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電池在社會(huì)生產(chǎn)和生活中得到了廣泛而深度的應(yīng)用,近百年來,電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展成熟,特別是在智能化、網(wǎng)聯(lián)化的現(xiàn)代社會(huì)中,電池產(chǎn)品更是憑借優(yōu)異的性能成為社會(huì)發(fā)展不可或缺的基礎(chǔ)產(chǎn)品。當(dāng)前,電池行業(yè)儼然已成為國民經(jīng)濟(jì)的重要支撐性產(chǎn)業(yè),展示出巨大的市場潛力及發(fā)展空間。
(1)技術(shù)變革推動(dòng)多種電池產(chǎn)品的涌現(xiàn)
電池是將預(yù)先儲(chǔ)存起的能量轉(zhuǎn)化為可供外用電能的裝置,作為一種能量來源,其可為外部用電設(shè)備提供穩(wěn)定電壓和穩(wěn)定電流,性能穩(wěn)定可靠且受外界氣候和溫度影響較小,同時(shí)使用操作簡便。
自 1746 年荷蘭萊頓大學(xué)的馬森布羅克發(fā)明了收集電荷的“萊頓瓶”后,眾多科學(xué)家對于能量的存儲(chǔ)進(jìn)行了大量的研究,基于人們對于獲取持續(xù)而穩(wěn)定電能的需要,且在不同應(yīng)用場景下的差異功能選擇,電池技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展,多種電池產(chǎn)品開始涌現(xiàn),不斷滿足著人們的生產(chǎn)及生活需要,為人們帶來了極大的便利。根據(jù)原理的不同,電池可依次劃分為生物電池、物理電池和化學(xué)電池。
生物電池是指將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置;物理電池是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電的電池,典型代表如太陽能電池,可通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能;化學(xué)電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置,是目前應(yīng)用較為廣泛的電池形態(tài)。
化學(xué)電池主要部分是電解質(zhì)溶液、浸在溶液中的正/負(fù)電極和連接電極的導(dǎo)線,根據(jù)工作性質(zhì)和可否充電復(fù)原又可將其分為一次電池(原電池)和二次電池(可充電電池),一次電池使用后即廢棄,二次電池使用前需充電,放電完畢可進(jìn)行反復(fù)充電循環(huán)使用,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益,目前常見的二次電池有鋰離子電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鉛酸電池等。
得益于先進(jìn)電池技術(shù)的快速和高質(zhì)量發(fā)展,鋰離子電池、鉛酸電池、鎳鎘電池以及鎳氫電池等二次電池得到廣泛使用,但是由于鉛酸電池、鎳鎘電池內(nèi)含有大量鉛、鎘、汞等有害元素,容易造成環(huán)境污染問題,因此其生產(chǎn)、銷售和使用逐步受到限制。
鎳氫電池由隔膜、電解質(zhì)溶液、正極和負(fù)極組成,內(nèi)含鎳、稀土、鋅、鈷等,不含鎘、鉛等有毒金屬。鎳氫電池設(shè)計(jì)源于鎳鎘電池,其以儲(chǔ)氫合金取代負(fù)極原來使用的鎘,同時(shí)通過技術(shù)改進(jìn)大大減小了鎳鎘電池中存在的“記憶效應(yīng)”(指鎳鎘電池長期不徹底充、放電,易在電池內(nèi)留下痕跡,降低電池容量的現(xiàn)象)。
目前,鎳鎘電池已逐漸被鎳氫電池取代,而鎳氫電池因具有安全、穩(wěn)定、環(huán)保和重復(fù)利用價(jià)值高等特點(diǎn),也逐步成為一種成熟電池產(chǎn)品。鋰離子電池作為綠色新能源產(chǎn)品,由于優(yōu)異的產(chǎn)品性能及無污染的環(huán)保屬性得到更大規(guī)模的應(yīng)用。
鋰離子電池是一類依靠鋰離子在兩極之間的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)供能的一種二次電池,其主要由正極、負(fù)極、電解液、隔膜四部分構(gòu)成。電池充電時(shí),鋰離子從正極脫出,經(jīng)過電解液和隔膜,嵌入負(fù)極,電池放電時(shí),鋰離子則從負(fù)極通過電解液再次回到正極。鋰離子在正極與負(fù)極間的運(yùn)動(dòng)伴隨著當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌,從而達(dá)到電能的存儲(chǔ)和使用。
(2)全球電池行業(yè)蓬勃發(fā)展,不斷滿足終端市場需求
經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展伴隨著穩(wěn)步增長的用電需求,在現(xiàn)代社會(huì)中,電力資源已成為一種不可缺少的基礎(chǔ)性能源。作為一種能源存儲(chǔ)以及轉(zhuǎn)化設(shè)備,電池行業(yè)服務(wù)于全球發(fā)展需要,成為重要的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)。
近年來,全球電池行業(yè)蓬勃發(fā)展,一方面下游市場需求逐步迸發(fā),消費(fèi)電子產(chǎn)品逐步普及,新興用電領(lǐng)域特別是純電動(dòng)力車及儲(chǔ)能領(lǐng)域的逐步開拓,推動(dòng)著全球電池產(chǎn)品需求的不斷擴(kuò)大;另一方面,眾多電池制造企業(yè)圍繞產(chǎn)品使用安全、產(chǎn)品壽命、存儲(chǔ)容量等方面大力開展創(chuàng)新工作,不斷貼合市場需要,升級(jí)電池產(chǎn)品應(yīng)用,推動(dòng)著行業(yè)高質(zhì)量創(chuàng)新發(fā)展。
相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,2018 年至 2021 年,全球電池行業(yè)市場規(guī)模由 875.76 億美元增長至1,118.64 億美元,實(shí)現(xiàn)年復(fù)合增長率 8.50%,2023 年預(yù)估市場規(guī)模為1,374.92 億美元左右。未來,隨著下游市場需求的逐步迸發(fā),電池產(chǎn)品將得到廣泛應(yīng)用,預(yù)計(jì) 2030 年全球電池行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到 4,240 億美元附近,2023年至 2030 年實(shí)現(xiàn)復(fù)合增長率高達(dá) 17.45%。
全球信息化、電子化建設(shè)奠定了電池行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),同時(shí)由于全球氣候變暖的加劇,各國政府對綠色發(fā)展達(dá)成一致共識(shí),能源革命如火如荼進(jìn)行,對清潔能源的需求逐步增加。太陽能、風(fēng)能等自然能源需要儲(chǔ)存在電池中以供使用,對于配套使用的電池系統(tǒng)需求逐步增加,此外,終端產(chǎn)品電動(dòng)化亦在逐步提升,汽車產(chǎn)業(yè)向電動(dòng)化方向持續(xù)進(jìn)發(fā),新興電子產(chǎn)品逐步出現(xiàn),對電池產(chǎn)品需求形成了良好支撐。
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