Flexible na baterya-ang arterya ng consumer electronics sa hinaharap

Sa pagpapabuti ng mga pamantayan ng pamumuhay at pag-unlad ng teknolohiya, ang nababaluktot na electronics ay nakatanggap ng higit at higit na pansin. Ang pag-unlad ng nababaluktot na teknolohiyang elektroniko ay lubos na makakapagbago sa anyo ng produkto sa kalusugan, naisusuot, Internet ng Lahat, at maging sa mga robotics, at may malawak na potensyal sa merkado.

Sa pagpapabuti ng mga pamantayan ng pamumuhay at pag-unlad ng teknolohiya, ang nababaluktot na electronics ay nakatanggap ng higit at higit na pansin. Ang pag-unlad ng nababaluktot na teknolohiyang elektroniko ay lubos na makakapagbago sa anyo ng produkto sa kalusugan, naisusuot, Internet ng Lahat, at maging sa mga robotics, at may malawak na potensyal sa merkado.

Maraming kumpanya ang namuhunan ng maraming pananaliksik at pag-unlad, isa-isa nang maagang pag-deploy ng susunod na henerasyong teknolohiya at bagong produkto. Kamakailan, ang mga foldable na mobile phone ay naging isang pinapaboran na direksyon. Ang pagtitiklop ay ang unang hakbang para sa mga produktong elektroniko na lumipat mula sa tradisyonal na tigas patungo sa kakayahang umangkop.

Ang Samsung Galaxy Fold at Huawei Mate X ay nagdala ng mga foldable na telepono sa view ng publiko at talagang komersyal, ngunit ang kanilang mga solusyon ay lahat ay nakabitin sa kalahati. Bagama't isang buong piraso ng flexible na OLED display ang ginagamit, ang natitira ay Ang device ay hindi maaaring tiklop o baluktot. Sa kasalukuyan, ang tunay na salik sa paglilimita para sa mga flexible device tulad ng mga flexible na mobile phone ay hindi na ang screen mismo kundi ang inobasyon ng flexible electronics, lalo na ang mga flexible na baterya. Ang baterya ng supply ng enerhiya ay kadalasang sumasakop sa karamihan ng volume ng device, kaya ito rin ang pinakamalamang na mahalagang bahagi sa pagkamit ng tunay na flexibility at pagkabaluktot. Bilang karagdagan, ang mga naisusuot na device gaya ng mga smartwatch at smart bracelet ay gumagamit pa rin ng mga tradisyonal na matibay na baterya, na limitado ang laki, na nagreresulta sa buhay ng baterya na madalas na isinasakripisyo. Samakatuwid, ang malalaking kapasidad, mataas na kakayahang umangkop na mga flexible na baterya ay isang rebolusyonaryong salik sa mga natitiklop na mobile phone at mga naisusuot na device.

1. Kahulugan at mga pakinabang ng mga nababaluktot na baterya

Flexible na baterya karaniwang tumutukoy sa mga baterya na maaaring baluktot at gamitin nang paulit-ulit. Kabilang sa kanilang mga katangian ang nababaluktot, nababanat, natitiklop, at nababaluktot; maaari silang mga lithium-ion na baterya, zinc-manganese na baterya o silver-zinc na baterya, o kahit na Supercapacitor. Dahil ang bawat bahagi ng nababaluktot na baterya ay sumasailalim sa tiyak na pagpapapangit sa panahon ng proseso ng pagtitiklop at pag-uunat, ang mga materyales at istraktura ng bawat bahagi ng nababaluktot na baterya ay dapat mapanatili ang pagganap pagkatapos ng ilang beses na pagtiklop at pag-uunat. Naturally, ang mga teknikal na kinakailangan sa larangang ito ay napakataas. Mataas. Matapos ang kasalukuyang matibay na baterya ng lithium ay sumasailalim sa pagpapapangit, ang pagganap nito ay mapipinsala nang husto, at maaaring magkaroon pa ng mga panganib sa kaligtasan. Samakatuwid, ang mga nababaluktot na baterya ay nangangailangan ng mga bagong materyales at disenyo ng istruktura.

