Fleksibelt batteri - arterien til forbrukerelektronikk i fremtiden

Med forbedring av levestandard og utvikling av teknologi har fleksibel elektronikk fått mer og mer oppmerksomhet. Fremgangen til fleksibel elektronisk teknologi kan i stor grad endre produktformen innen helse, wearable, Internet of Everything, og til og med robotikk, og har et stort markedspotensial.

Med forbedring av levestandard og utvikling av teknologi har fleksibel elektronikk fått mer og mer oppmerksomhet. Fremgangen til fleksibel elektronisk teknologi kan i stor grad endre produktformen innen helse, wearable, Internet of Everything, og til og med robotikk, og har et stort markedspotensial.

Mange selskaper har investert mye forskning og utvikling, en etter en tidlig implementering av neste generasjons teknologi og ny produktutvikling. Nylig har sammenleggbare mobiltelefoner blitt en populær retning. Folding er det første trinnet for elektroniske produkter å skifte fra tradisjonell stivhet til fleksibilitet.

Samsung Galaxy Fold og Huawei Mate X har brakt sammenleggbare telefoner til publikums syn og er virkelig kommersielle, men løsningene deres er alle hengslet i to. Selv om det brukes et helt stykke fleksibel OLED-skjerm, er resten Enheten kan ikke brettes eller bøyes. For tiden er den virkelige begrensende faktoren for fleksible enheter som fleksible mobiltelefoner ikke lenger selve skjermen, men innovasjonen av fleksibel elektronikk, spesielt fleksible batterier. Energiforsyningsbatteriet opptar ofte det meste av enhetens volum, så det er også den mest sannsynlige essensielle delen for å oppnå ekte fleksibilitet og bøybarhet. I tillegg bruker bærbare enheter som smartklokker og smarte armbånd fortsatt tradisjonelle stive batterier, som er begrenset i størrelse, noe som resulterer i at batterilevetiden ofte blir ofret. Derfor er fleksible batterier med stor kapasitet og høy fleksibilitet en revolusjonerende faktor i sammenleggbare mobiltelefoner og bærbare enheter.

1.Definisjon og fordeler med fleksible batterier

Fleksibelt batteri refererer vanligvis til batterier som kan bøyes og brukes gjentatte ganger. Egenskapene deres inkluderer bøybar, strekkbar, sammenleggbar og vridbar; de kan være litium-ion-batterier, sink-mangan-batterier eller sølv-sink-batterier, eller til og med Supercapacitor. Siden hver del av det fleksible batteriet gjennomgår en viss deformasjon under brette- og strekkprosessen, må materialene og strukturen til hver del av det fleksible batteriet opprettholde ytelsen etter flere ganger med bretting og strekking. Naturligvis er de tekniske kravene på dette feltet svært høye. Høy. Etter at det nåværende stive litiumbatteriet gjennomgår deformasjon, vil ytelsen bli alvorlig skadet, og det kan til og med være sikkerhetsfarer. Derfor krever fleksible batterier helt nye materialer og strukturelle design.

Sammenlignet med tradisjonelle stive batterier har fleksible batterier høyere miljøtilpasningsevne, antikollisjonsytelse og bedre sikkerhet. Dessuten kan fleksible batterier få elektroniske produkter til å utvikle seg i en mer ergonomisk retning. Fleksible batterier kan redusere kostnadene og volumet av intelligent maskinvare betydelig, legge til nye funksjoner og forbedre eksisterende evner, noe som gjør det mulig for innovativ maskinvare og den fysiske verden å oppnå en enestående dyp integrasjon.

2. Markedsstørrelsen på fleksible batterier

Den fleksible elektronikkindustrien anses å være den neste store utviklingstrenden i elektronikkindustrien. De drivende faktorene for den raske utviklingen er den enorme etterspørselen fra markedet og kraftig nasjonal politikk. Mange utenlandske land har allerede utarbeidet forskningsplaner for fleksibel elektronikk. Som den amerikanske FDCASU-planen, EUs Horizon-prosjekt, Sør-Koreas "Korea Green IT National Strategy," og så videre, inkluderer Kinas naturvitenskapelige stiftelse for Kinas 12. og 13. femårsplan også fleksibel elektronikk som et viktig forskningsområde for mikro-nano produksjon.

