Introducción de la cadena industrial de las pilas de iones de sodio

Panorama de la cadena industrial de las pilas de iones de sodio

Las baterías de Na-ion aparecieron por primera vez a principios de los 80, y después, debido al mejor rendimiento de las baterías de iones de litio, la investigación sobre las baterías de iones de sodio se estancó.

Después de 2010, con el aumento de la demanda en el campo de las baterías de energía, el suministro de materiales para las baterías de iones de litio es escaso, y ha resurgido la investigación sobre las baterías de iones de sodio a temperatura ambiente.

Según los distintos escenarios de aplicación, las baterías de iones de sodio pueden dividirse principalmente en de potencia y de almacenamiento de energía. En comparación con el nivel de comercialización de las baterías de iones de litio maduras.

La comercialización de las baterías de iones de sodio está en sus comienzos. Sólo unas pocas empresas han llevado a cabo la comercialización preliminar de baterías de iones de sodio, y aún no se ha formado una cadena industrial completa y madura.

Antes de la cadena industrial

Materias primas para baterías

Dado que las baterías de iones de sodio funcionan de forma similar a las de iones de litio, muchos materiales y procesos pueden reutilizarse, incluso desde el punto de vista de las materias primas.

En cuanto a las materias primas, la primera y más obvia diferencia entre las baterías de iones de sodio y las de iones de litio es la diferencia en los iones de trabajo. Las baterías de iones de litio suelen utilizar carbonato de litio como materia prima, mientras que los materiales catódicos de las baterías de iones de sodio se sintetizan actualmente en el laboratorio.

Las fuentes de sodio son muy amplias: carbonato sódico, bicarbonato sódico, acetato sódico, oxalato sódico, citrato sódico, nitrato sódico, hidróxido sódico e incluso se habla ocasionalmente de sodio metálico,

Sin embargo, la producción industrial a gran escala tiene ciertos requisitos de coste, seguridad del proceso, acidez y alcalinidad, y lo más probable es que el carbonato sódico (es decir, la ceniza de sosa) se convierta en la materia prima de la producción industrial.

Otros materiales presentan defectos más o menos ciertos debido a su coste, seguridad o indicadores físicos y químicos. A diferencia de la desigual y escasa distribución mundial de los recursos de litio, los recursos de sodio están ampliamente distribuidos por todo el mundo, y su abundancia en la corteza terrestre ocupa el sexto lugar, el tipo más común de sal de sodio que consumimos es el cloruro sódico. Las fuentes más comunes de cloruro sódico son la sal marina, la sal lacustre y la sal gema (sal mineral).

Otras materias primas incluyen manganeso, hierro, cobalto, cobre, níquel, etc. como material del electrodo positivo, carbono, titanio, fósforo, etc. como material del electrodo negativo, y aluminio como material del colector de corriente.

La estructura de la pila de iones de sodio

Incluye principalmente cinco partes: material de electrodo positivo, material de electrodo negativo, electrolito, colector de corriente y separador.

Material del electrodo positivo

Los materiales del cátodo y el ánodo afectan a indicadores de rendimiento clave como la densidad de energía, la densidad de potencia, la vida útil y la seguridad de las baterías de Na-ion, y son fundamentales para el rendimiento de las baterías.

A diferencia de la ruta técnica del cátodo de la batería de iones de litio, existen más de 100 tipos de materiales de cátodo relacionados con la batería de iones de sodio, y la ruta técnica aún está en proceso de evolución.

Según su composición, los principales materiales catódicos para baterías de iones de sodio pueden dividirse en óxidos metálicos estratificados, compuestos polianiónicos y sistemas de compuestos similares al azul de Prusia. Dado que el sistema industrial se encuentra en la fase inicial de comercialización, todavía hay que seguir la pista al panorama competitivo, y las principales empresas relevantes siguen teniendo la ventaja de ser las primeras.

Algunos fabricantes de materiales catódicos

GEM, Betri, Huayang, Tecnología Rongbai.

Material del ánodo

A diferencia del electrodo negativo de material de grafito utilizado en las baterías de iones de litio, debido a la separación demasiado pequeña entre las capas de grafito, la intercalación de iones de sodio con un radio mayor entre las capas de grafito requiere más energía, y la desintercalación reversible no puede realizarse dentro de la ventana de potencial efectiva.

Por lo tanto, se considera que el grafito tradicional no puede utilizarse como electrodo negativo de la batería de iones de sodio. Las direcciones de investigación de los materiales anódicos para las baterías de iones de sodio incluyen el carbono duro, el carbono blando, los óxidos y aleaciones a base de titanio, etc. La investigación sobre el carbono duro es la más importante, y las actuales baterías comerciales de iones de sodio también utilizan materiales de carbono duro como electrodos negativos.

Algunos fabricantes de materiales para electrodos negativos

Ltd., Putailai, Zhongke Electric, Xiangfenghua, Beterui, Huayang Co.

