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Flexible Batterie – die Schlagader der Unterhaltungselektronik der Zukunft

15 Oktober, 2021

By hoppt

Mit der Verbesserung des Lebensstandards und der Entwicklung der Technologie hat die flexible Elektronik immer mehr Aufmerksamkeit erhalten. Der Fortschritt der flexiblen elektronischen Technologie kann die Produktform in den Bereichen Gesundheit, Wearables, Internet of Everything und sogar Robotik grundlegend verändern und hat ein enormes Marktpotenzial.

Mit der Verbesserung des Lebensstandards und der Entwicklung der Technologie hat die flexible Elektronik immer mehr Aufmerksamkeit erhalten. Der Fortschritt der flexiblen elektronischen Technologie kann die Produktform in den Bereichen Gesundheit, Wearables, Internet of Everything und sogar Robotik grundlegend verändern und hat ein enormes Marktpotenzial.

Viele Unternehmen haben viel in Forschung und Entwicklung investiert, eines nach dem anderen frühzeitig Technologien der nächsten Generation eingesetzt und neue Produkte entwickelt. In letzter Zeit sind faltbare Mobiltelefone zu einer bevorzugten Richtung geworden. Das Falten ist der erste Schritt für elektronische Produkte, um von der traditionellen Starrheit zur Flexibilität überzugehen.

Samsung Galaxy Fold und Huawei Mate X haben faltbare Telefone der Öffentlichkeit zugänglich gemacht und sind wirklich kommerziell, aber ihre Lösungen sind alle in zwei Hälften klappbar. Obwohl ein ganzes Stück flexibles OLED-Display verwendet wird, ist der Rest Das Gerät kann nicht gefaltet oder gebogen werden. Derzeit ist der eigentliche limitierende Faktor für flexible Geräte wie flexible Mobiltelefone nicht mehr der Bildschirm selbst, sondern die Innovation flexibler Elektronik, insbesondere flexibler Batterien. Die Energieversorgungsbatterie nimmt oft den größten Teil des Gerätevolumens ein, daher ist sie wahrscheinlich auch der wesentliche Teil, um echte Flexibilität und Biegbarkeit zu erreichen. Darüber hinaus verwenden tragbare Geräte wie Smartwatches und intelligente Armbänder immer noch herkömmliche starre Batterien, die in ihrer Größe begrenzt sind, was häufig zu Einbußen bei der Batterielebensdauer führt. Daher sind flexible Batterien mit großer Kapazität und hoher Flexibilität ein revolutionärer Faktor in faltbaren Mobiltelefonen und tragbaren Geräten.

1.Definition und Vorteile von flexiblen Batterien

Flexibler Akku beziehen sich im Allgemeinen auf Batterien, die gebogen und wiederholt verwendet werden können. Zu ihren Eigenschaften gehören biegsam, dehnbar, faltbar und verdrehbar; Dies können Lithium-Ionen-Batterien, Zink-Mangan-Batterien oder Silber-Zink-Batterien oder sogar Superkondensatoren sein. Da jeder Teil der flexiblen Batterie während des Falt- und Streckvorgangs einer gewissen Verformung unterliegt, müssen die Materialien und die Struktur jedes Teils der flexiblen Batterie nach mehrmaligem Falten und Strecken ihre Leistungsfähigkeit aufrechterhalten. Die technischen Anforderungen in diesem Bereich sind naturgemäß sehr hoch. Hoch. Nachdem die derzeitige starre Lithiumbatterie eine Verformung erfährt, wird ihre Leistung stark beeinträchtigt, und es können sogar Sicherheitsrisiken auftreten. Daher erfordern flexible Batterien völlig neue Materialien und strukturelle Designs.

Im Vergleich zu herkömmlichen starren Batterien weisen flexible Batterien eine höhere Anpassungsfähigkeit an die Umwelt, eine bessere Antikollisionsleistung und eine bessere Sicherheit auf. Darüber hinaus können flexible Batterien dazu führen, dass sich elektronische Produkte in eine ergonomischere Richtung entwickeln. Flexible Batterien können die Kosten und das Volumen intelligenter Hardware erheblich reduzieren, neue Fähigkeiten hinzufügen und bestehende Fähigkeiten verbessern, wodurch innovative Hardware und die physische Welt eine beispiellose tiefe Integration erreichen können.

2. Die Marktgröße flexibler Batterien

Die flexible Elektronikindustrie gilt als der nächste große Entwicklungstrend der Elektronikindustrie. Die treibenden Faktoren für seine schnelle Entwicklung sind die enorme Marktnachfrage und eine energische nationale Politik. Viele ausländische Länder haben bereits Forschungspläne für flexible Elektronik formuliert. Wie der US-amerikanische FDCASU-Plan, das Horizon-Projekt der Europäischen Union, Südkoreas „Korea Green IT National Strategy“ usw. umfasst Chinas Natural Science Foundation im 12. und 13. Fünfjahresplan auch flexible Elektronik als wichtigen Forschungsbereich Mikro-Nano-Herstellung.

