Présentation de la chaîne industrielle des batteries sodium-ion

Panorama de la chaîne industrielle des batteries sodium-ion

Les batteries Na-ion sont apparues au début des années 1980, puis, en raison des meilleures performances des batteries lithium-ion, la recherche sur les batteries sodium-ion a stagné.

Après 2010, avec l'augmentation de la demande dans le domaine des batteries d'énergie, l'offre de matériaux pour les batteries lithium-ion est insuffisante, et la recherche sur les batteries sodium-ion à température ambiante est réapparue.

En fonction des différents scénarios d'application, les batteries sodium-ion peuvent être principalement divisées en batteries de puissance et en batteries de stockage d'énergie. Par rapport au niveau de commercialisation des batteries lithium-ion matures.

La commercialisation des batteries sodium-ion n'en est qu'à ses débuts. Seules quelques entreprises ont procédé à une commercialisation préliminaire des batteries sodium-ion, et une chaîne industrielle complète et mature n'a pas encore été formée.

En amont de la chaîne industrielle

Matières premières pour batteries

Les batteries sodium-ion fonctionnant de la même manière que les batteries lithium-ion, de nombreux matériaux et processus peuvent être réutilisés, même du point de vue des matières premières.

En termes de matières premières, la première et la plus évidente différence entre les batteries sodium-ion et les batteries lithium-ion est la différence entre les ions de travail. Les batteries lithium-ion utilisent généralement du carbonate de lithium comme matière première, tandis que les matériaux de cathode des batteries sodium-ion sont actuellement synthétisés en laboratoire.

Les sources de sodium sont très variées : carbonate de sodium, bicarbonate de sodium, acétate de sodium, oxalate de sodium, citrate de sodium, nitrate de sodium, hydroxyde de sodium et même, à l'occasion, le sodium métal,

Toutefois, la production industrielle à grande échelle est soumise à certaines exigences en matière de coût, de sécurité des processus, d'acidité et d'alcalinité, et le carbonate de sodium (c'est-à-dire le carbonate de soude) est le plus susceptible de devenir la matière première de la production industrielle.

D'autres matériaux présentent plus ou moins de défauts en raison de leur coût, de leur sécurité ou d'indicateurs physiques et chimiques. Contrairement à la distribution mondiale inégale et rare des ressources en lithium, les ressources en sodium sont largement distribuées dans le monde, et son abondance dans l'écorce terrestre se classe au sixième rang, le type de sel de sodium le plus courant que nous consommons étant le chlorure de sodium. Les sources les plus courantes de chlorure de sodium sont le sel de mer, le sel de lac et le sel gemme (sel minéral).

Les autres matières premières comprennent le manganèse, le fer, le cobalt, le cuivre, le nickel, etc. comme matériau d'électrode positive, le carbone, le titane, le phosphore, etc. comme matériau d'électrode négative, et l'aluminium comme matériau de collecteur de courant.

La structure de la batterie à ions sodium

Il comprend principalement cinq parties : le matériau de l'électrode positive, le matériau de l'électrode négative, l'électrolyte, le collecteur de courant et le séparateur.

Matériau de l'électrode positive

Les matériaux de la cathode et de l'anode influencent les indicateurs de performance clés tels que la densité énergétique, la densité de puissance, la durée de vie et la sécurité des batteries Na-ion, et sont essentiels à la performance des batteries.

Contrairement à l'itinéraire technique de la cathode des batteries lithium-ion, il existe plus de 100 types de matériaux de cathode pour les batteries sodium-ion, et l'itinéraire technique est encore en cours d'évolution.

En fonction de leur composition, les matériaux cathodiques pour batteries sodium-ion peuvent être divisés en oxydes métalliques stratifiés, en composés polyanioniques et en systèmes de composés de type bleu de Prusse. Étant donné que le système industriel n'en est qu'au stade initial de la commercialisation, le paysage concurrentiel doit encore être suivi, et les entreprises leaders concernées ont toujours l'avantage du premier arrivant.

Quelques fabricants de matériaux cathodiques

GEM, Betri, Huayang, Rongbai Technology.

Matériau de l'anode

Contrairement à l'électrode négative en graphite utilisée dans les batteries lithium-ion, en raison de l'espacement trop faible entre les couches de graphite, l'intercalation d'ions sodium avec un rayon plus grand entre les couches de graphite nécessite plus d'énergie, et la désintercalation réversible ne peut pas être effectuée dans la fenêtre de potentiel efficace.

On considère donc que le graphite traditionnel ne peut pas être utilisé comme électrode négative d'une batterie sodium-ion. Les directions de recherche des matériaux d'anode pour les batteries sodium-ion comprennent le carbone dur, le carbone mou, les oxydes et alliages à base de titane, etc. La recherche sur le carbone dur est la plus importante, et les batteries sodium-ion commerciales actuelles utilisent également des matériaux à base de carbone dur comme électrodes négatives.

