Гибкая батарея — артерия бытовой электроники будущего

С повышением уровня жизни и развитием технологий все больше внимания уделяется гибкой электронике. Развитие гибких электронных технологий может коренным образом изменить форму продуктов в области здравоохранения, носимых устройств, Интернета всего и даже робототехники и обладает огромным рыночным потенциалом.

С повышением уровня жизни и развитием технологий все больше внимания уделяется гибкой электронике. Развитие гибких электронных технологий может коренным образом изменить форму продуктов в области здравоохранения, носимых устройств, Интернета всего и даже робототехники и обладает огромным рыночным потенциалом.

Многие компании вложили много средств в исследования и разработки, внедряя одно за другим раннее внедрение технологий следующего поколения и разработку новых продуктов. В последнее время излюбленным направлением стали складные мобильные телефоны. Складывание — это первый шаг электронных продуктов к переходу от традиционной жесткости к гибкости.

Samsung Galaxy Fold и Huawei Mate X сделали складные телефоны общедоступными и действительно коммерческими, но все их решения складываются пополам. Хотя используется целый кусок гибкого OLED-дисплея, остальную часть устройства нельзя складывать или сгибать. В настоящее время реальным ограничивающим фактором для гибких устройств, таких как гибкие мобильные телефоны, является уже не сам экран, а инновации гибкой электроники, особенно гибкие батареи. Аккумулятор питания часто занимает большую часть объема устройства, поэтому он также является наиболее важной частью для достижения истинной гибкости и гибкости. Кроме того, в носимых устройствах, таких как смарт-часы и смарт-браслеты, по-прежнему используются традиционные жесткие батареи, которые ограничены по размеру, в результате чего часто приходится жертвовать временем автономной работы. Таким образом, гибкие аккумуляторы большой емкости и высокой гибкости являются революционным фактором в складных мобильных телефонах и носимых устройствах.

1. Определение и преимущества гибких аккумуляторов

Гибкая батарея обычно относятся к батареям, которые можно сгибать и использовать повторно. Их свойства включают гибкость, растяжение, складывание и скручивание; это могут быть литий-ионные батареи, цинк-марганцевые батареи или серебряно-цинковые батареи или даже суперконденсаторы. Поскольку каждая часть гибкой батареи претерпевает определенную деформацию в процессе складывания и растяжения, материалы и структура каждой части гибкой батареи должны сохранять свои характеристики после нескольких складываний и растяжений. Естественно, технические требования в этой области очень высоки. Высокий. После того, как текущая жесткая литиевая батарея подвергнется деформации, ее производительность будет серьезно повреждена, и может даже возникнуть угроза безопасности. Поэтому гибкие батареи требуют совершенно новых материалов и конструктивных решений.

По сравнению с традиционными жесткими батареями, гибкие батареи имеют более высокую адаптивность к окружающей среде, защиту от столкновений и лучшую безопасность. Более того, гибкие батареи могут сделать электронные продукты более эргономичными. Гибкие батареи могут значительно снизить стоимость и объем интеллектуального оборудования, добавить новые возможности и улучшить существующие возможности, позволяя инновационному оборудованию и физическому миру достичь беспрецедентно глубокой интеграции.

2. Объем рынка гибких аккумуляторов

Гибкая электронная промышленность считается следующей важной тенденцией развития электронной промышленности. Движущими факторами его быстрого развития являются огромный рыночный спрос и энергичная национальная политика. Во многих зарубежных странах уже сформулированы планы исследований гибкой электроники. Например, план FDCASU США, проект Horizon Европейского союза, южнокорейская «Национальная стратегия экологически чистых ИТ» в Южной Корее и т. д. Китайский фонд естественных наук 12-й и 13-й пятилетки Китая также включает гибкую электронику в качестве важной области исследований. производство микронано.

Помимо интеграции электронных схем, функциональных материалов, производства микро-нано и других технологических областей, гибкие электронные технологии также охватывают полупроводники, упаковку, тестирование, текстиль, химические вещества, печатные схемы, панели дисплея и другие отрасли. Это будет стимулировать рынок объемом в триллион долларов и поможет традиционным секторам повысить добавленную стоимость отраслей и внести революционные изменения в структуру промышленности и жизнь людей. Согласно прогнозам авторитетных организаций, индустрия гибкой электроники будет стоить 46.94 миллиарда долларов США в 2018 году и 301 миллиард долларов США в 2028 году, с совокупным годовым темпом роста почти 30% с 2011 по 2028 год, и находится в долгосрочной перспективе. быстрый рост.