I tillegg til å integrere elektroniske kretser, funksjonelle materialer, mikro-nano-produksjon og andre teknologifelt, spenner fleksibel elektronisk teknologi også over halvledere, emballasje, testing, tekstiler, kjemikalier, trykte kretser, skjermpaneler og andre industrier. Det vil drive et marked på billioner av dollar og hjelpe tradisjonelle sektorer med å øke merverdien til næringer og bringe revolusjonerende endringer i industristrukturen og menneskelivet. I følge prognoser fra autoritative organisasjoner vil den fleksible elektronikkindustrien være verdt 46.94 milliarder dollar i 2018 og 301 milliarder dollar i 2028, med en sammensatt årlig vekstrate på nesten 30 % fra 2011 til 2028, og er i en langsiktig trend. hurtig vekst.

Fleksibelt batteri - arterien til forbrukerelektronikk i fremtiden 〡 Mizuki Capital original
Figur 1: Fleksibel batteriindustrikjede

Fleksibelt batteri er en viktig del av feltet fleksibel elektronikk. De kan brukes i sammenleggbare mobiltelefoner, bærbare enheter, lyse klær og andre områder og har en bred markedsetterspørsel. I følge en forskningsrapport om prognosen for det globale fleksible batterimarkedet for 2020 utstedt av Markets and Markets, forventes det globale fleksible batterimarkedet i 2020 å nå 617 millioner amerikanske dollar. Fra 2015 til 2020 vil fleksible batterier vokse med en sammensatt årlig vekstrate på 53.68 %. Øke. Som en typisk nedstrømsindustri for fleksible batterier, forventes industrien for bærbare enheter å sende 280 millioner enheter i 2021. Ettersom tradisjonell maskinvare går inn i en flaskehalsperiode og innovative anvendelser av ny teknologi, innleder bærbare enheter en ny periode med rask utvikling. Det vil være stor etterspørsel etter fleksible batterier.

Imidlertid står den fleksible batteriindustrien fortsatt overfor mange utfordringer, og det største problemet er tekniske problemer. Den fleksible batteriindustrien har høye inngangsbarrierer, og mange problemer som materialer, strukturer og produksjonsprosesser må løses. Foreløpig er mye forskningsarbeid fortsatt på laboratoriestadiet, og det er svært få bedrifter som kan utføre masseproduksjon.

3. Teknisk retning av fleksible batterier

Den tekniske retningen for å realisere fleksible eller strekkbare batterier er hovedsakelig design av nye strukturer og fleksible materialer. Konkret er det primært følgende tre kategorier:

3.1. Tynnfilmsbatteri

Det grunnleggende prinsippet for tynnfilmsbatterier er å bruke ultratynn behandling av materialene i hvert batterilag for å lette bøyning og for det andre forbedre syklusytelsen ved å modifisere materialet eller elektrolytten. Tynnfilmsbatterier representerer hovedsakelig litiumkeramiske batterier fra Taiwan Huineng og sinkpolymerbatterier fra Imprint Energy i USA. Fordelen med denne typen batteri er at den kan oppnå en viss bøyningsgrad og er ultratynn (<1 mm); Ulempen er at IT ikke kan strekke den, levetiden avtar raskt etter vending, kapasiteten er liten (milliamp-timenivå), og kostnaden er høy.

3.2.Trykt batteri (papirbatteri)

I likhet med tynnfilmsbatterier er papirbatterier batterier som bruker tynnfilm som bærer. Forskjellen er at en spesiell blekk laget av ledende materialer og karbon nanomaterialer er belagt på filmen under forberedelsesprosessen. Egenskapene til tynnfilmstrykte papirbatterier er myke, lette og tynne. Selv om de har lavere effekt enn tynnfilmsbatterier, er de mer miljøvennlige – vanligvis et engangsbatteri.

