Гъвкава батерия - артерията на потребителската електроника в бъдещето

С подобряването на жизнения стандарт и развитието на технологиите гъвкавата електроника получава все повече внимание. Напредъкът на гъвкавите електронни технологии може дълбоко да промени формата на продукта в здравеопазването, носенето, Интернет на всичко и дори роботиката и има огромен пазарен потенциал.

С подобряването на жизнения стандарт и развитието на технологиите гъвкавата електроника получава все повече внимание. Напредъкът на гъвкавите електронни технологии може дълбоко да промени формата на продукта в здравеопазването, носенето, Интернет на всичко и дори роботиката и има огромен пазарен потенциал.

Много компании са инвестирали много изследвания и разработки, едно след друго в ранно внедряване на технологии от следващо поколение и разработване на нови продукти. Напоследък сгъваемите мобилни телефони се превърнаха в предпочитана посока. Сгъването е първата стъпка за преминаване на електронните продукти от традиционна твърдост към гъвкавост.

Samsung Galaxy Fold и Huawei Mate X представиха сгъваемите телефони пред погледа на обществеността и са наистина комерсиални, но всичките им решения са свързани наполовина. Въпреки че се използва цяло парче гъвкав OLED дисплей, останалото е Устройството не може да се сгъва или огъва. Понастоящем истинският ограничаващ фактор за гъвкавите устройства като гъвкавите мобилни телефони вече не е самият екран, а иновацията на гъвкавата електроника, особено гъвкавите батерии. Батерията за захранване на енергия често заема по-голямата част от обема на устройството, така че тя също е най-вероятно съществената част за постигане на истинска гъвкавост и огъваемост. Освен това устройствата за носене като смарт часовници и интелигентни гривни все още използват традиционни твърди батерии, които са ограничени по размер, което води до често жертване на живота на батерията. Следователно гъвкавите батерии с голям капацитет и висока гъвкавост са революционен фактор в сгъваемите мобилни телефони и носими устройства.

1.Определение и предимства на гъвкавите батерии

Гъвкава батерия обикновено се отнасят до батерии, които могат да се огъват и използват многократно. Техните свойства включват огъване, разтегляне, сгъване и усукване; те могат да бъдат литиево-йонни батерии, цинк-манганови батерии или сребърно-цинкови батерии или дори суперкондензатор. Тъй като всяка част от гъвкавата батерия претърпява известна деформация по време на процеса на сгъване и разтягане, материалите и структурата на всяка част от гъвкавата батерия трябва да поддържат производителност след няколко пъти на сгъване и разтягане. Естествено, техническите изисквания в тази област са много високи. Високо. След като настоящата твърда литиева батерия претърпи деформация, нейната производителност ще бъде сериозно повредена и дори може да има опасности за безопасността. Следователно гъвкавите батерии изискват чисто нови материали и структурен дизайн.

В сравнение с традиционните твърди батерии, гъвкавите батерии имат по-висока адаптивност към околната среда, ефективност срещу сблъсък и по-добра безопасност. Освен това, гъвкавите батерии могат да накарат електронните продукти да се развиват в по-ергономична посока. Гъвкавите батерии могат значително да намалят цената и обема на интелигентния хардуер, да добавят нови възможности и да подобрят съществуващите възможности, позволявайки на иновативния хардуер и физическия свят да постигнат безпрецедентна дълбока интеграция.

2. Размерът на пазара на гъвкави батерии

Гъвкавата електронна индустрия се счита за следващата основна тенденция на развитие на електронната индустрия. Движещите фактори за бързото му развитие са огромното пазарно търсене и енергичните национални политики. Много чужди страни вече са формулирали изследователски планове за гъвкава електроника. Като например плана на FDCASU на САЩ, проекта Horizon на Европейския съюз, „Националната стратегия за зелени информационни технологии на Корея“ на Южна Корея и така нататък, Китайската фондация за естествени науки за 12-ия и 13-ия петгодишен план на Китай също включва гъвкавата електроника като важна изследователска област на микро-нано производство.

В допълнение към интегрирането на електронни схеми, функционални материали, микро-нано производство и други технологични области, гъвкавата електронна технология обхваща и полупроводници, опаковки, тестове, текстил, химикали, печатни схеми, дисплеи и други индустрии. Той ще задвижи пазар за трилиони долари и ще помогне на традиционните сектори да увеличат добавената стойност на индустриите и да внесат революционни промени в индустриалната структура и човешкия живот. Според прогнозите на авторитетни организации, индустрията на гъвкавата електроника ще струва 46.94 милиарда долара през 2018 г. и 301 милиарда долара през 2028 г., с общ годишен темп на растеж от близо 30% от 2011 до 2028 г. и е в дългосрочна тенденция. бърз растеж.

