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Batterie flexible - l'artère de l'électronique grand public du futur

15 Oct, 2021

By hoppt

Avec l'amélioration du niveau de vie et le développement de la technologie, l'électronique flexible a reçu de plus en plus d'attention. Les progrès de la technologie électronique flexible peuvent modifier profondément la forme du produit dans les domaines de la santé, du portable, de l'Internet of Everything et même de la robotique, et ont un vaste potentiel de marché.

Avec l'amélioration du niveau de vie et le développement de la technologie, l'électronique flexible a reçu de plus en plus d'attention. Les progrès de la technologie électronique flexible peuvent modifier profondément la forme du produit dans les domaines de la santé, du portable, de l'Internet of Everything et même de la robotique, et ont un vaste potentiel de marché.

De nombreuses entreprises ont beaucoup investi dans la recherche et le développement, les unes après les autres dans le déploiement précoce de la technologie de nouvelle génération et le développement de nouveaux produits. Récemment, les téléphones portables pliables sont devenus une direction privilégiée. Le pliage est la première étape pour que les produits électroniques passent de la rigidité traditionnelle à la flexibilité.

Samsung Galaxy Fold et Huawei Mate X ont mis les téléphones pliables à la vue du public et sont vraiment commerciaux, mais leurs solutions sont toutes articulées en deux. Bien qu'un morceau entier d'écran OLED flexible soit utilisé, le reste est L'appareil ne peut pas être plié ou plié. A l'heure actuelle, le véritable facteur limitant pour les appareils flexibles tels que les téléphones portables flexibles n'est plus l'écran lui-même mais l'innovation de l'électronique flexible, notamment les batteries flexibles. La batterie d'alimentation électrique occupe souvent la majeure partie du volume de l'appareil, c'est donc aussi la partie essentielle la plus probable pour obtenir une véritable flexibilité et aptitude au pliage. De plus, les appareils portables tels que les montres intelligentes et les bracelets intelligents utilisent toujours des batteries rigides traditionnelles, dont la taille est limitée, ce qui réduit souvent la durée de vie de la batterie. Par conséquent, les batteries flexibles à grande capacité et à haute flexibilité sont un facteur révolutionnaire dans les téléphones portables pliables et les appareils portables.

1.Définition et avantages des batteries souples

Batterie souple se réfèrent généralement à des batteries qui peuvent être pliées et utilisées à plusieurs reprises. Leurs propriétés incluent pliable, extensible, pliable et torsible ; il peut s'agir de batteries lithium-ion, de batteries zinc-manganèse ou de batteries argent-zinc, voire de Supercondensateur. Étant donné que chaque partie de la batterie flexible subit une certaine déformation pendant le processus de pliage et d'étirement, les matériaux et la structure de chaque partie de la batterie flexible doivent conserver leurs performances après plusieurs pliages et étirements. Naturellement, les exigences techniques dans ce domaine sont très élevées. Haut. Après que la batterie au lithium rigide actuelle ait subi une déformation, ses performances seront gravement endommagées et il peut même y avoir des risques pour la sécurité. Par conséquent, les batteries flexibles nécessitent des matériaux et des conceptions structurelles flambant neufs.

Par rapport aux batteries rigides traditionnelles, les batteries flexibles ont une plus grande adaptabilité environnementale, des performances anti-collision et une meilleure sécurité. De plus, les batteries flexibles peuvent faire évoluer les produits électroniques dans une direction plus ergonomique. Les batteries flexibles peuvent réduire considérablement le coût et le volume du matériel intelligent, ajouter de nouvelles capacités et améliorer les capacités existantes, permettant au matériel innovant et au monde physique de réaliser une intégration profonde sans précédent.

2. La taille du marché des batteries flexibles

L'industrie électronique flexible est considérée comme la prochaine grande tendance de développement de l'industrie électronique. Les facteurs moteurs de son développement rapide sont l'énorme demande du marché et des politiques nationales vigoureuses. De nombreux pays étrangers ont déjà formulé des plans de recherche pour l'électronique flexible. Comme le plan américain FDCASU, le projet Horizon de l'Union européenne, la "Stratégie nationale coréenne de l'informatique verte" de la Corée du Sud, etc., la Fondation chinoise des sciences naturelles des 12e et 13e plans quinquennaux chinois inclut également l'électronique flexible comme domaine de recherche important de fabrication micro-nano.