Papirbatterier tilhører trykt elektronikk, og alle deres komponenter eller deler kompletteres med produksjonsmetoder for utskrift. Samtidig er trykte elektroniske produkter todimensjonale og har fleksible egenskaper.

3.3. Nytt strukturdesignbatteri (fleksibelt batteri med stor kapasitet)

Tynnfilmsbatterier og trykte batterier er begrenset av volum og kan bare oppnå laveffektsprodukter. Og flere applikasjonsscenarier krever større kraft. Dette gjør ikke-tynne film 3D fleksible batterier til et hett marked. For eksempel det nåværende populære, fleksible, strekkbare batteriet med stor kapasitet, realisert av brostrukturen på øya. Prinsippet til dette batteriet er den serieparallelle strukturen til batteripakken. Vanskeligheten ligger i den høye ledningsevnen og den pålitelige koblingen mellom batteriene, som kan strekke seg og bøye seg, og den eksterne Beskytt pakkens design. Fordelen med denne typen batteri er at den kan strekke, bøye og vri seg. Når du snur, vil bare bøying av kontakten ikke påvirke levetiden til selve batteriet. Den har stor kapasitet (ampere-timenivå) og lav pris; Ulempen er at den lokale mykheten ikke er like god som et ultratynt batteri. Vær liten. Det er også en origami-struktur, som bretter 2D-dimensjonalt papir til forskjellige former i 3D-rom ved å brette og bøye. Denne origami-teknologien brukes på litium-ion-batterier, og strømsamleren, positiv elektrode, negativ elektrode, etc., foldes i henhold til forskjellige brettevinkler. Når det er strukket og bøyd, tåler batteriet mye trykk på grunn av foldeeffekten og har god elastisitet. Vil ikke påvirke ytelsen. I tillegg adopterer de ofte en bølgeformet struktur, det vil si en bølgeformet strekkbar struktur. Det aktive materialet påføres det bølgeformede metallstangstykket for å lage en strekkbar elektrode. Litiumbatteriet basert på denne strukturen har blitt strukket og bøyd mange ganger. Den kan fortsatt opprettholde en god sykluskapasitet.

Ultratynne batterier brukes vanligvis i tynne elektroniske produkter som elektroniske kort, trykte batterier brukes vanligvis i engangsscenarier som RFID-brikker, og fleksible batterier med stor kapasitet brukes hovedsakelig i intelligente elektroniske produkter som klokker og mobiltelefoner som krever stor kapasitet. Overlegen.

4. Konkurranselandskapet med fleksible batterier

Det fleksible batterimarkedet vokser fortsatt frem, og aktørene som deltar er hovedsakelig tradisjonelle batteriprodusenter, teknologigiganter og oppstartsbedrifter. Imidlertid er det foreløpig ingen dominerende produsent globalt, og gapet mellom selskapene er ikke stort, og de er i utgangspunktet på FoU-stadiet.

Fra et regionalt perspektiv er dagens forskning og utvikling av fleksible batterier hovedsakelig konsentrert til USA, Sør-Korea og Taiwan, som Imprint Energy i USA, Hui Neng Taiwan, LG Chem i Sør-Korea, etc. Teknologigiganter som Apple, Samsung og Panasonic bruker også aktivt fleksible batterier. Fastlands-Kina har gjort visse utviklinger innen papirbatterier. Børsnoterte selskaper som Evergreen og Jiulong Industrial har vært i stand til å oppnå masseproduksjon. Flere oppstartsbedrifter har også dukket opp i andre tekniske retninger, som Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology og Jizhan Technology. Samtidig utvikler betydelige vitenskapelige forskningsinstitusjoner også nye teknologiske retninger.