Гъвкава батерия - артерията на потребителската електроника в бъдещето 〡 Оригинал на Mizuki Capital
Фигура 1: Гъвкава верига на производството на батерии

Гъвкавите батерии са жизненоважна част от областта на гъвкавата електроника. Те могат да се използват в сгъваеми мобилни телефони, носими устройства, ярки дрехи и други области и имат широко търсене на пазара. Според изследователски доклад относно прогнозата за глобалния пазар на гъвкави батерии за 2020 г., издаден от Markets and Markets, до 2020 г. се очаква глобалният пазар на гъвкави батерии да достигне 617 милиона щатски долара. От 2015 до 2020 г. гъвкавите батерии ще нарастват с общ годишен темп на растеж от 53.68%. Нараства. Като типична индустрия надолу по веригата на гъвкави батерии, индустрията на носимите устройства се очаква да достави 280 милиона единици през 2021 г. Тъй като традиционният хардуер навлиза в период на затруднения и иновативните приложения на новите технологии, носимите устройства въвеждат нов период на бързо развитие. Ще има мащабно търсене на гъвкави батерии.

Въпреки това, индустрията на гъвкавите батерии все още е изправена пред много предизвикателства, а най-големият проблем са техническите проблеми. Индустрията на гъвкавите батерии има високи бариери за навлизане и много проблеми като материали, конструкции и производствени процеси трябва да бъдат решени. В момента много изследователска работа все още е на лабораторен етап и има много малко компании, които могат да извършват масово производство.

3.Техническо направление на гъвкавите батерии

Техническото направление за реализиране на гъвкави или разтегливи батерии е основно проектиране на нови конструкции и гъвкави материали. По-конкретно, има предимно следните три категории:

3.1.Тънкослойна батерия

Основният принцип на тънкослойните батерии е да се използва ултратънка обработка на материалите във всеки слой на батерията, за да се улесни огъването и, второ, да се подобри производителността на цикъла чрез модифициране на материала или електролита. Тънкослойните батерии представляват основно литиево-керамични батерии от Тайван Huineng и цинк-полимерни батерии от Imprint Energy в Съединените щати. Предимството на този вид батерия е, че може да постигне определена степен на огъване и е ултра тънка (<1mm); недостатъкът е, че IT не може да го разтегне, животът се разваля бързо след завъртане, капацитетът е малък (ниво на милиампер час), а цената е висока.

3.2.Печатна батерия (хартиена батерия)

Подобно на тънкослойните батерии, хартиените батерии са батерии, които използват тънък филм като носител. Разликата е, че специално мастило, изработено от проводими материали и въглеродни наноматериали, се нанася върху филма по време на процеса на подготовка. Характеристиките на тънкослойните хартиени батерии са меки, леки и тънки. Въпреки че имат по-ниска мощност от тънкослойните батерии, те са по-екологични – обикновено батерия за еднократна употреба.

Хартиените батерии принадлежат към печатната електроника и всички техни компоненти или части са завършени чрез печатни производствени методи. В същото време печатните електронни продукти са двуизмерни и имат гъвкави характеристики.

3.3. Нов структурен дизайн на батерията (гъвкава батерия с голям капацитет)

Тънкослойните батерии и печатните батерии са ограничени по обем и могат да постигнат само продукти с ниска мощност. И повече сценарии на приложение имат повече търсене на огромна мощност. Това прави 3D гъвкавите батерии без тънък филм горещ пазар. Например, сегашната популярна гъвкава, разтеглива батерия с голям капацитет, реализирана от конструкцията на островния мост. Принципът на тази батерия е последователно-паралелната структура на батерията. Трудността се крие във високата проводимост и надеждната връзка между батериите, които могат да се разтягат и огъват, и външния дизайн на Protect на опаковката. Предимството на този тип батерии е, че могат да се разтягат, огъват и усукват. При завъртане само огъването на конектора не влияе на живота на самата батерия. Има голям капацитет (ниво на ампер-час) и ниска цена; недостатъкът е, че местната мекота не е толкова добра, колкото ултра тънката батерия. Бъди малък. Има и оригами структура, която сгъва 2D-измерна хартия в различни форми в 3D пространство чрез сгъване и огъване. Тази технология на оригами се прилага за литиево-йонни батерии, а тококолекторът, положителният електрод, отрицателният електрод и т.н. се сгъват според различни ъгли на сгъване. При разпъване и огъване батерията може да издържи много натиск поради ефекта на сгъване и има добра еластичност. Няма да повлияе на производителността. Освен това те често приемат вълнообразна структура, тоест вълнообразна разтеглива структура. Активният материал се нанася върху вълнообразния метален стълб, за да се направи разтеглив електрод. Литиевата батерия, базирана на тази структура, е била опъната и огъната много пъти. Все още може да поддържа добър капацитет на цикъла.

Ултратънките батерии обикновено се използват в тънки електронни продукти като електронни карти, печатните батерии обикновено се използват в сценарии за еднократна употреба като RFID етикети, а гъвкавите батерии с голям капацитет се използват главно в интелигентни електронни продукти като часовници и мобилни телефони които изискват голям капацитет. Превъзходен.

