Flexibelt batteri - artären för hemelektronik i framtiden

Med förbättringen av levnadsstandarden och utvecklingen av teknik har flexibel elektronik fått mer och mer uppmärksamhet. Framstegen inom flexibel elektronisk teknik kan på djupet förändra produktformen inom hälsa, bärbar, Internet of Everything och till och med robotik, och har stor marknadspotential.

Med förbättringen av levnadsstandarden och utvecklingen av teknik har flexibel elektronik fått mer och mer uppmärksamhet. Framstegen inom flexibel elektronisk teknik kan på djupet förändra produktformen inom hälsa, bärbar, Internet of Everything och till och med robotik, och har stor marknadspotential.

Många företag har investerat mycket forskning och utveckling, en efter en tidig implementering av nästa generations teknologi och ny produktutveckling. På senare tid har hopfällbara mobiltelefoner blivit en favoritriktning. Vikning är det första steget för elektroniska produkter att gå från traditionell styvhet till flexibilitet.

Samsung Galaxy Fold och Huawei Mate X har gjort vikbara telefoner till allmänhetens syn och är verkligen kommersiella, men deras lösningar är alla gångjärn på mitten. Även om en hel del flexibel OLED-skärm används, är resten Enheten kan inte vikas eller böjas. För närvarande är den verkliga begränsande faktorn för flexibla enheter som flexibla mobiltelefoner inte längre själva skärmen utan innovationen av flexibel elektronik, särskilt flexibla batterier. Energiförsörjningsbatteriet upptar ofta det mesta av enhetens volym, så det är också den mest sannolika väsentliga delen för att uppnå verklig flexibilitet och böjbarhet. Dessutom använder bärbara enheter som smartklockor och smarta armband fortfarande traditionella stela batterier, som är begränsade i storlek, vilket resulterar i att batteritiden ofta offras. Därför är flexibla batterier med stor kapacitet och hög flexibilitet en revolutionerande faktor i hopfällbara mobiltelefoner och bärbara enheter.

1.Definition och fördelar med flexibla batterier

Flexibelt batteri hänvisar i allmänhet till batterier som kan böjas och användas upprepade gånger. Deras egenskaper inkluderar böjbar, töjbar, vikbar och vridbar; de kan vara litiumjonbatterier, zink-manganbatterier eller silver-zinkbatterier, eller till och med Supercapacitor. Eftersom varje del av det flexibla batteriet genomgår viss deformation under viknings- och sträckningsprocessen, måste materialen och strukturen för varje del av det flexibla batteriet bibehålla prestanda efter flera gånger av vikning och sträckning. Naturligtvis är de tekniska kraven på detta område mycket höga. Hög. Efter att det nuvarande stela litiumbatteriet genomgår deformation kommer dess prestanda att skadas allvarligt, och det kan till och med finnas säkerhetsrisker. Därför kräver flexibla batterier helt nya material och strukturella konstruktioner.

Jämfört med traditionella styva batterier har flexibla batterier högre miljöanpassning, anti-kollisionsprestanda och bättre säkerhet. Dessutom kan flexibla batterier få elektroniska produkter att utvecklas i en mer ergonomisk riktning. Flexibla batterier kan avsevärt minska kostnaden och volymen för intelligent hårdvara, lägga till nya funktioner och förbättra befintliga funktioner, vilket gör det möjligt för innovativ hårdvara och den fysiska världen att uppnå en aldrig tidigare skådad djup integration.

2. Marknadens storlek för flexibla batterier

Den flexibla elektronikindustrin anses vara nästa stora utvecklingstrend inom elektronikindustrin. De drivande faktorerna för dess snabba utveckling är den enorma efterfrågan på marknaden och en kraftfull nationell politik. Många utländska länder har redan formulerat forskningsplaner för flexibel elektronik. Såsom den amerikanska FDCASU-planen, Europeiska unionens Horizon-projekt, Sydkoreas "Korea Green IT National Strategy" och så vidare, inkluderar Kinas naturvetenskapliga stiftelse för Kinas 12:e och 13:e femårsplan också flexibel elektronik som ett viktigt forskningsområde för mikro-nano tillverkning.