Kung ikukumpara sa mga tradisyonal na matibay na baterya, ang mga flexible na baterya ay may mas mataas na kakayahang umangkop sa kapaligiran, pagganap laban sa banggaan, at mas mahusay na kaligtasan. Bukod dito, ang mga nababaluktot na baterya ay maaaring gumawa ng mga elektronikong produkto na bumuo sa isang mas ergonomic na direksyon. Ang mga nababaluktot na baterya ay maaaring makabuluhang bawasan ang gastos at dami ng matalinong hardware, magdagdag ng mga bagong kakayahan at pagbutihin ang mga umiiral na kakayahan, pagpapagana ng makabagong hardware at pisikal na mundo upang makamit ang isang walang uliran na malalim na pagsasama.

2. Ang laki ng merkado ng mga nababaluktot na baterya

Ang nababaluktot na industriya ng electronics ay itinuturing na susunod na pangunahing trend ng pag-unlad ng industriya ng electronics. Ang mga salik sa pagmamaneho para sa mabilis na pag-unlad nito ay ang malaking pangangailangan sa merkado at masiglang pambansang patakaran. Maraming mga dayuhang bansa ang nakabalangkas na ng mga plano sa pananaliksik para sa nababaluktot na electronics. Gaya ng US FDCASU plan, the European Union's Horizon Project, South Korea's "Korea Green IT National Strategy," at iba pa, China's Natural Science Foundation of China's 12th at 13th Five-Year Plan ay kinabibilangan din ng flexible electronics bilang mahalagang research area ng paggawa ng micro-nano.

Bilang karagdagan sa pagsasama-sama ng mga electronic circuit, functional na materyales, micro-nano manufacturing, at iba pang larangan ng teknolohiya, sumasaklaw din ang flexible electronic na teknolohiya sa mga semiconductor, packaging, pagsubok, tela, kemikal, printed circuit, display panel, at iba pang industriya. Ito ay magtutulak ng isang trilyong dolyar na merkado at tutulong sa mga Tradisyunal na sektor sa pagpapahusay ng karagdagang halaga ng mga industriya at pagdadala ng mga rebolusyonaryong pagbabago sa istrukturang pang-industriya at buhay ng tao. Ayon sa mga pagtataya ng mga awtoritatibong organisasyon, ang industriya ng flexible na electronics ay nagkakahalaga ng US$46.94 bilyon sa 2018 at US$301 bilyon sa 2028, na may pinagsamang taunang rate ng paglago na halos 30% mula 2011 hanggang 2028, at nasa trend ng pangmatagalang mabilis na paglaki.

Flexible na baterya-ang arterya ng consumer electronics sa hinaharap 〡 Mizuki Capital orihinal
Figure 1: Flexible na chain ng industriya ng baterya

Ang flexible na baterya ay isang mahalagang bahagi ng larangan ng flexible electronics. Magagamit ang mga ito sa mga foldable na mobile phone, naisusuot na device, matingkad na damit, at iba pang lugar at may malawak na pangangailangan sa merkado. Ayon sa isang ulat ng pananaliksik sa 2020 global flexible na forecast ng merkado ng baterya na inisyu ng Markets and Markets, sa 2020, ang pandaigdigang nababaluktot na merkado ng baterya ay inaasahang aabot sa 617 milyong US dollars. Mula 2015 hanggang 2020, lalago ang flexible na baterya sa isang tambalang taunang rate ng paglago na 53.68%. Taasan. Bilang isang tipikal na downstream na industriya ng flexible na baterya, ang industriya ng wearable device ay inaasahang magpapadala ng 280 milyong unit sa 2021. Habang pumapasok ang tradisyunal na hardware sa isang bottleneck na panahon at mga makabagong aplikasyon ng mga bagong teknolohiya, ang mga wearable device ay naghahatid sa isang bagong panahon ng mabilis na pag-unlad. Magkakaroon ng malakihang pangangailangan para sa mga flexible na baterya.

Gayunpaman, ang industriya ng nababaluktot na baterya ay nahaharap pa rin sa maraming hamon, at ang pinakamalaking problema ay mga teknikal na isyu. Ang industriya ng flexible na baterya ay may mataas na hadlang sa pagpasok, at maraming isyu gaya ng mga materyales, istruktura, at proseso ng produksyon ang kailangang lutasin. Sa kasalukuyan, maraming gawaing pananaliksik ang nasa laboratory stage pa, at kakaunti ang mga kumpanyang maaaring magsagawa ng mass production.

