フレキシブルバッテリー-将来の家電製品の動脈

生活水準の向上と技術の発展に伴い、フレキシブルエレクトロニクスはますます注目を集めています。 フレキシブル電子技術の進歩は、健康、ウェアラブル、モノのインターネット、さらにはロボット工学の製品形態を大きく変える可能性があり、大きな市場の可能性を秘めています。

生活水準の向上と技術の発展に伴い、フレキシブルエレクトロニクスはますます注目を集めています。 フレキシブル電子技術の進歩は、健康、ウェアラブル、モノのインターネット、さらにはロボット工学の製品形態を大きく変える可能性があり、大きな市場の可能性を秘めています。

多くの企業が多くの研究開発に投資しており、次世代技術の早期導入と新製品開発が次々と行われています。 最近、折り畳み式の携帯電話が好まれる方向になっています。 折りたたみは、電子製品が従来の剛性から柔軟性に移行するための最初のステップです。

Samsung GalaxyFoldとHuaweiMate Xは、折り畳み式の携帯電話を一般に公開し、真に商用化されていますが、それらのソリューションはすべて半分になっています。 フレキシブルOLEDディスプレイ全体が使用されていますが、残りはデバイスを折りたたんだり曲げたりすることはできません。 現在、フレキシブル携帯電話などのフレキシブルデバイスの本当の制限要因は、もはや画面自体ではなく、フレキシブルエレクトロニクス、特にフレキシブルバッテリーの革新です。 エネルギー供給バッテリーは、多くの場合、デバイスのボリュームの大部分を占めるため、真の柔軟性と曲げ性を実現するために最も重要な部分である可能性があります。 さらに、スマートウォッチやスマートブレスレットなどのウェアラブルデバイスは、サイズが制限されている従来のリジッドバッテリーを使用しているため、バッテリーの寿命が犠牲になることがよくあります。 したがって、大容量で柔軟性の高いフレキシブルバッテリーは、折りたたみ式携帯電話やウェアラブルデバイスの革新的な要素です。

1.フレキシブルバッテリーの定義と利点

フレキシブルバッテリー 一般的に、曲げて繰り返し使用できるバッテリーを指します。 それらのプロパティには、曲げ可能、伸縮可能、折りたたみ可能、およびねじれ可能が含まれます。 それらは、リチウムイオン電池、亜鉛マンガン電池、銀亜鉛電池、さらにはスーパーキャパシターである可能性があります。 可撓性電池の各部分は、折り畳みおよび延伸プロセス中に特定の変形を受けるため、可撓性電池の各部分の材料および構造は、数回の折り畳みおよび延伸後に性能を維持しなければならない。 当然、この分野の技術的要件は非常に高いです。 高い。 現在の硬質リチウム電池が変形すると、その性能が著しく損なわれ、安全上の問題が発生する可能性さえあります。 したがって、フレキシブルバッテリーには、まったく新しい材料と構造設計が必要です。

従来のリジッドバッテリーと比較して、フレキシブルバッテリーは、より高い環境適応性、衝突防止性能、およびより優れた安全性を備えています。 さらに、柔軟なバッテリーは、電子製品をより人間工学的な方向に発展させることができます。 柔軟なバッテリーは、インテリジェントハードウェアのコストとボリュームを大幅に削減し、新しい機能を追加し、既存の機能を改善して、革新的なハードウェアと物理的な世界が前例のない深い統合を実現できるようにします。

2.フレキシブルバッテリーの市場規模

フレキシブル エレクトロニクス産業は、エレクトロニクス産業の次の主要な発展トレンドであると考えられています。 急速な発展の原動力となっているのは、巨大な市場需要と精力的な国家政策です。 多くの外国はすでにフレキシブルエレクトロニクスの研究計画を策定しています。 米国のFDCASU計画、欧州連合のHorizo​​nプロジェクト、韓国の「韓国グリーンIT国家戦略」など、中国の第12次および第13次XNUMXカ年計画の中国自然科学財団にもフレキシブルエレクトロニクスが重要な研究分野として含まれている。 マイクロ・ナノ製造。

電子回路、機能性材料、マイクロナノ製造、およびその他の技術分野を統合することに加えて、フレキシブル電子技術は、半導体、パッケージング、テスト、繊維、化学、プリント回路、ディスプレイパネル、およびその他の産業にも及びます。 それは46.94兆ドルの市場を牽引し、伝統的なセクターが産業の付加価値を高め、産業構造と人間の生活に革命的な変化をもたらすのを支援します。 権威ある組織の予測によると、フレキシブルエレクトロニクス産業は2018年に301億ドル、2028年に30億ドルの価値があり、2011年から2028年までの年平均成長率は約XNUMX％であり、長期的な傾向にあります。急成長。