Følgende vil kort analysere og sammenligne produktene og bedriftsdynamikken til flere store utviklere innen fleksible batterier:

Taiwan Huineng

FLCB myk plate litiumkeramisk batteri

1. Det keramiske solid-state litiumbatteriet er forskjellig fra den flytende elektrolytten som brukes i det tilgjengelige litiumbatteriet. Den vil ikke lekke selv om den er ødelagt, truffet, punktert eller brent og vil ikke ta fyr, brenne eller eksplodere. God sikkerhetsytelse
2. Ultratynn, den tynneste kan nå 0.38 mm
3. Batteritettheten er ikke så høy som for litiumbatterier. De 33 mm34mm0.38 mm litiumkeramisk batteri har en kapasitet på 10.5 mAh og en energitetthet på 91Wh/L.
4. Den er ikke fleksibel; den kan bare bøyes, og kan ikke strekkes, komprimeres eller vris.

Bygg i andre halvdel av 2018 verdens første superfabrikk av solid-state litiumkeramiske batterier.

Sør-Korea LG Chem

Kabel batteri

1. Den har utmerket fleksibilitet og tåler en viss grad av strekk
2. Den er mer fleksibel og trenger ikke å plasseres inne i elektronisk utstyr som tradisjonelle litium-ion-batterier. Den kan plasseres hvor som helst og kan integreres godt i produktdesignet.
3. Kabelbatteri har liten kapasitet og høye produksjonskostnader
4. Ingen energiproduksjon ennå

Imprint Energy, USA

Sink polymer batteri

1. Ultratynn, god dynamisk bøyningssikkerhetsytelse
2. Sink er mindre giftig enn litiumbatterier og er et tryggere valg for utstyr som bæres på mennesker

De ultratynne egenskapene begrenser batterikapasiteten, og sikkerhetsytelsen til sinkbatteriet trenger fortsatt langsiktig markedsinspeksjon. Lang produktkonverteringstid

Bli med Semtech for å komme inn på feltet Internet of Things

Jiangsu Enfusai Printing Electronics Co., Ltd.

Papirbatteri

1. Har blitt masseprodusert og har blitt brukt i RFID-brikker, medisinske og andre felt

Den kan tilpasse 2. Størrelsen, tykkelsen og formen er i henhold til brukernes behov, og den kan justere plasseringen av de positive og negative elektrodene til batteriet.

1. Papirbatteriet er for engangsbruk og kan ikke lades
2. Strømmen er liten, og bruksscenarioene er begrenset. Det kan bare gjelde for elektroniske RFID-brikker, sensorer, smartkort, innovativ emballasje, etc.
3. Fullfør det heleide oppkjøpet av Enfucell i Finland i 2018
4. Mottok 70 millioner RMB i finansiering i 2018

HOPPT BATTERY

3D-utskriftsbatteri

1. Lignende 3D-utskriftsprosess og nanofiberforsterkningsteknologi
2. Fleksibelt litiumbatteri har egenskapene til lett, tynt og fleksibelt

5. Fremtidig utvikling av fleksible batterier

For tiden har fleksible batterier fortsatt en lang vei å gå når det gjelder elektrokjemiske ytelsesindikatorer som batterikapasitet, energitetthet og sykluslevetid. Batteriene som er utviklet i eksisterende laboratorier har generelt høye prosesskrav, lav produksjonseffektivitet og høye kostnader, noe som er uegnet for storskala industriell produksjon. I fremtiden er det å se etter fleksible elektrodematerialer og solide elektrolytter med utmerket omfattende ytelse, innovativ batteristrukturdesign og utvikling av nye solid-state batteriforberedelsesprosesser banebrytende retninger.

I tillegg er det viktigste smertepunktet i den nåværende batteriindustrien batterilevetiden. I fremtiden må batteriprodusenter som kan oppnå en fordelaktig posisjon samtidig løse problemet med batterilevetid og fleksibel produksjon. Anvendelse av nye energikilder (som solenergi og bioenergi) eller nye materialer (som grafen) forventes å løse disse to problemene samtidig.

Fleksible batterier er i ferd med å bli aorta for forbrukerelektronikk i fremtiden. I overskuelig fremtid vil teknologiske gjennombrudd i hele feltet av fleksibel elektronikk representert ved fleksible batterier uunngåelig føre til enorme endringer i oppstrøms- og nedstrømsindustrier.