výskum a vývoj flexibilných batérií sústreďuje najmä v Spojených štátoch, Južnej Kórei a Taiwane, ako napríklad Imprint Energy v Spojených štátoch, Hui Neng Taiwan, LG Chem v Južnej Kórei atď. Technologické giganty ako Apple, Samsung a Panasonic tiež aktívne nasadzujú flexibilné batérie. Kontinentálna Čína urobila určitý pokrok v oblasti papierových batérií. Kótované spoločnosti ako Evergreen a Jiulong Industrial dokázali dosiahnuť masovú výrobu. Niekoľko start-upov sa objavilo aj v iných technických smeroch, ako napríklad Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology a Jizhan Technology. Zároveň významné vedeckovýskumné inštitúcie rozvíjajú aj nové technologické smery.

Nasleduje stručná analýza a porovnanie produktov a firemnej dynamiky niekoľkých významných vývojárov v oblasti flexibilných batérií:

Taiwan Huineng

FLCB mäkká dosková lítium-keramická batéria

1. Pevná lítiová keramická batéria sa líši od tekutého elektrolytu používaného v dostupnej lítiovej batérii. Neutečie, aj keď je zlomený, zasiahnutý, prepichnutý alebo spálený, a nevznieti sa, nespáli ani nevybuchne. Dobrý bezpečnostný výkon
2. Ultratenký, najtenší môže dosiahnuť 0.38 mm
3. Hustota batérie nie je taká vysoká ako hustota lítiových batérií. 33 mm34mm0.38 mm lítium-keramická batéria má kapacitu 10.5 mAh a energetickú hustotu 91 Wh/L.
4. Nie je flexibilný; dá sa iba ohnúť a nedá sa natiahnuť, stlačiť ani skrútiť.

V druhej polovici roku 2018 postavte prvú super továreň na svete na výrobu pevných lítiových keramických batérií.

Južná Kórea LG Chem

Káblová batéria

1. Má výbornú pružnosť a znesie určitú mieru natiahnutia
2. Je flexibilnejší a nie je potrebné ho umiestňovať do elektronických zariadení ako tradičné lítium-iónové batérie. Dá sa umiestniť kdekoľvek a dá sa dobre integrovať do dizajnu produktu.
3. Káblová batéria má malú kapacitu a vysoké výrobné náklady
4. Zatiaľ žiadna výroba energie

Imprint Energy, USA

Zinková polymérová batéria

1. Ultra tenký, dobrý dynamický bezpečnostný výkon v ohybe
2. Zinok je menej toxický ako lítiové batérie a je bezpečnejšou voľbou pre zariadenia nosené na ľuďoch

Ultratenké vlastnosti obmedzujú kapacitu batérie a bezpečnostný výkon zinkovej batérie si stále vyžaduje dlhodobú kontrolu trhu. Dlhý čas konverzie produktu

Spojte sa so spoločnosťou Semtech a vstúpte do oblasti internetu vecí

Jiangsu Enfusai Printing Electronics Co., Ltd.

Papierová batéria

1. Bol sériovo vyrábaný a používa sa v RFID štítkoch, medicíne a iných oblastiach

Môže prispôsobiť 2. Veľkosť, hrúbka a tvar sú podľa potrieb používateľov a môže upraviť polohu kladných a záporných elektród batérie.

1. Papierová batéria je určená na jednorazové použitie a nie je možné ju nabíjať
2. Výkon je malý a scenáre použitia sú obmedzené. Môže sa vzťahovať iba na elektronické štítky RFID, senzory, čipové karty, inovatívne obaly atď.
3. Dokončite akvizíciu spoločnosti Enfucell vo Fínsku v 2018 vlastníctve v roku XNUMX
4. V roku 70 získala financovanie vo výške 2018 miliónov RMB

HOPPT BATTERY

Batéria pre 3D tlač

1. Podobný proces 3D tlače a technológia vystuženia nanovlákien
2. Flexibilná lítiová batéria má vlastnosti ľahké, tenké a flexibilné

5. Budúci vývoj flexibilných batérií

V súčasnosti majú flexibilné batérie pred sebou ešte dlhú cestu v ukazovateľoch elektrochemického výkonu, ako je kapacita batérie, hustota energie a životnosť cyklu. Batérie vyvinuté v existujúcich laboratóriách majú vo všeobecnosti vysoké procesné požiadavky, nízku efektivitu výroby a vysoké náklady, ktoré sú nevhodné pre priemyselnú výrobu vo veľkom meradle. Hľadanie flexibilných elektródových materiálov a pevných elektrolytov s vynikajúcim komplexným výkonom, inovatívny dizajn štruktúry batérií a vývoj nových procesov prípravy batérií v pevnej fáze sú prelomovými smermi.

Okrem toho je najvýznamnejšou bolesťou súčasného priemyslu batérií životnosť batérie. Výrobcovia batérií, ktorí dokážu dosiahnuť výhodné postavenie, musia v budúcnosti riešiť problém životnosti batérie a zároveň flexibilnej výroby. Očakáva sa, že aplikácia nových zdrojov energie (ako je slnečná energia a bioenergia) alebo nových materiálov (ako je grafén) vyrieši tieto dva problémy súčasne.

Flexibilné batérie sa v budúcnosti stávajú aortou spotrebnej elektroniky. V dohľadnej budúcnosti technologické prelomy v celej oblasti flexibilnej elektroniky reprezentovanej flexibilnými batériami nevyhnutne prinesú obrovské zmeny v dodávateľských a nadväzujúcich odvetviach.