4. Конкурентната среда на гъвкавите батерии

Пазарът на гъвкави батерии все още се очертава и участващите играчи са предимно традиционни производители на батерии, технологични гиганти и стартиращи компании. В момента обаче няма доминиращ производител в световен мащаб, а разликата между компаниите не е голяма и те са основно в етап на научноизследователска и развойна дейност.

От регионална гледна точка настоящите изследвания и разработки на гъвкави батерии са концентрирани главно в Съединените щати, Южна Корея и Тайван, като Imprint Energy в Съединените щати, Hui Neng Taiwan, LG Chem в Южна Корея и др. Технологични гиганти като Apple, Samsung и Panasonic също активно внедряват гъвкави батерии. Континентален Китай направи известно развитие в областта на хартиените батерии. Котирани компании като Evergreen и Jiulong Industrial успяха да постигнат масово производство. Няколко стартиращи фирми също се появиха в други технически направления, като Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology и Jizhan Technology. В същото време значими научноизследователски институции развиват и нови технологични направления.

Следното ще анализира накратко и сравни продуктите и динамиката на компанията на няколко големи разработчици в областта на гъвкавите батерии:

Тайван Хуйненг

FLCB мека литиево-керамична батерия

1. Твърдотелната литиево-керамична батерия е различна от течния електролит, използван в наличната литиева батерия. Той няма да изтече дори ако е счупен, ударен, пробит или изгорен и няма да се запали, изгори или експлодира. Добро представяне на безопасността
2. Ултра тънък, най-тънкият може да достигне 0.38 мм
3. Плътността на батерията не е толкова висока, колкото тази на литиевите батерии. 33 мм34mm0.38 мм литиево-керамична батерия има капацитет от 10.5 mAh и енергийна плътност от 91 Wh/L.
4. Не е гъвкав; може само да се огъва и не може да се разтяга, компресира или усуква.

През втората половина на 2018 г. построете първата в света супер фабрика за твърдотелни литиево-керамични батерии.

Южна Корея LG Chem

Кабелна батерия

1. Той има отлична гъвкавост и може да издържи известна степен на разтягане
2. Той е по-гъвкав и не е необходимо да се поставя в електронно оборудване като традиционните литиево-йонни батерии. Може да бъде поставен навсякъде и може да бъде добре интегриран в дизайна на продукта.
3. Кабелната батерия има малък капацитет и висока производствена цена
4. Все още няма производство на енергия

Отпечатък Енергия, САЩ

Цинк полимерна батерия

1. Ултра тънка, добра динамична безопасност при огъване
2. Цинкът е по-малко токсичен от литиевите батерии и е по-безопасен избор за оборудване, носено на хора

Ултратънките характеристики ограничават капацитета на батерията, а безопасността на цинковата батерия все още се нуждае от дългосрочна пазарна проверка. Дълго време за преобразуване на продукта

Свържете се със Semtech, за да влезете в областта на Интернет на нещата

Jiangsu Enfusai Printing Electronics Co., Ltd.

Хартиена батерия

1. Произведен е масово и е използван в RFID етикети, медицински и други области

Може да персонализира 2. Размерът, дебелината и формата са според нуждите на потребителите и може да регулира позицията на положителните и отрицателните електроди на батерията.

1. Хартиената батерия е за еднократна употреба и не може да се презарежда
2. Мощността е малка, а сценариите на използване са ограничени. Може да се прилага само за RFID електронни етикети, сензори, смарт карти, иновативни опаковки и др.
3. Завършете изцяло притежаваното придобиване на Enfucell във Финландия през 2018 г
4. Получи 70 милиона RMB за финансиране през 2018 г

HOPPT BATTERY

Батерия за 3D печат

1. Подобен процес на 3D печат и технология за укрепване на нановолакна
2. Гъвкавата литиева батерия има характеристиките на лека, тънка и гъвкава

5. Бъдещото развитие на гъвкави батерии

Понастоящем гъвкавите батерии все още трябва да извървят дълъг път по отношение на показателите за електрохимична ефективност, като капацитет на батерията, енергийна плътност и живот на цикъла. Батериите, разработени в съществуващите лаборатории, обикновено имат високи технологични изисквания, ниска производствена ефективност и висока цена, които не са подходящи за мащабно промишлено производство. В бъдеще търсенето на гъвкави електродни материали и твърди електролити с отлична цялостна производителност, иновативен дизайн на структурата на батерията и разработването на нови процеси за подготовка на твърдотелни батерии са пробивни посоки.

В допълнение, най-значимата болезнена точка на настоящата индустрия на батериите е животът на батерията. В бъдеще производителите на батерии, които могат да постигнат изгодна позиция, трябва да решат едновременно проблема с живота на батерията и гъвкавото производство. Прилагането на нови енергийни източници (като слънчева енергия и биоенергия) или нови материали (като графен) се очаква да реши тези два проблема едновременно.

Гъвкавите батерии се превръщат в аортата на потребителската електроника в бъдеще. В обозримо бъдеще технологичните пробиви в цялата област на гъвкавата електроника, представена от гъвкави батерии, неизбежно ще доведат до огромни промени в индустриите нагоре и надолу по веригата.