电池在社会生产和生活中得到了广泛而深度的应用,近百年来,电池产业技术不断发展成熟,特别是在智能化、网联化的现代社会中,电池产品更是凭借优异的性能成为社会发展不可或缺的基础产品。当前,电池行业俨然已成为国民经济的重要支撑性产业,展示出巨大的市场潜力及发展空间。
(1)技术变革推动多种电池产品的涌现
电池是将预先储存起的能量转化为可供外用电能的装置,作为一种能量来源,其可为外部用电设备提供稳定电压和稳定电流,性能稳定可靠且受外界气候和温度影响较小,同时使用操作简便。
自 1746 年荷兰莱顿大学的马森布罗克发明了收集电荷的“莱顿瓶”后,众多科学家对于能量的存储进行了大量的研究,基于人们对于获取持续而稳定电能的需要,且在不同应用场景下的差异功能选择,电池技术不断创新发展,多种电池产品开始涌现,不断满足着人们的生产及生活需要,为人们带来了极大的便利。根据原理的不同,电池可依次划分为生物电池、物理电池和化学电池。
生物电池是指将生物质能直接转化为电能的装置;物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池,典型代表如太阳能电池,可通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能;化学电池是将化学能直接转化为电能的装置,是目前应用较为广泛的电池形态。
化学电池主要部分是电解质溶液、浸在溶液中的正/负电极和连接电极的导线,根据工作性质和可否充电复原又可将其分为一次电池(原电池)和二次电池(可充电电池),一次电池使用后即废弃,二次电池使用前需充电,放电完毕可进行反复充电循环使用,具有较高的经济效益及环境效益,目前常见的二次电池有锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池等。
得益于先进电池技术的快速和高质量发展,锂离子电池、铅酸电池、镍镉电池以及镍氢电池等二次电池得到广泛使用,但是由于铅酸电池、镍镉电池内含有大量铅、镉、汞等有害元素,容易造成环境污染问题,因此其生产、销售和使用逐步受到限制。
镍氢电池由隔膜、电解质溶液、正极和负极组成,内含镍、稀土、锌、钴等,不含镉、铅等有毒金属。镍氢电池设计源于镍镉电池,其以储氢合金取代负极原来使用的镉,同时通过技术改进大大减小了镍镉电池中存在的“记忆效应”(指镍镉电池长期不彻底充、放电,易在电池内留下痕迹,降低电池容量的现象)。
目前,镍镉电池已逐渐被镍氢电池取代,而镍氢电池因具有安全、稳定、环保和重复利用价值高等特点,也逐步成为一种成熟电池产品。锂离子电池作为绿色新能源产品,由于优异的产品性能及无污染的环保属性得到更大规模的应用。
锂离子电池是一类依靠锂离子在两极之间的移动来实现供能的一种二次电池,其主要由正极、负极、电解液、隔膜四部分构成。电池充电时,锂离子从正极脱出,经过电解液和隔膜,嵌入负极,电池放电时,锂离子则从负极通过电解液再次回到正极。锂离子在正极与负极间的运动伴随着当量电子的嵌入和脱嵌,从而达到电能的存储和使用。
(2)全球电池行业蓬勃发展,不断满足终端市场需求
经济社会的快速发展伴随着稳步增长的用电需求,在现代社会中,电力资源已成为一种不可缺少的基础性能源。作为一种能源存储以及转化设备,电池行业服务于全球发展需要,成为重要的经济产业。
近年来,全球电池行业蓬勃发展,一方面下游市场需求逐步迸发,消费电子产品逐步普及,新兴用电领域特别是纯电动力车及储能领域的逐步开拓,推动着全球电池产品需求的不断扩大;另一方面,众多电池制造企业围绕产品使用安全、产品寿命、存储容量等方面大力开展创新工作,不断贴合市场需要,升级电池产品应用,推动着行业高质量创新发展。
相关数据显示,2018 年至 2021 年,全球电池行业市场规模由 875.76 亿美元增长至1,118.64 亿美元,实现年复合增长率 8.50%,2023 年预估市场规模为1,374.92 亿美元左右。未来,随着下游市场需求的逐步迸发,电池产品将得到广泛应用,预计 2030 年全球电池行业市场规模将达到 4,240 亿美元附近,2023年至 2030 年实现复合增长率高达 17.45%。
全球信息化、电子化建设奠定了电池行业发展的基础,同时由于全球气候变暖的加剧,各国政府对绿色发展达成一致共识,能源革命如火如荼进行,对清洁能源的需求逐步增加。太阳能、风能等自然能源需要储存在电池中以供使用,对于配套使用的电池系统需求逐步增加,此外,终端产品电动化亦在逐步提升,汽车产业向电动化方向持续进发,新兴电子产品逐步出现,对电池产品需求形成了良好支撑。
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