Diafragma

En la actualidad, la composición del electrolito de la batería de iones de sodio basada en electrolitos orgánicos más común es muy similar a la de la batería de iones de litio, y el disolvente permanece inalterado.

Sólo se cambia la sal del soluto de hexafluorofosfato de litio a hexafluorofosfato de sodio, y el separador puede utilizar el mismo separador que la batería de iones de litio.

El separador se utiliza para aislar los electrodos positivo y negativo de las baterías de iones de sodio, evitando los fenómenos de cortocircuito y actuando al mismo tiempo como canal de iones. Estados Unidos, Japón y Corea del Sur ocupan los primeros puestos en la producción de diafragmas,

Tras años de desarrollo, la industria china de diafragmas se ha introducido gradualmente en el mercado internacional, convirtiéndose en el cuarto mayor productor de diafragmas. Los diafragmas más utilizados son:

Fabricantes de piezas de diafragma

Enjie, Xingyuan Material, Mingzhu Plastic, Jieli, Zhongxing New Material, Hongtu, Huiqiang, Zhongli, Yiteng, Yuntianhua New Rice.

Electrolito

Los electrolitos son portadores de carga iónica necesarios para que se produzcan las reacciones electroquímicas, y son la clave para mejorar las características de potencia de las baterías de Na-ion. Los electrolitos se componen principalmente de disolventes, soluciones, aditivos y similares.

El electrolito más común para las baterías de iones de sodio es un electrolito líquido orgánico. La parte de disolvente orgánico del electrolito orgánico es similar a la composición correspondiente de las baterías de iones de litio.

Algunos fabricantes de sales electrolíticas

Polifluoruro, material Godsend

Material del colector de corriente

A diferencia del litio, dado que el aluminio y el sodio no sufren reacciones de aleación a bajos potenciales, tanto los colectores de corriente del cátodo como los del ánodo de las baterías de iones de sodio pueden utilizar láminas de aluminio baratas en lugar de láminas de cobre más caras. Se considera que la lámina de aluminio del colector de corriente de la batería de iones de sodio es básicamente la misma que la de la batería de litio, y los requisitos de rendimiento son básicamente similares.

Algunos fabricantes de papel de aluminio para pilas

Dingsheng New Materials, Nanshan Aluminum Industry, Wanshun New Materials

Ratio de coste de material

Equipos de producción

Equipos de mezcla, equipos de sinterización, equipos de trituración, equipos de lavado, equipos de revestimiento, equipos de envasado, equipos de ensayo, etc.

Medio de la cadena industrial: baterías de iones de sodio

Introducción

Principio de funcionamiento

Se basa principalmente en el movimiento de iones de sodio entre el electrodo positivo y el negativo para funcionar: durante la carga, los iones de sodio se desintercalan del electrodo positivo, y nadan a través del separador en el electrolito para incrustarse en el electrodo negativo, y el electrodo negativo se encuentra en un estado rico en sodio; durante la descarga, ocurre lo contrario.

Ventaja de rendimiento

Alta densidad energética, gran seguridad de uso (puede descargarse a 0 V), protección del medio ambiente (sin plomo, cadmio, mercurio y otros elementos que contaminan el entorno), amplias fuentes de recursos y bajo coste.

Tipo de batería

Los tipos de pilas se clasifican en función de su estructura, incluyendo principalmente las pilas de paquete blando y las pilas cilíndricas; desde la clasificación de los sistemas materiales, incluyen las pilas de iones de sodio de estado sólido, las pilas de sodio-azufre, las pilas de iones de sodio a temperatura ambiente y las pilas cebra.

Producción de baterías

Debido al principio de funcionamiento de las baterías de iones de sodio y a la gran similitud de los materiales de las baterías con los de las baterías de iones de litio, el proceso y los equipos de producción de las baterías pueden reutilizarse.

Sistema de baterías

Dado que el nivel de comercialización de las baterías de iones de sodio es incipiente, existen relativamente pocos estudios sobre sistemas de baterías. CATL ha desarrollado soluciones de sistemas de baterías AB en integración de sistemas de baterías

Es decir, la batería de iones de sodio y la batería de iones de litio se mezclan y combinan en una determinada proporción, integradas en el mismo sistema de baterías, y el control del equilibrio de los distintos sistemas de baterías se realiza mediante el algoritmo preciso BMS.

Algunos fabricantes de baterías de iones de sodio

Ningde Times, Zhongke Haina, Na Innovation Energy, Penghui Energy, Sacred Sun, Mengshi Technology, Xinwangda, Shandong Zhanggu.

Fase posterior de la cadena industrial: mercado de aplicaciones

En el actual mercado de baterías secundarias, las de iones de litio son la fuerza principal y el núcleo absoluto. Basándose en el continuo crecimiento de la demanda de vehículos de nueva energía, aunque las baterías de iones de litio no tienen limitaciones de rendimiento relativamente obvias, la fuente de materias primas como el carbonato de litio y el óxido de cobalto de litio es cada vez más difícil.