3. Teknikal na direksyon ng mga nababaluktot na baterya

Ang teknikal na direksyon para sa pagsasakatuparan ng nababaluktot o nababanat na mga baterya ay pangunahing ang disenyo ng mga bagong istruktura at nababaluktot na materyales. Sa partikular, mayroong pangunahing sumusunod na tatlong kategorya:

3.1. Manipis na pelikulang baterya

Ang pangunahing prinsipyo ng mga baterya ng manipis na pelikula ay ang paggamit ng ultra-manipis na paggamot ng mga materyales sa bawat layer ng baterya upang mapadali ang pagbaluktot at, pangalawa, pagbutihin ang pagganap ng cycle sa pamamagitan ng pagbabago ng materyal o electrolyte. Ang mga thin-film na baterya ay pangunahing kumakatawan sa mga lithium ceramic na baterya mula sa Taiwan Huineng at mga zinc polymer na baterya mula sa Imprint Energy sa United States. Ang bentahe ng ganitong uri ng baterya ay nakakamit nito ang isang tiyak na antas ng baluktot at napakanipis (<1mm); ang disadvantage ay hindi ito ma-stretch ng IT, mabilis na nabubulok ang buhay pagkatapos lumiko, maliit ang kapasidad (milliamp-hour level), at mataas ang gastos.

3.2. Naka-print na baterya (baterya ng papel)

Tulad ng mga thin-film na baterya, ang mga papel na baterya ay mga baterya na gumagamit ng thin-film bilang carrier. Ang pagkakaiba ay ang isang espesyal na tinta na gawa sa mga conductive na materyales at carbon nanomaterial ay pinahiran sa pelikula sa panahon ng proseso ng paghahanda. Ang mga katangian ng thin-film printed paper na mga baterya ay malambot, magaan, at manipis. Bagama't mas mababa ang lakas ng mga ito kaysa sa mga bateryang thin-film, mas environment friendly ang mga ito—karaniwan ay isang disposable na baterya.

Ang mga bateryang papel ay nabibilang sa mga naka-print na electronics, at ang lahat ng kanilang mga bahagi o bahagi ay kinukumpleto sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng produksyon ng pag-print. Kasabay nito, ang mga naka-print na elektronikong produkto ay dalawang-dimensional at may kakayahang umangkop na mga katangian.

3.3. Bagong istrakturang disenyo ng baterya (malaking kapasidad na flexible na baterya)

Ang mga thin-film na baterya at mga naka-print na baterya ay limitado sa dami at maaari lamang makamit ang mga produktong mababa ang lakas. At higit pang mga sitwasyon ng application ay may higit na pangangailangan para sa napakalawak na kapangyarihan. Ginagawa nitong mainit na merkado ang mga non-thin film 3D flexible na baterya. Halimbawa, ang kasalukuyang sikat na malaking kapasidad na nababaluktot, nababanat na baterya na natanto ng istraktura ng tulay ng isla. Ang prinsipyo ng bateryang ito ay ang serye-parallel na istraktura ng pack ng baterya. Ang kahirapan ay nakasalalay sa mataas na kondaktibiti at ang maaasahang link sa pagitan ng mga baterya, na maaaring mag-inat at mabaluktot, at ang panlabas na Protektahan ang disenyo ng pack. Ang bentahe ng ganitong uri ng baterya ay maaari itong mag-unat, yumuko, at mag-twist. Kapag lumiliko, ang pagyuko lamang ng konektor ay hindi nakakaapekto sa buhay ng baterya mismo. Ito ay may malaking kapasidad (ampere-hour level) at mababang gastos; ang kawalan ay ang lokal na lambot ay hindi kasing ganda ng isang ultra-manipis na baterya. Maging maliit. Mayroon ding origami na istraktura, na nagtitiklop ng 2D-dimensional na papel sa iba't ibang hugis sa 3D na espasyo sa pamamagitan ng pagtiklop at pagyuko. Ang teknolohiyang origami na ito ay inilalapat sa mga baterya ng lithium-ion, at ang kasalukuyang kolektor, positibong elektrod, negatibong elektrod, atbp., ay nakatiklop ayon sa iba't ibang mga anggulo ng pagtitiklop. Kapag naunat at nakabaluktot, ang baterya ay maaaring makatiis ng maraming presyon dahil sa natitiklop na epekto at may mahusay na pagkalastiko. Hindi makakaapekto sa pagganap. Bilang karagdagan, madalas silang nagpapatibay ng isang hugis-alon na istraktura, iyon ay, isang hugis-alon na nababanat na istraktura. Ang aktibong materyal ay inilalapat sa hugis alon na piraso ng metal na poste upang makagawa ng isang nababanat na elektrod. Ang baterya ng lithium batay sa istrukturang ito ay naunat at nakayuko nang maraming beses. Maaari pa rin itong mapanatili ang isang mahusay na kapasidad ng pag-ikot.