フレキシブルバッテリー-将来の家電の動脈〡ミズキキャピタルオリジナル
図1：フレキシブルバッテリー業界チェーン

フレキシブルバッテリーは、フレキシブルエレクトロニクスの分野で不可欠な部分です。 折り畳み式の携帯電話、ウェアラブルデバイス、明るい衣類などの分野で使用でき、幅広い市場需要があります。 Markets and Marketsが発表した2020年の世界のフレキシブルバッテリー市場予測に関する調査レポートによると、2020年までに世界のフレキシブルバッテリー市場は617億2015万米ドルに達すると予想されています。 2020年から53.68年まで、フレキシブルバッテリーは年平均成長率280％で成長します。 増加。 フレキシブルバッテリーの典型的な川下産業として、ウェアラブルデバイス産業は2021年にXNUMX億XNUMX万台を出荷すると予想されます。従来のハードウェアがボトルネック期間に入り、新しいテクノロジーの革新的なアプリケーションになると、ウェアラブルデバイスは急速な発展の新しい期間の到来を告げます。 フレキシブルバッテリーの大規模な需要があります。

しかし、フレキシブルバッテリー業界は依然として多くの課題に直面しており、最大の問題は技術的な問題です。 フレキシブルバッテリー業界は参入障壁が高く、材料、構造、製造プロセスなどの多くの問題を解決する必要があります。 現在、研究室の段階で多くの研究が行われており、大量生産が可能な企業はほとんどありません。

3.フレキシブル電池の技術的方向性

柔軟または伸縮性のある電池を実現するための技術的な方向性は、主に新しい構造と柔軟な材料の設計です。 具体的には、主に次のXNUMXつのカテゴリがあります。

3.1。薄膜電池

薄膜電池の基本原理は、各電池層の材料を極薄処理して曲げを容易にし、次に材料または電解質を変更することでサイクル性能を向上させることです。 薄膜電池は、主に台湾慧能のリチウムセラミック電池と米国のインプリントエナジーの亜鉛ポリマー電池を表しています。 この種のバッテリーの利点は、ある程度の曲げが可能で、超薄型（<1mm）であるということです。 欠点は、ITがそれを伸ばすことができず、回転後の寿命が急速に低下し、容量が小さく（ミリアンペア時レベル）、コストが高いことです。

3.2。プリント電池（紙電池）

薄膜電池と同様に、紙電池は薄膜をキャリアとして使用する電池です。 違いは、導電性材料とカーボンナノ材料で作られた特殊なインクが、準備プロセス中にフィルムにコーティングされることです。 薄膜印刷された紙の電池の特徴は、柔らかく、軽く、そして薄いです。 薄膜電池よりも電力は低くなりますが、環境にやさしく、通常は使い捨て電池です。

紙の電池はプリンテッドエレクトロニクスに属しており、そのすべての部品や部品は印刷された製造方法で完成しています。 同時に、印刷された電子製品はXNUMX次元であり、柔軟な特性を備えています。

3.3。新構造設計バッテリー（大容量フレキシブルバッテリー）

薄膜電池とプリント電池は容量に制限があり、低電力製品しか実現できません。 また、アプリケーションシナリオが増えると、膨大な電力に対する需要が高まります。 これにより、非薄膜3Dフレキシブルバッテリーが注目を集めています。 例えば、現在人気のある大容量の柔軟で伸縮性のあるバッテリーは、アイランドブリッジ構造によって実現されています。 このバッテリーの原理は、バッテリーパックの直並列構造です。 難しいのは、伸びたり曲がったりする可能性のあるバッテリーと、パックの設計を保護する外部との間の高い導電性と信頼性の高いリンクにあります。 このタイプのバッテリーの利点は、伸ばしたり、曲げたり、ねじったりできることです。 回転させるときは、コネクタを曲げるだけではバッテリー自体の寿命には影響しません。 大容量（アンペア時レベル）で低コストです。 欠点は、局所的な柔らかさが超薄型バッテリーほど良くないことです。 小さくしてください。 また、2D次元の紙を3D空間で折り曲げたり折り曲げたりしてさまざまな形に折りたたむ折り紙構造もあります。 この折り紙技術はリチウムイオン電池に応用されており、集電体、正極、負極などをさまざまな折り角度で折ります。 電池を伸ばしたり曲げたりすると、折り畳み効果により大きな圧力に耐え、弾力性に優れています。 パフォーマンスには影響しません。 また、波状構造、すなわち波状の伸縮性構造を採用することが多い。 波型の金属製ポールピースに活物質を塗布し、伸縮性のある電極を作ります。 この構造に基づくリチウム電池は、何度も引き伸ばされたり曲げられたりしています。 それでも良好なサイクル容量を維持できます。

超薄型電池は一般的に電子カードなどの薄型電子製品に使用され、印刷電池は通常RFIDタグなどの使い捨てシナリオで使用され、大容量のフレキシブル電池は主に時計や携帯電話などのインテリジェント電子製品に使用されます大容量が必要です。 上長。