En plus d'intégrer des circuits électroniques, des matériaux fonctionnels, la fabrication de micro-nano et d'autres domaines technologiques, la technologie électronique flexible couvre également les semi-conducteurs, l'emballage, les tests, les textiles, les produits chimiques, les circuits imprimés, les panneaux d'affichage et d'autres industries. Il stimulera un marché d'un billion de dollars et aidera les secteurs traditionnels à accroître la valeur ajoutée des industries et à apporter des changements révolutionnaires à la structure industrielle et à la vie humaine. Selon les prévisions d'organisations faisant autorité, l'industrie de l'électronique flexible vaudra 46.94 milliards de dollars américains en 2018 et 301 milliards de dollars américains en 2028, avec un taux de croissance annuel composé de près de 30 % de 2011 à 2028, et s'inscrit dans une tendance de croissance à long terme. croissance rapide.

Batterie flexible - l'artère de l'électronique grand public dans le futur 〡 Mizuki Capital original
Figure 1 : Chaîne industrielle des batteries flexibles

Les batteries flexibles sont une partie vitale du domaine de l'électronique flexible. Ils peuvent être utilisés dans les téléphones portables pliables, les appareils portables, les vêtements brillants et d'autres domaines et ont une large demande sur le marché. Selon un rapport de recherche sur les prévisions du marché mondial des batteries flexibles pour 2020 publié par Markets and Markets, d'ici 2020, le marché mondial des batteries flexibles devrait atteindre 617 millions de dollars américains. De 2015 à 2020, la batterie flexible augmentera à un taux de croissance annuel composé de 53.68 %. Augmenter. En tant qu'industrie typique en aval de la batterie flexible, l'industrie des appareils portables devrait expédier 280 millions d'unités en 2021. Alors que le matériel traditionnel entre dans une période de goulot d'étranglement et que les applications innovantes des nouvelles technologies, les appareils portables inaugurent une nouvelle période de développement rapide. Il y aura une demande à grande échelle pour les batteries flexibles.

Cependant, l'industrie des batteries flexibles est toujours confrontée à de nombreux défis, et le plus gros problème concerne les problèmes techniques. L'industrie des batteries flexibles présente des barrières à l'entrée élevées et de nombreux problèmes tels que les matériaux, les structures et les processus de production doivent être résolus. À l'heure actuelle, de nombreux travaux de recherche en sont encore au stade du laboratoire et très peu d'entreprises peuvent réaliser une production de masse.

3.Direction technique des batteries flexibles

La direction technique pour réaliser des batteries souples ou étirables est principalement la conception de nouvelles structures et de matériaux souples. Plus précisément, il existe principalement les trois catégories suivantes :

3.1.Batterie à couche mince

Le principe de base des batteries à couches minces est d'utiliser un traitement ultra-mince des matériaux dans chaque couche de batterie pour faciliter la flexion et, d'autre part, améliorer les performances du cycle en modifiant le matériau ou l'électrolyte. Les batteries à couches minces représentent principalement des batteries lithium-céramique de Taiwan Huineng et des batteries zinc-polymère d'Imprint Energy aux États-Unis. L'avantage de ce type de batterie est qu'elle peut atteindre un certain degré de flexion et qu'elle est ultra-mince (<1 mm) ; l'inconvénient est que l'informatique ne peut pas l'étirer, la durée de vie se dégrade rapidement après le tournage, la capacité est faible (niveau milliampère-heure) et le coût est élevé.

3.2.Batterie imprimée (batterie papier)

Comme les batteries à couche mince, les batteries en papier sont des batteries qui utilisent une couche mince comme support. La différence est qu'une encre spéciale composée de matériaux conducteurs et de nanomatériaux de carbone est déposée sur le film pendant le processus de préparation. Les caractéristiques des batteries en papier imprimé à couche mince sont douces, légères et minces. Bien qu'elles aient une puissance inférieure à celle des piles à couche mince, elles sont plus respectueuses de l'environnement, généralement une pile jetable.