Förutom att integrera elektroniska kretsar, funktionella material, mikro-nanotillverkning och andra teknikområden, omfattar flexibel elektronisk teknik även halvledare, förpackning, testning, textilier, kemikalier, tryckta kretsar, displaypaneler och andra industrier. Det kommer att driva en marknad på biljoner dollar och hjälpa traditionella sektorer att öka industriernas mervärde och åstadkomma revolutionära förändringar i den industriella strukturen och människolivet. Enligt prognoser från auktoritativa organisationer kommer den flexibla elektronikindustrin att vara värd 46.94 miljarder USD 2018 och 301 miljarder USD 2028, med en sammansatt årlig tillväxttakt på nästan 30 % från 2011 till 2028, och är i en långsiktig trend. snabb tillväxt.

Flexibelt batteri - artären för hemelektronik i framtiden 〡 Mizuki Capital original
Figur 1: Flexibel batteriindustrikedja

Flexibla batterier är en viktig del av området för flexibel elektronik. De kan användas i vikbara mobiltelefoner, bärbara enheter, ljusa kläder och andra områden och har en bred efterfrågan på marknaden. Enligt en forskningsrapport om 2020 års globala flexibla batterimarknadsprognose utgiven av Markets and Markets, förväntas den globala flexibla batterimarknaden år 2020 nå 617 miljoner US-dollar. Från 2015 till 2020 kommer flexibla batterier att växa med en sammansatt årlig tillväxttakt på 53.68 %. Öka. Som en typisk nedströmsindustri för flexibla batterier förväntas industrin för bärbara enheter att leverera 280 miljoner enheter 2021. När traditionell hårdvara går in i en flaskhalsperiod och innovativa tillämpningar av ny teknologi, inleder bärbara enheter en ny period av snabb utveckling. Det kommer att finnas en storskalig efterfrågan på flexibla batterier.

Den flexibla batteriindustrin står dock fortfarande inför många utmaningar, och det största problemet är tekniska problem. Den flexibla batteriindustrin har höga inträdesbarriärer och många frågor som material, strukturer och produktionsprocesser måste lösas. I dagsläget är mycket forskningsarbete fortfarande på laboratoriestadiet och det är väldigt få företag som kan utföra massproduktion.

3. Teknisk riktning för flexibla batterier

Den tekniska riktningen för att realisera flexibla eller töjbara batterier är främst design av nya strukturer och flexibla material. Specifikt finns det i första hand följande tre kategorier:

3.1.Tunnfilmsbatteri

Grundprincipen för tunnfilmsbatterier är att använda ultratunn behandling av materialen i varje batterilager för att underlätta böjning och för det andra förbättra cykelprestandan genom att modifiera materialet eller elektrolyten. Tunnfilmsbatterier representerar främst litiumkeramiska batterier från Taiwan Huineng och zinkpolymerbatterier från Imprint Energy i USA. Fördelen med denna typ av batteri är att den kan uppnå en viss grad av böjning och är ultratunt (<1mm); Nackdelen är att IT inte kan sträcka ut den, livet avtar snabbt efter vändning, kapaciteten är liten (milliamp-timmarsnivå), och kostnaden är hög.

3.2. Utskrivet batteri (pappersbatteri)

Liksom tunnfilmsbatterier är pappersbatterier batterier som använder tunnfilm som bärare. Skillnaden är att ett speciellt bläck tillverkat av ledande material och kolnanomaterial beläggs på filmen under beredningsprocessen. Egenskaperna hos tunnfilmstryckta pappersbatterier är mjuka, lätta och tunna. Även om de har lägre effekt än tunnfilmsbatterier är de mer miljövänliga – i allmänhet ett engångsbatteri.