Neben der Integration elektronischer Schaltungen, funktioneller Materialien, der Mikro-Nano-Fertigung und anderer Technologiefelder umfasst die flexible elektronische Technologie auch Halbleiter, Verpackung, Tests, Textilien, Chemikalien, gedruckte Schaltungen, Anzeigetafeln und andere Branchen. Es wird einen Billionen-Dollar-Markt vorantreiben und traditionelle Sektoren dabei unterstützen, den Mehrwert von Industrien zu steigern und revolutionäre Veränderungen in der industriellen Struktur und im menschlichen Leben herbeizuführen. Laut Prognosen maßgeblicher Organisationen wird die flexible Elektronikindustrie 46.94 2018 Milliarden US-Dollar und 301 2028 Milliarden US-Dollar wert sein, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von fast 30 % von 2011 bis 2028, und befindet sich in einem langfristigen Trend schnelles Wachstum.

Flexibler Akku – die Lebensader der Unterhaltungselektronik der Zukunft 〡 Original von Mizuki Capital
Abbildung 1: Flexible Batterieindustriekette

Flexible Batterien sind ein wesentlicher Bestandteil des Bereichs der flexiblen Elektronik. Sie können in faltbaren Mobiltelefonen, tragbaren Geräten, heller Kleidung und anderen Bereichen verwendet werden und haben eine breite Marktnachfrage. Laut einem von Markets and Markets herausgegebenen Forschungsbericht zur Prognose des globalen Marktes für flexible Batterien für 2020 wird erwartet, dass der globale Markt für flexible Batterien bis 2020 617 Millionen US-Dollar erreichen wird. Von 2015 bis 2020 werden flexible Batterien mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 53.68 % wachsen. Zunahme. Als typische nachgelagerte Industrie für flexible Batterien wird die Branche der tragbaren Geräte im Jahr 280 voraussichtlich 2021 Millionen Einheiten ausliefern. Während traditionelle Hardware in eine Engpassphase eintritt und innovative Anwendungen neuer Technologien, leiten tragbare Geräte eine neue Phase rasanter Entwicklung ein. Es wird eine große Nachfrage nach flexiblen Batterien geben.

Die Industrie für flexible Batterien steht jedoch noch vor vielen Herausforderungen, und das größte Problem sind technische Probleme. Die flexible Batterieindustrie hat hohe Eintrittsbarrieren, und viele Probleme wie Materialien, Strukturen und Produktionsprozesse müssen gelöst werden. Derzeit befinden sich viele Forschungsarbeiten noch im Laborstadium, und es gibt nur wenige Unternehmen, die eine Massenproduktion durchführen können.

3.Technische Richtung von flexiblen Batterien

Die technische Richtung zur Realisierung flexibler oder dehnbarer Batterien ist hauptsächlich das Design neuer Strukturen und flexibler Materialien. Konkret gibt es vor allem die folgenden drei Kategorien:

3.1.Dünnschichtbatterie

Das Grundprinzip von Dünnschichtbatterien besteht darin, die Materialien in jeder Batterieschicht ultradünn zu behandeln, um das Biegen zu erleichtern und zweitens die Zyklenleistung durch Modifikation des Materials oder des Elektrolyten zu verbessern. Dünnschichtbatterien stellen hauptsächlich Lithium-Keramik-Batterien von Taiwan Huineng und Zink-Polymer-Batterien von Imprint Energy aus den Vereinigten Staaten dar. Der Vorteil dieser Art von Batterie besteht darin, dass sie ein gewisses Maß an Biegung erreichen kann und ultradünn ist (<1 mm); Der Nachteil ist, dass die IT es nicht dehnen kann, die Lebensdauer nach dem Drehen schnell abnimmt, die Kapazität gering ist (Milliamperestunden-Niveau) und die Kosten hoch sind.

3.2.Gedruckte Batterie (Papierbatterie)

Wie Dünnschichtbatterien sind Papierbatterien Batterien, die Dünnschicht als Träger verwenden. Der Unterschied besteht darin, dass die Folie während des Herstellungsprozesses mit einer speziellen Tinte aus leitfähigen Materialien und Kohlenstoff-Nanomaterialien beschichtet wird. Die Eigenschaften von dünnschichtbedruckten Papierbatterien sind weich, leicht und dünn. Sie haben zwar eine geringere Leistung als Dünnschichtbatterien, sind aber umweltfreundlicher – in der Regel eine Einwegbatterie.