Les batteries en papier appartiennent à l'électronique imprimée, et tous leurs composants ou pièces sont complétés par des méthodes de production d'impression. Dans le même temps, les produits électroniques imprimés sont bidimensionnels et ont des caractéristiques flexibles.

3.3. Nouvelle batterie de conception de structure (batterie flexible de grande capacité)

Les batteries à couches minces et les batteries imprimées sont limitées en volume et ne peuvent réaliser que des produits à faible consommation. Et plus de scénarios d'application ont plus besoin d'une puissance immense. Cela fait des batteries flexibles 3D à couche non mince un marché en vogue. Par exemple, la batterie flexible et extensible de grande capacité populaire actuelle réalisée par la structure du pont de l'île. Le principe de cette batterie est la structure série-parallèle du pack batterie. La difficulté réside dans la conductivité élevée et la liaison fiable entre les batteries, qui peuvent s'étirer et se plier, et la protection externe du design du pack. L'avantage de ce type de batterie est qu'elle peut s'étirer, se plier et se tordre. Lors de la rotation, seule la flexion du connecteur n'affecte pas la durée de vie de la batterie elle-même. Il a une grande capacité (niveau ampère-heure) et un faible coût ; l'inconvénient est que la douceur locale n'est pas aussi bonne qu'une batterie ultra-mince. Soyez petit. Il existe également une structure en origami, qui plie le papier 2D en différentes formes dans l'espace 3D en le pliant et en le pliant. Cette technologie d'origami est appliquée aux batteries lithium-ion, et le collecteur de courant, l'électrode positive, l'électrode négative, etc., sont pliés selon différents angles de pliage. Lorsqu'elle est étirée et pliée, la batterie peut supporter beaucoup de pression en raison de l'effet de pliage et a une bonne élasticité. N'affectera pas les performances. De plus, ils adoptent souvent une structure en forme de vague, c'est-à-dire une structure extensible en forme de vague. Le matériau actif est appliqué sur la pièce polaire métallique en forme de vague pour fabriquer une électrode extensible. La batterie au lithium basée sur cette structure a été étirée et pliée plusieurs fois. Il peut encore maintenir une bonne capacité de cycle.

Les batteries ultra-minces sont généralement utilisées dans les produits électroniques fins tels que les cartes électroniques, les batteries imprimées sont généralement utilisées dans des scénarios à usage unique tels que les étiquettes RFID, et les batteries flexibles de grande capacité sont principalement utilisées dans les produits électroniques intelligents tels que les montres et les téléphones portables. qui nécessitent une grande capacité. Supérieur.

4. Le paysage concurrentiel des batteries flexibles

Le marché des batteries flexibles est encore émergent et les acteurs participants sont principalement des fabricants de batteries traditionnels, des géants de la technologie et des start-up. Cependant, il n'y a actuellement aucun fabricant dominant au niveau mondial, et l'écart entre les entreprises n'est pas grand, et elles sont essentiellement au stade de la R&D.

D'un point de vue régional, la recherche et le développement actuels de batteries flexibles sont principalement concentrés aux États-Unis, en Corée du Sud et à Taïwan, comme Imprint Energy aux États-Unis, Hui Neng Taiwan, LG Chem en Corée du Sud, etc. Géants de la technologie comme Apple, Samsung et Panasonic déploient également activement des batteries flexibles. La Chine continentale a réalisé certains développements dans le domaine des batteries en papier. Des sociétés cotées telles qu'Evergreen et Jiulong Industrial ont pu réaliser une production de masse. Plusieurs start-ups ont également vu le jour dans d'autres directions techniques, telles que Beijing Xujiang Technology Co., Ltd., Soft Electronics Technology et Jizhan Technology. Dans le même temps, d'importantes institutions de recherche scientifique développent également de nouvelles orientations technologiques.