Ang mga ultra-manipis na baterya ay karaniwang ginagamit sa mga manipis na elektronikong produkto tulad ng mga electronic card, ang mga naka-print na baterya ay karaniwang ginagamit sa mga sitwasyong pang-isahang gamit gaya ng mga RFID tag, at ang malalaking kapasidad na nababaluktot na mga baterya ay pangunahing ginagamit sa mga matalinong produktong elektroniko tulad ng mga relo at mga mobile phone. na nangangailangan ng malaking kapasidad. Superior.

4. Ang mapagkumpitensyang tanawin ng mga flexible na baterya

Ang flexible na merkado ng baterya ay umuusbong pa rin, at ang mga kalahok na manlalaro ay pangunahing mga tradisyunal na tagagawa ng baterya, mga higante ng teknolohiya, at mga start-up na kumpanya. Gayunpaman, kasalukuyang walang nangingibabaw na tagagawa sa buong mundo, at ang agwat sa pagitan ng mga kumpanya ay hindi malaki, at sila ay karaniwang nasa yugto ng R&D.

Mula sa panrehiyong pananaw, ang kasalukuyang pagsasaliksik at pagpapaunlad ng mga flexible na baterya ay pangunahing nakatuon sa United States, South Korea, at Taiwan, tulad ng Imprint Energy sa United States, Hui Neng Taiwan, LG Chem sa South Korea, atbp. Mga higanteng teknolohiya tulad ng Apple, Samsung, at Panasonic ay aktibong nagde-deploy ng mga flexible na baterya. Ang Mainland China ay gumawa ng ilang mga pag-unlad sa larangan ng mga bateryang papel. Ang mga nakalistang kumpanya tulad ng Evergreen at Jiulong Industrial ay nagawang makamit ang mass production. Lumitaw din ang ilang mga start-up sa iba pang teknikal na direksyon, tulad ng Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology, at Jizhan Technology. Kasabay nito, ang mga makabuluhang institusyong pang-agham na pananaliksik ay gumagawa din ng mga bagong teknolohikal na direksyon.

Ang sumusunod ay maikling susuriin at ihahambing ang mga produkto at dynamics ng kumpanya ng ilang pangunahing developer sa larangan ng mga flexible na baterya:

Taiwan Huineng

FLCB soft plate lithium ceramic na baterya

1. Ang solid-state na lithium ceramic na baterya ay iba sa likidong electrolyte na ginagamit sa available na lithium na baterya. Ito ay hindi tumutulo kahit na ito ay nabasag, natamaan, nabutas, o nasunog at hindi magliyab, masunog, o sumabog. Magandang pagganap sa kaligtasan
2. Ultra-manipis, ang thinnest ay maaaring umabot sa 0.38 mm
3. Ang density ng baterya ay hindi kasing taas ng mga baterya ng lithium. Ang 33mm34mmAng 0.38mm lithium ceramic na baterya ay may kapasidad na 10.5mAh at isang density ng enerhiya na 91Wh/L.
4. Ito ay hindi nababaluktot; maaari lamang itong baluktot, at hindi maaaring iunat, pigain, o baluktot.

Sa ikalawang kalahati ng 2018, itayo ang unang super factory ng mga solid-state lithium ceramic na baterya sa mundo.