Pappersbatterier tillhör tryckt elektronik, och alla deras komponenter eller delar kompletteras med tryckproduktionsmetoder. Samtidigt är tryckta elektroniska produkter tvådimensionella och har flexibla egenskaper.

3.3. Nytt strukturdesignbatteri (flexibelt batteri med stor kapacitet)

Tunnfilmsbatterier och tryckta batterier är begränsade i volym och kan endast uppnå lågeffektsprodukter. Och fler tillämpningsscenarier kräver större kraft. Detta gör flexibla 3D-batterier utan tunn film till en het marknad. Till exempel, det nuvarande populära flexibla, töjbara batteriet med stor kapacitet som realiseras av öns brostruktur. Principen för detta batteri är batteripaketets serieparallella struktur. Svårigheten ligger i den höga ledningsförmågan och den pålitliga länken mellan batterierna, som kan töjas och böjas, och det yttre. Skydda förpackningens design. Fördelen med den här typen av batteri är att den kan sträckas, böjas och vridas. Vid vridning påverkar inte batteriets livslängd att bara böja kontakten. Den har en stor kapacitet (ampere-timme nivå) och låg kostnad; nackdelen är att den lokala mjukheten inte är lika bra som ett ultratunt batteri. Var liten. Det finns också en origamistruktur, som viker 2D-dimensionellt papper till olika former i 3D-rymden genom att vika och böja. Denna origamiteknologi appliceras på litiumjonbatterier, och strömavtagaren, positiv elektrod, negativ elektrod, etc., viks enligt olika vikningsvinklar. När det är sträckt och böjt tål batteriet mycket tryck på grund av vikningseffekten och har god elasticitet. Kommer inte att påverka prestandan. Dessutom antar de ofta en vågformad struktur, det vill säga en vågformad sträckbar struktur. Det aktiva materialet appliceras på det vågformade metallpolstycket för att göra en töjbar elektrod. Litiumbatteriet baserat på denna struktur har sträckts och böjts många gånger. Den kan fortfarande behålla en bra cykelkapacitet.

Ultratunna batterier används vanligtvis i tunna elektroniska produkter som elektroniska kort, tryckta batterier används vanligtvis i engångsscenarier som RFID-taggar och flexibla batterier med stor kapacitet används främst i intelligenta elektroniska produkter som klockor och mobiltelefoner som kräver stor kapacitet. Överlägsen.

4. Det konkurrensutsatta landskapet med flexibla batterier

Den flexibla batterimarknaden växer fortfarande fram och de deltagande aktörerna är främst traditionella batteritillverkare, teknikjättar och nystartade företag. Det finns dock för närvarande ingen dominerande tillverkare globalt, och gapet mellan företagen är inte stort, och de befinner sig i princip på FoU-stadiet.

Ur ett regionalt perspektiv är den nuvarande forskningen och utvecklingen av flexibla batterier främst koncentrerad till USA, Sydkorea och Taiwan, såsom Imprint Energy i USA, Hui Neng Taiwan, LG Chem i Sydkorea, etc. Teknikjättar som Apple, Samsung och Panasonic använder också aktivt flexibla batterier. Fastlandet Kina har gjort vissa utvecklingar inom området för pappersbatterier. Börsnoterade företag som Evergreen och Jiulong Industrial har kunnat uppnå massproduktion. Flera nystartade företag har också dykt upp i andra tekniska riktningar, såsom Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology och Jizhan Technology. Samtidigt utvecklar betydande vetenskapliga forskningsinstitutioner också nya tekniska riktningar.