Papierbatterien gehören zur gedruckten Elektronik, und alle ihre Komponenten oder Teile werden durch Druckproduktionsverfahren fertiggestellt. Gleichzeitig sind gedruckte Elektronikprodukte zweidimensional und haben flexible Eigenschaften.

3.3. Batterie mit neuem Strukturdesign (flexible Batterie mit großer Kapazität)

Dünnschichtbatterien und gedruckte Batterien sind volumenmäßig begrenzt und können nur Produkte mit geringem Stromverbrauch erzielen. Und mehr Anwendungsszenarien erfordern mehr immense Leistung. Dies macht flexible 3D-Batterien, die keine Dünnfilme sind, zu einem heißen Markt. Zum Beispiel die derzeit beliebte flexible, dehnbare Batterie mit großer Kapazität, die durch die Inselbrückenstruktur realisiert wird. Das Prinzip dieser Batterie ist die Reihen-Parallel-Struktur des Batteriepacks. Die Schwierigkeit liegt in der hohen Leitfähigkeit und der zuverlässigen Verbindung zwischen den Akkus, die sich dehnen und verbiegen können, und dem äußeren Schutz des Packdesigns. Der Vorteil dieses Batterietyps besteht darin, dass er sich dehnen, biegen und verdrehen kann. Beim Drehen hat das Biegen des Steckers nur keinen Einfluss auf die Lebensdauer der Batterie selbst. Es hat eine große Kapazität (Amperestunden-Niveau) und niedrige Kosten; Der Nachteil ist, dass die lokale Weichheit nicht so gut ist wie bei einem ultradünnen Akku. Sei klein. Es gibt auch eine Origami-Struktur, die 2D-dimensionales Papier durch Falten und Biegen in verschiedene Formen im 3D-Raum faltet. Diese Origami-Technologie wird auf Lithium-Ionen-Batterien angewendet, und der Stromkollektor, die positive Elektrode, die negative Elektrode usw. werden gemäß unterschiedlichen Faltwinkeln gefaltet. Beim Strecken und Biegen hält der Akku durch den Falteffekt viel Druck aus und hat eine gute Elastizität. Wirkt sich nicht auf die Leistung aus. Außerdem nehmen sie oft eine wellenförmige Struktur an, das heißt eine wellenförmige dehnbare Struktur. Das aktive Material wird auf den wellenförmigen Polschuh aus Metall aufgetragen, um eine dehnbare Elektrode herzustellen. Die auf dieser Struktur basierende Lithiumbatterie wurde viele Male gedehnt und gebogen. Es kann immer noch eine gute Zykluskapazität aufrechterhalten.

Ultradünne Batterien werden im Allgemeinen in dünnen elektronischen Produkten wie elektronischen Karten verwendet, gedruckte Batterien werden typischerweise in Einwegszenarien wie RFID-Tags verwendet, und flexible Batterien mit großer Kapazität werden hauptsächlich in intelligenten elektronischen Produkten wie Uhren und Mobiltelefonen verwendet die eine große Kapazität erfordern. Vorgesetzter.

4. Die Wettbewerbslandschaft flexibler Batterien

Der Markt für flexible Batterien ist noch im Entstehen, und die teilnehmenden Akteure sind hauptsächlich traditionelle Batteriehersteller, Technologiegiganten und Start-up-Unternehmen. Allerdings gibt es derzeit weltweit keinen dominierenden Hersteller, und die Kluft zwischen den Unternehmen ist nicht groß, und sie befinden sich im Wesentlichen in der F&E-Phase.

Aus regionaler Sicht konzentriert sich die aktuelle Forschung und Entwicklung flexibler Batterien hauptsächlich auf die Vereinigten Staaten, Südkorea und Taiwan, wie z. B. Imprint Energy in den Vereinigten Staaten, Hui Neng Taiwan, LG Chem in Südkorea usw. Technologiegiganten wie Apple, Samsung und Panasonic setzen ebenfalls aktiv flexible Batterien ein. Festlandchina hat bestimmte Entwicklungen auf dem Gebiet der Papierbatterien gemacht. Börsennotierte Unternehmen wie Evergreen und Jiulong Industrial konnten eine Massenproduktion erreichen. Auch in anderen technischen Richtungen sind mehrere Start-ups entstanden, wie Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology und Jizhan Technology. Gleichzeitig entwickeln bedeutende wissenschaftliche Forschungseinrichtungen auch neue technologische Richtungen.