Timog Korea LG Chem

Baterya ng cable

1. Ito ay may mahusay na kakayahang umangkop at makatiis sa isang tiyak na antas ng pag-uunat
2. Ito ay mas nababaluktot at hindi kailangang ilagay sa loob ng mga elektronikong kagamitan tulad ng mga tradisyonal na lithium-ion na baterya. Maaari itong ilagay kahit saan at maaaring maisama nang maayos sa disenyo ng produkto.
3. Ang baterya ng cable ay may maliit na kapasidad at mataas na gastos sa produksyon
4. Wala pang produksyon ng enerhiya

Imprint Energy, USA

Baterya ng zinc polymer

1. Ultra-manipis, mahusay na dynamic na pagganap ng kaligtasan ng baluktot
2. Ang zinc ay hindi gaanong nakakalason kaysa sa mga baterya ng lithium at isang mas ligtas na pagpipilian para sa mga kagamitang isinusuot sa mga tao

Nililimitahan ng mga ultra-manipis na katangian ang kapasidad ng baterya, at ang pagganap ng kaligtasan ng baterya ng zinc ay nangangailangan pa rin ng pangmatagalang inspeksyon sa merkado. Mahabang panahon ng conversion ng produkto

Makipagtulungan sa Semtech upang makapasok sa larangan ng Internet of Things

Jiangsu Enfusai Printing Electronics Co., Ltd.

Baterya ng papel

1. Mass-produced at ginamit sa RFID tags, medikal at iba pang larangan

Maaari nitong i-customize ang 2. Ang laki, kapal, at hugis ay ayon sa mga pangangailangan ng mga gumagamit, at maaari nitong ayusin ang posisyon ng positibo at negatibong mga electrodes ng baterya.

1. Ang papel na baterya ay para sa isang beses na paggamit at hindi ma-recharge
2. Maliit ang kapangyarihan, at limitado ang mga sitwasyon sa paggamit. Maaari lamang itong ilapat sa mga RFID electronic tag, sensor, smart card, makabagong packaging, atbp.
3. Kumpletuhin ang buong pagmamay-ari na pagkuha ng Enfucell sa Finland noong 2018
4. Nakatanggap ng 70 milyong RMB sa financing noong 2018

HOPPT BATTERY

Baterya sa pag-print ng 3D

1. Katulad na 3D printing process at nanofiber reinforcement technology
2. Ang nababaluktot na baterya ng lithium ay may mga katangian ng magaan, manipis at nababaluktot

5. Ang hinaharap na pag-unlad ng nababaluktot na mga baterya

Sa kasalukuyan, ang mga flexible na baterya ay may mahabang paraan pa sa mga electrochemical performance indicator tulad ng kapasidad ng baterya, density ng enerhiya, at buhay ng cycle. Ang mga baterya na binuo sa mga kasalukuyang laboratoryo ay karaniwang may mataas na kinakailangan sa proseso, mababang kahusayan sa produksyon, at mataas na gastos, na hindi angkop para sa malakihang pang-industriyang produksyon. Sa hinaharap, ang paghahanap ng mga flexible na materyales ng electrode at solid electrolyte na may mahusay na komprehensibong performance, makabagong disenyo ng istraktura ng baterya, at ang pagbuo ng mga bagong proseso ng paghahanda ng solid-state na baterya ay mga pangunahing direksyon.

Bilang karagdagan, ang pinakamahalagang punto ng sakit ng kasalukuyang industriya ng baterya ay ang buhay ng baterya. Sa hinaharap, ang mga tagagawa ng baterya na maaaring makamit ang isang kapaki-pakinabang na posisyon ay dapat lutasin ang problema sa buhay ng baterya at nababaluktot na produksyon sa parehong oras. Ang paggamit ng mga bagong mapagkukunan ng enerhiya (tulad ng solar energy at bioenergy) o mga bagong materyales (tulad ng graphene) ay inaasahang malulutas ang dalawang problemang ito nang sabay-sabay.

Ang mga flexible na baterya ay nagiging aorta ng consumer electronics sa hinaharap. Sa nakikinita na hinaharap, ang mga teknolohikal na tagumpay sa buong larangan ng flexible electronics na kinakatawan ng mga flexible na baterya ay hindi maiiwasang magdulot ng napakalaking pagbabago sa upstream at downstream na mga industriya.