Följande kommer kort att analysera och jämföra produkterna och företagsdynamiken för flera stora utvecklare inom området för flexibla batterier:

Taiwan Huineng

FLCB mjuk platta litiumkeramiskt batteri

1. Det solid-state litiumkeramiska batteriet skiljer sig från den flytande elektrolyten som används i det tillgängliga litiumbatteriet. Den kommer inte att läcka även om den är trasig, träffad, punkterad eller bränd och kommer inte att fatta eld, brinna eller explodera. Bra säkerhetsprestanda
2. Ultratunn, den tunnaste kan nå 0.38 mm
3. Batteridensiteten är inte lika hög som för litiumbatterier. De 33 mm34mm0.38 mm litiumkeramiskt batteri har en kapacitet på 10.5 mAh och en energitäthet på 91Wh/L.
4. Det är inte flexibelt; den kan bara böjas och kan inte sträckas, komprimeras eller vridas.

Under andra halvan av 2018 bygger du världens första superfabrik av solid-state litiumkeramiska batterier.

Sydkorea LG Chem

Kabelbatteri

1. Den har utmärkt flexibilitet och tål en viss grad av stretching
2. Den är mer flexibel och behöver inte placeras inuti elektronisk utrustning som traditionella litiumjonbatterier. Den kan placeras var som helst och kan väl integreras i produktdesignen.
3. Kabelbatteri har liten kapacitet och hög produktionskostnad
4. Ingen energiproduktion ännu

Imprint Energy, USA

Zinkpolymerbatteri

1. Ultratunn, bra dynamisk böjsäkerhetsprestanda
2. Zink är mindre giftigt än litiumbatterier och är ett säkrare val för utrustning som bärs på människor

De ultratunna egenskaperna begränsar batterikapaciteten, och zinkbatteriets säkerhetsprestanda behöver fortfarande långsiktig marknadsinspektion. Lång produktomvandlingstid

Slå dig samman med Semtech för att komma in på Internet of Things

Jiangsu Enfusai Printing Electronics Co., Ltd.

Pappersbatteri

1. Har massproducerats och har använts inom RFID-taggar, medicinska och andra områden

Den kan anpassa 2. Storleken, tjockleken och formen är enligt användarnas behov, och den kan justera positionen för de positiva och negativa elektroderna på batteriet.

1. Pappersbatteriet är avsett för engångsbruk och kan inte laddas
2. Effekten är liten och användningsscenarierna är begränsade. Det kan bara gälla RFID elektroniska taggar, sensorer, smarta kort, innovativa förpackningar etc.
3. Slutför det helägda förvärvet av Enfucell i Finland 2018
4. Fick 70 miljoner RMB i finansiering 2018

HOPPT BATTERY

3D-utskriftsbatteri

1. Liknande 3D-utskriftsprocess och nanofiberförstärkningsteknik
2. Flexibelt litiumbatteri har egenskaperna av lätt, tunt och flexibelt

5. Den framtida utvecklingen av flexibla batterier

För närvarande har flexibla batterier fortfarande en lång väg kvar att gå när det gäller elektrokemiska prestandaindikatorer som batterikapacitet, energitäthet och livslängd. De batterier som utvecklas i de befintliga laboratorierna har generellt höga processkrav, låg produktionseffektivitet och höga kostnader, vilket är olämpligt för storskalig industriell produktion. Att i framtiden leta efter flexibla elektrodmaterial och solida elektrolyter med utmärkt omfattande prestanda, innovativ batteristrukturdesign och utveckling av nya solid-state batteriberedningsprocesser är banbrytande riktningar.

Dessutom är den mest betydande smärtpunkten i den nuvarande batteriindustrin batteritiden. I framtiden måste batteritillverkare som kan uppnå en fördelaktig position lösa problemet med batteritid och flexibel produktion samtidigt. Tillämpningen av nya energikällor (som solenergi och bioenergi) eller nya material (som grafen) förväntas lösa dessa två problem samtidigt.

Flexibla batterier håller på att bli hemelektronikens aorta i framtiden. Inom en överskådlig framtid kommer tekniska genombrott inom hela området för flexibel elektronik representerad av flexibla batterier oundvikligen att medföra enorma förändringar i uppströms- och nedströmsindustrin.