Después de 2010, a medida que aumentaban el tamaño y la cantidad instalada de baterías, se hizo cada vez más difícil que los recursos de litio cubrieran la demanda. Dado que las baterías de iones de sodio tienen intrínsecamente el potencial de igualar mejor el rendimiento de las de iones de litio, se ha vuelto a impulsar la investigación sobre las de iones de sodio.

Aunque la intención original de la investigación y el desarrollo de las baterías de iones de sodio es complementar y sustituir la aplicación de las baterías de iones de litio en el campo de las baterías de potencia, la densidad energética actual de las baterías de iones de sodio no es tan buena como la de las baterías de iones de litio.

En el campo de los vehículos eléctricos de alta velocidad, la hegemonía de las baterías de iones de litio es inamovible; en cuanto al almacenamiento de energía estacionaria, debido a los bajos requisitos de volumen y calidad, las baterías de iones de sodio tienen amplias perspectivas.

Dado que la comercialización de las pilas de iones de sodio está en pañales, el análisis de las fases posteriores de la cadena industrial se centra más en las previsiones y las perspectivas.

Vehículo eléctrico

En la actualidad, las baterías de potencia de los vehículos comerciales de nueva energía son principalmente baterías de iones de litio y una pequeña cantidad de pilas de combustible. El uso de baterías de iones de sodio para vehículos eléctricos está aún en fase experimental.

Debido a la baja densidad energética de las baterías de iones de sodio, sólo pueden utilizarse en vehículos eléctricos de baja velocidad y en algunos vehículos de pasajeros de baja resistencia. Zhongke Haina ha fabricado un pack de baterías de iones de sodio de reserva para vehículos eléctricos de baja velocidad, cuyo modelo es DZ72V60Ah-6P24S.

Bicicleta eléctrica

Las baterías de iones de sodio son un sustituto de nivel superior para las baterías de plomo-ácido utilizadas en el campo de las bicicletas eléctricas, y se espera que sustituyan a las baterías de iones de litio en este campo en el futuro. Zhongke Haina fabrica dos tipos de baterías de iones de sodio para bicicletas eléctricas: DZ48V12Ah-4P16S y DZ48V12Ah-2P16S.

Almacenamiento estacionario de energía

Las baterías de Na-ion desempeñarán un papel importante en el campo del almacenamiento de energía estacionaria en el futuro. En el campo del almacenamiento de energía en Japón, ha habido aplicaciones prácticas de baterías de sodio-azufre, que son baterías de iones de sodio de alta temperatura. En cuanto a las de iones de sodio a temperatura ambiente, Zhongke Hai Na ha fabricado una batería de iones de sodio para el almacenamiento de energía, cuyo modelo es DZ48V36Ah-6P16S.

Ventajas del producto

El diámetro de la lámina de sodio es de 15,6 mm, el espesor es de 0,4~0,5 mm y la pureza es superior a 99,7%. Se utiliza especialmente para pilas de botón (2032, 2025, 2016).

El tamaño de la lámina de sodio es uniforme, la superficie es lisa y brillante, y se puede almacenar durante mucho tiempo. son inconsistentes, habrá rebabas y arañazos en la superficie, lo que afectará a la consistencia del rendimiento de la batería.

Embalaje Envío Almacenamiento

Utilizando la tecnología de envasado de protección cuádruple, la lámina de sodio se cubre con papel de aluminio por un lado, que actúa como soporte y colector de corriente, y también desempeña la función de proteger el sodio. Además, ambos lados están cubiertos con una película protectora, que puede proteger la lámina de sodio y evitar la oxidación.

Ponga los copos de sodio en botellas de plástico, luego póngalos en bolsas de plástico de aluminio, y después póngalos en latas de hierro para almacenarlos, de modo que se garantice la conservación y la seguridad a largo plazo.

Descripciones y recomendaciones de productos

1. Retire la película protectora de la superficie (ambas caras) de la lámina de sodio y utilícela. Una cara del papel de aluminio es una película protectora azul, y una cara de la lámina de sodio es una película protectora transparente, que puede facilitar la observación de la superficie de la lámina de sodio.

2. En primer lugar, despegue la película protectora azul de un lado del papel de aluminio y, a continuación, despegue la película protectora transparente del lado de la lámina de sodio, y sujete primero toda la lámina de sodio con unas pinzas planas ensanchadas, de modo que la lámina de sodio no se deforme gravemente al despegar la película.

3. A continuación, utilice unas pinzas con punta de acero inoxidable o unas pinzas de punta redonda para sujetar una punta en el borde de la lámina de sodio y tire de ella hacia fuera, hacia arriba, y luego extiéndala a lo largo del borde, y después retire la lámina protectora, y podrá retirar toda la lámina. Al instalar la pila, la lámina de aluminio queda orientada hacia la caja de la pila y la lámina de sodio hacia el separador para montar la pila de botón.