Гибкая батарея — артерия бытовой электроники будущего 〡 Mizuki Capital original
Рис. 1. Гибкая цепочка производства аккумуляторов

Гибкие батареи являются жизненно важной частью области гибкой электроники. Они могут использоваться в складных мобильных телефонах, носимых устройствах, яркой одежде и других областях и имеют широкий рыночный спрос. Согласно исследовательскому отчету о прогнозе мирового рынка гибких аккумуляторов на 2020 год, опубликованному Markets and Markets, ожидается, что к 2020 году мировой рынок гибких аккумуляторов достигнет 617 миллионов долларов США. С 2015 по 2020 год гибкие батареи будут расти со совокупным годовым темпом роста 53.68%. Увеличивать. Ожидается, что в 280 году отрасль носимых устройств, являющаяся типичной отраслью вторичной переработки гибких аккумуляторов, отгрузит 2021 миллионов единиц. По мере того, как традиционное оборудование вступает в период узких мест, а инновационные применения новых технологий, носимые устройства открывают новый период быстрого развития. Будет широкомасштабный спрос на гибкие батареи.

Тем не менее, индустрия гибких аккумуляторов по-прежнему сталкивается со многими проблемами, и самой большой проблемой являются технические проблемы. Гибкая аккумуляторная промышленность имеет высокие барьеры для входа, и многие вопросы, такие как материалы, конструкции и производственные процессы, должны быть решены. В настоящее время многие исследовательские работы все еще находятся на лабораторной стадии, и очень мало компаний, которые могут осуществлять серийное производство.

3.Техническое направление гибких аккумуляторов

Техническим направлением создания гибких или растягиваемых батарей является, в основном, разработка новых конструкций и гибких материалов. В частности, существуют в основном следующие три категории:

3.1.Тонкопленочная батарея

Основной принцип тонкопленочных батарей заключается в использовании сверхтонкой обработки материалов в каждом слое батареи для облегчения изгиба и, во-вторых, улучшения характеристик цикла за счет модификации материала или электролита. Тонкопленочные аккумуляторы в основном представляют собой литий-керамические аккумуляторы тайваньской компании Huineng и цинко-полимерные аккумуляторы компании Imprint Energy в США. Преимущество этого типа батареи заключается в том, что она может достигать определенной степени изгиба и является ультратонкой (<1 мм); недостатком является то, что ИТ не может его растянуть, срок службы быстро уменьшается после обточки, емкость мала (уровень миллиампер-час), а стоимость высока.

3.2.Печатная батарея (бумажная батарея)

Как и тонкопленочные батареи, бумажные батареи — это батареи, в которых в качестве носителя используется пленка. Отличие заключается в том, что в процессе подготовки на пленку наносят специальные чернила из проводящих материалов и углеродных наноматериалов. Тонкопленочные печатные бумажные батареи отличаются мягкостью, легкостью и тонкостью. Хотя они имеют меньшую мощность, чем тонкопленочные батареи, они более экологичны — как правило, это одноразовые батареи.

Бумажные аккумуляторы относятся к печатной электронике, и все их компоненты или детали комплектуются методами печатного производства. При этом печатная электронная продукция двумерна и имеет гибкие характеристики.

3.3. Новая конструкция батареи (гибкая батарея большой емкости)

Тонкопленочные батареи и печатные батареи ограничены по объему и могут использоваться только для маломощных продуктов. И больше сценариев приложений требует большей мощности. Это делает нетонкопленочные трехмерные гибкие батареи популярным рынком. Например, популярная в настоящее время гибкая растягивающаяся батарея большой емкости, реализованная в виде островной конструкции моста. Принцип этой батареи заключается в последовательно-параллельной структуре аккумуляторной батареи. Сложность заключается в высокой проводимости и надежной связи между батареями, которые могут растягиваться и гнуться, и внешней защитной конструкцией упаковки. Преимущество этого типа батарей в том, что они могут растягиваться, сгибаться и скручиваться. При повороте только изгибание разъема не влияет на срок службы самой батареи. Обладает большой емкостью (на уровне ампер-часов) и низкой стоимостью; недостаток в том, что местная мягкость не так хороша, как ультратонкая батарея. Будь маленьким. Существует также структура оригами, которая складывает двухмерную бумагу в различные формы в трехмерном пространстве путем складывания и сгибания. Эта технология оригами применяется к литий-ионным батареям, и токосъемник, положительный электрод, отрицательный электрод и т. д. складываются в соответствии с разными углами складывания. При растяжении и сгибании аккумулятор выдерживает большое давление благодаря эффекту складывания и обладает хорошей эластичностью. Не повлияет на производительность. Кроме того, они часто имеют волнообразную структуру, то есть волнообразную растяжимую структуру. Активный материал наносится на волнообразный металлический полюсный наконечник для изготовления растягиваемого электрода. Литиевая батарея на основе этой конструкции много раз растягивалась и сгибалась. Он все еще может поддерживать хорошую емкость цикла.

Ультратонкие батареи обычно используются в тонких электронных продуктах, таких как электронные карты, печатные батареи обычно используются в сценариях одноразового использования, таких как метки RFID, а гибкие батареи большой емкости в основном используются в интеллектуальных электронных продуктах, таких как часы и мобильные телефоны. которые требуют большой мощности. Начальство.

4. Конкурентная среда гибких аккумуляторов

Рынок гибких аккумуляторов все еще находится в стадии становления, и на нем участвуют в основном традиционные производители аккумуляторов, технологические гиганты и начинающие компании. Однако в настоящее время в мире нет доминирующего производителя, и разрыв между компаниями невелик, и они в основном находятся на стадии НИОКР.