Im Folgenden werden die Produkt- und Unternehmensdynamik mehrerer großer Entwickler im Bereich flexibler Batterien kurz analysiert und verglichen:

Taiwan-Huineng

FLCB-Lithium-Keramik-Batterie mit weicher Platte

  1. Die Festkörper-Lithium-Keramik-Batterie unterscheidet sich von dem flüssigen Elektrolyten, der in der erhältlichen Lithiumbatterie verwendet wird. Es wird nicht auslaufen, selbst wenn es zerbrochen, getroffen, durchstochen oder verbrannt wird, und wird kein Feuer fangen, brennen oder explodieren. Gute Sicherheitsleistung
  2. Ultradünn, das dünnste kann 0.38 mm erreichen
  3. Die Batteriedichte ist nicht so hoch wie die von Lithiumbatterien. Das 33mm34 mm0.38 mm Lithium-Keramik-Akku hat eine Kapazität von 10.5 mAh und eine Energiedichte von 91 Wh/L.
  4. Es ist nicht flexibel; es kann nur gebogen und nicht gedehnt, gestaucht oder verdreht werden.

Bauen Sie in der zweiten Hälfte des Jahres 2018 die weltweit erste Superfabrik für Festkörper-Lithium-Keramik-Batterien.

Südkorea LG Chem

Kabelbatterie

  1. Es hat eine ausgezeichnete Flexibilität und kann einem gewissen Grad an Dehnung standhalten
  2. Es ist flexibler und muss nicht wie herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien in elektronische Geräte eingebaut werden. Es lässt sich überall platzieren und gut in das Produktdesign integrieren.
  3. Kabelbatterien haben eine geringe Kapazität und hohe Produktionskosten
  4. Noch keine Energieproduktion

Impressum Energie, USA

Zink-Polymer-Akku

  1. Ultradünne, gute dynamische Biegesicherheitsleistung
  2. Zink ist weniger toxisch als Lithiumbatterien und eine sicherere Wahl für Geräte, die am Menschen getragen werden

Die ultradünnen Eigenschaften begrenzen die Batteriekapazität, und die Sicherheitsleistung der Zinkbatterie muss noch einer langfristigen Marktprüfung unterzogen werden. Lange Produktumstellungszeit

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Jiangsu Enfusai Druckelektronik Co., Ltd.

Papierbatterie

  1. Wurde in Massenproduktion hergestellt und in RFID-Tags, medizinischen und anderen Bereichen verwendet

Es kann angepasst werden 2. Die Größe, Dicke und Form richten sich nach den Bedürfnissen der Benutzer und es kann die Position der positiven und negativen Elektroden der Batterie anpassen.

  1. Die Papierbatterie ist für den einmaligen Gebrauch bestimmt und kann nicht wieder aufgeladen werden
  2. Die Leistung ist gering und die Nutzungsszenarien sind begrenzt. Es kann nur für elektronische RFID-Tags, Sensoren, Smartcards, innovative Verpackungen usw. gelten.
  3. Abschluss der hundertprozentigen Übernahme von Enfucell in Finnland im Jahr 2018
  4. 70 eine Finanzierung in Höhe von 2018 Millionen RMB erhalten

HOPPT BATTERY

Batterie für den 3D-Druck

  1. Ähnliches 3D-Druckverfahren und Nanofaser-Verstärkungstechnologie
  2. Flexible Lithiumbatterie hat die Eigenschaften leicht, dünn und flexibel

5. Die zukünftige Entwicklung von flexiblen Batterien

Bei elektrochemischen Leistungsindikatoren wie Batteriekapazität, Energiedichte und Zyklenlebensdauer haben flexible Batterien derzeit noch einen weiten Weg vor sich. Die in den bestehenden Labors entwickelten Batterien haben im Allgemeinen hohe Prozessanforderungen, eine geringe Produktionseffizienz und hohe Kosten, die für eine industrielle Produktion im großen Maßstab ungeeignet sind. In der Zukunft sind die Suche nach flexiblen Elektrodenmaterialien und Festelektrolyten mit hervorragender umfassender Leistung, innovativem Batteriestrukturdesign und der Entwicklung neuer Herstellungsverfahren für Festkörperbatterien bahnbrechende Richtungen.

Darüber hinaus ist die Batterielebensdauer der wichtigste Schmerzpunkt der aktuellen Batterieindustrie. Batteriehersteller, die in Zukunft eine vorteilhafte Position erreichen können, müssen das Problem der Batterielebensdauer bei gleichzeitig flexibler Produktion lösen. Die Anwendung neuer Energiequellen (wie Solarenergie und Bioenergie) oder neuer Materialien (wie Graphen) soll diese beiden Probleme gleichzeitig lösen.

Flexible Batterien werden in Zukunft zur Aorta der Unterhaltungselektronik. In absehbarer Zeit werden technologische Durchbrüche im gesamten Bereich der flexiblen Elektronik, repräsentiert durch flexible Batterien, unweigerlich enorme Veränderungen in vor- und nachgelagerten Industrien mit sich bringen.

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