Ce qui suit analysera et comparera brièvement les produits et la dynamique des entreprises de plusieurs développeurs majeurs dans le domaine des batteries flexibles :

TaïwanHuineng

Batterie lithium-céramique à plaque souple FLCB

  1. La batterie lithium-céramique à l'état solide est différente de l'électrolyte liquide utilisé dans la batterie au lithium disponible. Il ne fuira pas même s'il est cassé, frappé, perforé ou brûlé et ne prendra pas feu, ne brûlera pas ou n'explosera pas. Bonne performance de sécurité
  2. Ultra-fin, le plus fin peut atteindre 0.38 mm
  3. La densité de la batterie n'est pas aussi élevée que celle des batteries au lithium. Le 33 mm34mmLa batterie lithium-céramique de 0.38 mm a une capacité de 10.5 mAh et une densité d'énergie de 91 Wh/L.
  4. Ce n'est pas flexible; il ne peut être que plié et ne peut pas être étiré, comprimé ou tordu.

Dans la seconde moitié de 2018, construisez la première super usine au monde de batteries lithium-céramique à l'état solide.

Corée du Sud LG Chem

Câble batterie

  1. Il a une excellente flexibilité et peut supporter un certain degré d'étirement
  2. Il est plus flexible et n'a pas besoin d'être placé à l'intérieur d'équipements électroniques comme les batteries lithium-ion traditionnelles. Il peut être placé n'importe où et peut être bien intégré dans la conception du produit.
  3. La batterie de câble a une petite capacité et un coût de production élevé
  4. Pas encore de production d'énergie

Mentions légales Energy, États-Unis

Batterie zinc-polymère

  1. Ultra-mince, bonne performance de sécurité en flexion dynamique
  2. Le zinc est moins toxique que les piles au lithium et constitue un choix plus sûr pour les équipements portés sur les humains

Les caractéristiques ultra-minces limitent la capacité de la batterie et les performances de sécurité de la batterie au zinc nécessitent encore une inspection du marché à long terme. Long temps de conversion des produits

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Jiangsu Enfusai impression électronique Co., Ltd.

Batterie papier

  1. A été produit en série et a été utilisé dans les étiquettes RFID, la médecine et d'autres domaines

Il peut personnaliser 2. La taille, l'épaisseur et la forme sont en fonction des besoins des utilisateurs, et il peut ajuster la position des électrodes positives et négatives de la batterie.

  1. La batterie en papier est à usage unique et ne peut pas être rechargée
  2. La puissance est faible et les scénarios d'utilisation sont limités. Elle ne peut s'appliquer qu'aux étiquettes électroniques RFID, aux capteurs, aux cartes à puce, aux emballages innovants, etc.
  3. Finaliser l'acquisition à 2018 % d'Enfucell en Finlande en XNUMX
  4. A reçu 70 millions de RMB de financement en 2018

HOPPT BATTERY

Batterie d'impression 3D

  1. Processus d'impression 3D similaire et technologie de renforcement des nanofibres
  2. La batterie au lithium flexible a les caractéristiques de légère, mince et flexible

5.Le développement futur des batteries flexibles

À l'heure actuelle, les batteries flexibles ont encore un long chemin à parcourir dans les indicateurs de performance électrochimique tels que la capacité de la batterie, la densité d'énergie et la durée de vie. Les batteries développées dans les laboratoires existants ont généralement des exigences de processus élevées, une faible efficacité de production et un coût élevé, qui ne conviennent pas à une production industrielle à grande échelle. À l'avenir, la recherche de matériaux d'électrode flexibles et d'électrolytes solides avec d'excellentes performances globales, une conception de structure de batterie innovante et le développement de nouveaux procédés de préparation de batterie à l'état solide sont des orientations révolutionnaires.

De plus, le problème le plus important de l'industrie actuelle des batteries est la durée de vie de la batterie. À l'avenir, les fabricants de batteries qui peuvent atteindre une position avantageuse doivent résoudre le problème de la durée de vie de la batterie et de la production flexible en même temps. L'application de nouvelles sources d'énergie (telles que l'énergie solaire et la bioénergie) ou de nouveaux matériaux (tels que le graphène) devrait résoudre ces deux problèmes simultanément.

Les batteries flexibles deviennent l'aorte de l'électronique grand public à l'avenir. Dans un avenir prévisible, les percées technologiques dans l'ensemble du domaine de l'électronique flexible représenté par les batteries flexibles entraîneront inévitablement d'énormes changements dans les industries en amont et en aval.

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