Certains fabricants de matériaux pour électrodes négatives

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

Diaphragme

Actuellement, la composition de l'électrolyte de la batterie sodium-ion à base d'électrolyte organique la plus courante est très similaire à celle de la batterie lithium-ion, et le solvant reste inchangé.

Seul le sel soluté passe de l'hexafluorophosphate de lithium à l'hexafluorophosphate de sodium, et le séparateur peut être le même que celui de la batterie lithium-ion.

Le séparateur est utilisé pour isoler les électrodes positives et négatives des batteries sodium-ion, afin d'éviter les phénomènes de court-circuit, tout en jouant le rôle de canal ionique. Les États-Unis, le Japon et la Corée du Sud occupent la première place dans la production de diaphragmes,

Après des années de développement, l'industrie chinoise des membranes est progressivement entrée sur le marché international, devenant le quatrième producteur de membranes. Les membranes les plus couramment utilisées sont les suivantes

Fabricants de pièces de membrane

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

Électrolyte

Les électrolytes sont des porteurs de charge ioniques nécessaires pour que les réactions électrochimiques se produisent, et ils sont essentiels pour améliorer les caractéristiques de puissance des batteries Na-ion. Les électrolytes sont principalement composés de solvants, de solutions, d'additifs, etc.

L'électrolyte le plus courant pour les batteries sodium-ion est un électrolyte liquide organique. La partie solvant organique de l'électrolyte organique est similaire à la composition correspondante des batteries lithium-ion.

Quelques fabricants de sels d'électrolyte

Le polyfluorure, un matériau d'exception

Matériau du collecteur de courant

Contrairement au lithium, l'aluminium et le sodium ne subissant pas de réactions d'alliage à des potentiels faibles, les collecteurs de courant de la cathode et de l'anode des batteries sodium-ion peuvent utiliser des feuilles d'aluminium bon marché au lieu de feuilles de cuivre plus coûteuses. On estime que la feuille d'aluminium du collecteur de courant de la batterie sodium-ion est fondamentalement la même que celle de la batterie lithium, et que les exigences de performance sont fondamentalement similaires.

Certains fabricants de feuilles d'aluminium pour batteries

Dingsheng New Materials, Nanshan Aluminum Industry, Wanshun New Materials

Ratio de coût des matériaux

Équipements de production

Équipement de mélange, équipement de frittage, équipement de concassage, équipement de lavage, équipement de revêtement, équipement d'emballage, équipement d'essai, etc.

Milieu de la chaîne industrielle : batteries sodium-ion

Introduction

Principe de fonctionnement

Son fonctionnement repose principalement sur le mouvement des ions sodium entre l'électrode positive et l'électrode négative : pendant la charge, les ions sodium sont désintercalés de l'électrode positive et traversent le séparateur dans l'électrolyte pour s'incorporer à l'électrode négative, qui se trouve alors dans un état riche en sodium ; pendant la décharge, c'est l'inverse qui se produit.

Avantage en termes de performances

Densité énergétique élevée, grande sécurité d'utilisation (possibilité de décharge à 0V), protection de l'environnement (sans plomb, cadmium, mercure et autres éléments qui polluent l'environnement), vastes sources de ressources et faible coût.

Type de batterie

Les types de cellules sont classés en fonction de leur structure, notamment les piles souples et les piles cylindriques ; en ce qui concerne la classification des systèmes de matériaux, ils comprennent les piles sodium-ion à l'état solide, les piles sodium-soufre, les piles sodium-ion à température ambiante et les piles zébra.

Production de piles

En raison du principe de fonctionnement des batteries sodium-ion et de la grande similitude des matériaux des batteries avec ceux des batteries lithium-ion, le processus et l'équipement de production des batteries peuvent être réutilisés.

Système de batterie

La commercialisation des batteries sodium-ion n'en étant qu'à ses débuts, il existe relativement peu d'études sur les systèmes de batteries. CATL a développé des solutions de systèmes de batteries AB dans le domaine de l'intégration des systèmes de batteries.

En d'autres termes, la batterie sodium-ion et la batterie lithium-ion sont mélangées et assorties dans une certaine proportion, intégrées dans le même système de batterie, et le contrôle de l'équilibre des différents systèmes de batterie est effectué par le biais de l'algorithme précis du système de gestion des bâtiments.

Certains fabricants de batteries sodium-ion

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

En aval de la chaîne industrielle : le marché des applications

Sur le marché actuel des batteries secondaires, les batteries lithium-ion constituent la force principale et le cœur du marché. En raison de la croissance continue de la demande de véhicules à énergie nouvelle, bien que les batteries lithium-ion n'aient pas de limites de performance évidentes, la source de matières premières telles que le carbonate de lithium et l'oxyde de cobalt de lithium devient de plus en plus difficile.