4.フレキシブルバッテリーの競争環境

フレキシブルバッテリー市場はまだ出現しており、参加しているプレーヤーは主に従来のバッテリーメーカー、テクノロジーの巨人、新興企業です。 しかし、現在、世界的に優位なメーカーはなく、企業間のギャップも大きくなく、基本的に研究開発段階にあります。

地域の観点から、現在のフレキシブルバッテリーの研究開発は、主に米国、韓国、台湾に集中しています。たとえば、米国のImprint Energy、台湾のHui Neng、韓国のLGChemなどです。テクノロジーの巨人Apple、Samsung、Panasonicなども積極的にフレキシブルバッテリーを展開しています。 中国本土は、紙電池の分野で一定の発展を遂げてきました。 エバーグリーンやジュロンインダストリアルなどの上場企業は、大量生産を実現することができました。 北京徐江テクノロジー株式会社、ソフトエレクトロニクステクノロジー、ジザンテクノロジーなど、他の技術的方向性にもいくつかの新興企業が出現しています。 同時に、重要な科学研究機関も新しい技術的方向性を開発しています。

以下では、フレキシブルバッテリーの分野におけるいくつかの主要な開発者の製品と企業のダイナミクスを簡単に分析して比較します。

台湾慧能

FLCBソフトプレートリチウムセラミックバッテリー

1. 固体リチウムセラミック電池は、利用可能なリチウム電池で使用されている液体電解質とは異なります。 壊れたり、ぶつかったり、穴が開いたり、燃えたりしても漏れたり、発火したり、燃えたり、爆発したりすることはありません。 良好な安全性能
2. 超薄型、最も薄いものは0.38mmに達することができます
3. 電池密度はリチウム電池ほど高くありません。 33mm34 mm0.38mmのリチウムセラミック電池の容量は10.5mAh、エネルギー密度は91Wh / Lです。
4. 柔軟性はありません。 曲げることしかできず、伸ばしたり、圧縮したり、ねじったりすることはできません。

2018年後半には、世界初の固体リチウムセラミック電池のスーパーファクトリーを建設します。

韓国LG化学

ケーブルバッテリー

1. 柔軟性に優れ、ある程度の伸びに耐えることができます
2. より柔軟性があり、従来のリチウムイオン電池のような電子機器の内部に配置する必要はありません。 どこにでも配置でき、製品設計にうまく統合できます。
3. ケーブルバッテリーは容量が小さく、製造コストが高い
4. まだエネルギー生産はありません

インプリントエナジー、米国

亜鉛ポリマー電池

1. 超薄型、優れた動的曲げ安全性能
2. 亜鉛はリチウム電池よりも毒性が低く、人間が着用する機器にとってより安全な選択肢です。

超薄型の特性は電池容量を制限し、亜鉛電池の安全性能は依然として長期的な市場検査を必要とします。 長い製品変換時間

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江蘇エンフサイプリンテッドエレクトロニクス株式会社

紙電池

1. 大量生産され、RFIDタグ、医療、その他の分野で使用されています

2をカスタマイズできます。サイズ、厚さ、形状はユーザーのニーズに応じて、バッテリーの正極と負極の位置を調整できます。

1. 紙の電池はXNUMX回限りの使用で、充電はできません。
2. 電力は小さく、使用シナリオは限られています。 これは、RFID電子タグ、センサー、スマートカード、革新的なパッケージなどにのみ適用できます。
3. 2018年にフィンランドでEnfucellの完全所有の買収を完了する
4. 70年に2018万元の資金を受け取った

HOPPT BATTERY

3Dプリントバッテリー

1. 同様の3D印刷プロセスとナノファイバー強化技術
2. 柔軟なリチウム電池は、軽く、薄く、柔軟であるという特徴があります

5.フレキシブル電池の今後の展開

現在のところ、フレキシブルバッテリーは、バッテリー容量、エネルギー密度、サイクル寿命などの電気化学的性能指標を実現するにはまだ長い道のりがあります。 既存の研究所で開発された電池は、一般に、プロセス要件が高く、生産効率が低く、コストが高いため、大規模な工業生産には適していません。 将来的には、優れた包括的な性能、革新的な電池構造設計、および新しい全固体電池準備プロセスの開発を備えた柔軟な電極材料と固体電解質を探すことは、画期的な方向性です。

さらに、現在のバッテリー業界の最も重大な問題点はバッテリーの寿命です。 将来的には、有利な地位を築くことができる電池メーカーは、電池寿命と柔軟な生産の問題を同時に解決しなければなりません。 新しいエネルギー源（太陽エネルギーやバイオエナジーなど）または新しい材料（グラフェンなど）の適用により、これらXNUMXつの問題を同時に解決することが期待されます。

フレキシブルバッテリーは、将来、家電製品の大動脈になりつつあります。 近い将来、フレキシブルバッテリーに代表されるフレキシブルエレクトロニクスの全分野における技術革新は、必然的に上流および下流産業に大きな変化をもたらすでしょう。