С региональной точки зрения текущие исследования и разработки гибких аккумуляторов в основном сосредоточены в Соединенных Штатах, Южной Корее и Тайване, таких как Imprint Energy в Соединенных Штатах, Hui Neng Taiwan, LG Chem в Южной Корее и т. д. Технологические гиганты такие компании, как Apple, Samsung и Panasonic, также активно внедряют гибкие аккумуляторы. Материковый Китай сделал определенные разработки в области бумажных батарей. Компании, зарегистрированные на бирже, такие как Evergreen и Jiulong Industrial, смогли наладить массовое производство. Несколько стартапов появились и в других технических направлениях, таких как Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology и Jizhan Technology. В то же время крупные научно-исследовательские учреждения также разрабатывают новые технологические направления.

Ниже приводится краткий анализ и сравнение продуктов и динамики компаний нескольких крупных разработчиков в области гибких аккумуляторов:

Тайвань Хуэйнэн

Литий-керамический аккумулятор FLCB с мягкой пластиной

1. Твердотельная литий-керамическая батарея отличается от жидкого электролита, используемого в доступной литиевой батарее. Он не протечет, даже если его сломают, ударят, проткнут или сожгут, и он не загорится, не сгорит и не взорвется. Хорошие показатели безопасности
2. Ультратонкий, самый тонкий может достигать 0.38 мм
3. Плотность батареи не такая высокая, как у литиевых батарей. 33мм34 ммЛитий-керамический аккумулятор диаметром 0.38 мм имеет емкость 10.5 мАч и плотность энергии 91 Втч/л.
4. Он не гибкий; его можно только согнуть, его нельзя растянуть, сжать или скрутить.

Во второй половине 2018 года построить первый в мире суперзавод твердотельных литий-керамических аккумуляторов.

Южная Корея LG Chem

Кабельная батарея

1. Обладает отличной гибкостью и может выдерживать определенную степень растяжения.
2. Он более гибкий, и его не нужно размещать внутри электронного оборудования, как традиционные литий-ионные аккумуляторы. Его можно разместить в любом месте и хорошо интегрировать в дизайн продукта.
3. Кабельная батарея имеет небольшую емкость и высокую стоимость производства.
4. Пока нет производства энергии

Импринт Энерджи, США

Цинк-полимерный аккумулятор

1. Ультратонкий, с хорошими показателями безопасности при динамическом изгибе
2. Цинк менее токсичен, чем литиевые батареи, и является более безопасным выбором для оборудования, которое носят люди.

Ультратонкие характеристики ограничивают емкость батареи, а показатели безопасности цинковой батареи по-прежнему нуждаются в долгосрочной проверке рынка. Длительное время преобразования продукта

Объедините усилия с Semtech, чтобы выйти на рынок Интернета вещей

Компания Jiangsu Enfusai Printing Electronics Co., Ltd.

Бумажный аккумулятор

1. Производится серийно и используется в метках RFID, медицине и других областях.

Он может настроить 2. Размер, толщина и форма соответствуют потребностям пользователей, и он может регулировать положение положительного и отрицательного электродов батареи.

1. Бумажный аккумулятор предназначен для одноразового использования и не подлежит перезарядке.
2. Мощность небольшая, а сценарии использования ограничены. Он может применяться только к электронным меткам RFID, датчикам, смарт-картам, инновационной упаковке и т. д.
3. Завершение сделки по приобретению Enfucell в Финляндии в 2018 г.
4. Получил финансирование в размере 70 миллионов юаней в 2018 году.

HOPPT BATTERY

Батарея для 3D-печати

1. Аналогичный процесс 3D-печати и технология армирования нановолокном
2. Гибкая литиевая батарея имеет характеристики легкой, тонкой и гибкой.

5. Будущее развитие гибких аккумуляторов

В настоящее время гибким батареям еще предстоит пройти долгий путь по таким электрохимическим показателям, как емкость батареи, плотность энергии и срок службы. Аккумуляторы, разработанные в существующих лабораториях, как правило, имеют высокие технологические требования, низкую эффективность производства и высокую стоимость, что не подходит для крупномасштабного промышленного производства. В будущем поиск гибких электродных материалов и твердых электролитов с превосходными комплексными характеристиками, инновационной конструкции батареи и разработка новых процессов подготовки твердотельных батарей являются прорывными направлениями.

Кроме того, наиболее серьезной проблемой современной индустрии аккумуляторов является время автономной работы. В будущем производители аккумуляторов, которые смогут занять выгодное положение, должны одновременно решить проблему срока службы аккумуляторов и гибкости производства. Ожидается, что применение новых источников энергии (таких как солнечная энергия и биоэнергия) или новых материалов (таких как графен) решит эти две проблемы одновременно.

Гибкие аккумуляторы в будущем станут аортой потребительской электроники. В обозримом будущем технологические прорывы во всей области гибкой электроники, представленной гибкими батареями, неизбежно приведут к огромным изменениям в отраслях добычи и переработки.