Après 2010, avec l'augmentation de la taille et de la quantité installée des batteries, il est devenu de plus en plus difficile pour les ressources en lithium de répondre à la demande. Les batteries sodium-ion étant intrinsèquement capables d'égaler les performances des batteries lithium-ion, la recherche sur les batteries sodium-ion a été réintroduite.

Bien que l'objectif initial de la recherche et du développement des batteries sodium-ion soit de compléter et de remplacer les applications des batteries lithium-ion dans le domaine des batteries d'énergie, la densité énergétique actuelle des batteries sodium-ion n'est pas aussi bonne que celle des batteries lithium-ion.

Dans le domaine des véhicules électriques à grande vitesse, la domination des batteries lithium-ion ne peut être ébranlée à l'heure actuelle ; en ce qui concerne le stockage stationnaire de l'énergie, les batteries sodium-ion ont de vastes perspectives en raison de leurs faibles exigences en matière de volume et de qualité.

La commercialisation des batteries sodium-ion n'en étant qu'à ses débuts, l'analyse de l'aval de la chaîne industrielle relève davantage de la prévision et de la prospective.

Véhicule électrique

À l'heure actuelle, les batteries d'alimentation des véhicules commerciaux à énergie nouvelle sont principalement des batteries lithium-ion et une petite quantité de piles à combustible. L'utilisation de batteries sodium-ion pour les véhicules électriques en est encore au stade expérimental.

En raison de leur faible densité énergétique, les batteries sodium-ion ne peuvent être utilisées que dans les véhicules électriques à faible vitesse et dans certains véhicules de tourisme à faible endurance. Zhongke Haina a produit une batterie de secours sodium-ion pour les véhicules électriques à faible vitesse, le modèle est DZ72V60Ah-6P24S.

Vélo électrique

Les batteries sodium-ion sont un substitut de haut niveau aux batteries plomb-acide utilisées dans le domaine des bicyclettes électriques et devraient remplacer les batteries lithium-ion dans ce domaine à l'avenir. Zhongke Haina produit deux types de batteries sodium-ion pour les vélos électriques : DZ48V12Ah-4P16S et DZ48V12Ah-2P16S.

Stockage d'énergie stationnaire

Les batteries Na-ion joueront un rôle important dans le domaine du stockage stationnaire de l'énergie à l'avenir. Dans le domaine du stockage de l'énergie au Japon, il y a eu des applications pratiques de batteries sodium-soufre, qui sont des batteries sodium-ion à haute température. En ce qui concerne les batteries sodium-ion à température ambiante, Zhongke Hai Na a produit une batterie sodium-ion pour le stockage de l'énergie, dont le modèle est DZ48V36Ah-6P16S.

Avantages du produit

Le diamètre de la feuille de sodium est de 15,6 mm, l'épaisseur est de 0,4~0,5 mm et la pureté est supérieure à 99,7%. Elle est spécialement utilisée pour les piles boutons (2032, 2025, 2016).

La taille de la feuille de sodium est uniforme, la surface est lisse et brillante, et elle peut être stockée pendant longtemps. Les feuilles de sodium ne sont pas uniformes, il y aura des bavures et des rayures sur la surface, ce qui affectera l'uniformité des performances de la batterie.

Emballage Expédition Stockage

Grâce à la technologie d'emballage à quadruple protection, la feuille de sodium est recouverte d'une feuille d'aluminium d'un côté, qui agit comme un support et un collecteur de courant, et joue également le rôle de protection du sodium. En outre, les deux faces sont recouvertes d'un film protecteur, qui peut protéger la feuille de sodium et éviter l'oxydation.

Les flocons de sodium sont placés dans des bouteilles en plastique, puis dans des sacs en plastique en aluminium et enfin dans des boîtes en fer pour le stockage, afin d'assurer une conservation et une sécurité à long terme.

Description des produits et recommandations

1. Retirer le film protecteur sur la surface (les deux côtés) de la feuille de sodium et l'utiliser. Une face de la feuille d'aluminium est un film protecteur bleu, et une face de la feuille de sodium est un film protecteur transparent, ce qui peut faciliter l'observation de la surface de la feuille de sodium.

2. Retirer d'abord le film protecteur bleu d'un côté de la feuille d'aluminium, puis le film protecteur transparent du côté de la feuille de sodium, et serrer d'abord toute la feuille de sodium avec une pince plate élargie, afin que la feuille de sodium ne soit pas gravement déformée lors du retrait du film.

3. Utiliser ensuite une pince à épiler pointue en acier inoxydable ou une pince à épiler à bout rond pour fixer un point sur le bord de la feuille de sodium et la tirer vers l'extérieur, en commençant par l'étendre le long du bord, puis retirer le film protecteur, et l'ensemble du film peut être retiré. Lors de l'installation de la pile, la feuille d'aluminium est orientée vers le boîtier de la pile et la feuille de sodium vers le séparateur pour assembler la pile bouton.