Analyse des difficultés rencontrées dans la production de masse des batteries sodium-ion

Dans le tableau périodique chimique, l'élément sodium est situé juste en dessous de l'élément lithium, et les éléments ainsi positionnés ont des propriétés similaires. En outre, les ions sodium présentent un énorme avantage, à savoir l'avantage des réserves de ressources. Il est évident que la popularisation des nanobatteries peut contrecarrer l'augmentation du prix des mines de lithium. Les batteries au sodium sont-elles fiables ? Combien de temps faudra-t-il pour que les batteries au sodium fassent l'objet d'une production de masse ?

Le stade de développement de la batterie sodium-ion

Pour fabriquer une batterie au sodium, il faut d'abord trouver un matériau d'électrode à ions sodium approprié. Cependant, les performances électrochimiques de plusieurs matériaux (MoS2, TiS2 et NaxMO2) conçus et développés à un stade précoce ne sont pas idéales. En revanche, les matériaux des batteries lithium-ion ont trouvé plusieurs bons matériaux (LCO, LFP et NCM) à développer rapidement, de sorte que le développement des batteries au sodium est très lent.

En 2010, le développement de la science des matériaux a également apporté de nouvelles opportunités aux batteries sodium-ion. En combinant les caractéristiques des batteries sodium-ion, une série de matériaux positifs et anodiques ont été développés, ce qui a permis d'améliorer considérablement la capacité et la durée de vie. À cette époque, les batteries sodium-ion ont commencé à faire l'objet d'une grande attention de la part des cercles universitaires et industriels mondiaux, et la recherche qui s'y rapporte a connu une croissance explosive.

Cependant, les batteries sodium-ion en sont encore au premier stade de l'industrialisation dans son ensemble, et il y a encore une certaine distance à parcourir avant la production de masse. À l'heure actuelle, il existe de nombreuses entreprises dans le monde, telles que : British FARADION, American Natron Energy, French Tiamat, Toyota, Panasonic, etc. La Chine fabricants de batteries sodium-ion comprennent : CATL, Sunwoda et d'autres entreprises, qui réalisent les aménagements nécessaires à l'industrialisation des batteries sodium-ion.

Voie de développement et difficultés des batteries sodium-ion

● Matériaux de cathode pour les batteries sodium-ion

Il existe trois principaux types de matériaux cathodiques pour les batteries sodium-ion : les oxydes, les polyanions et le bleu de Prusse. Chacune de ces trois voies a ses propres atouts :

● La méthode de préparation du système d'oxyde en couches est simple, mais sa stabilité dans l'air est médiocre.
● Le système de polyanion présente de bonnes performances en termes de taux et de cycle, mais la conductivité est généralement médiocre.
● Les composés de bleu de Prusse présentent une bonne stabilité structurelle et une bonne performance en termes de taux, mais la complexité du processus de traitement pose problème.

À l'heure actuelle, la maturité de la méthode de l'oxyde stratifié en tant que matériau cathodique est relativement élevée, et l'on s'attend à ce qu'elle soit la première à réaliser l'industrialisation. Le type de bleu de Prusse a un faible coût, une capacité spécifique et une densité énergétique élevées, d'excellentes performances en termes de taux et un grand potentiel pour l'avenir. Cependant, le cyanure de sodium en amont des composés de bleu de Prusse est un produit chimique dangereux avec des barrières à l'entrée élevées.

● Matériaux d'anode pour les batteries sodium-ion

Étant donné que le rayon des ions sodium est beaucoup plus grand que celui des ions lithium, les matériaux en graphite largement utilisés dans les piles au lithium ont de mauvaises performances en matière de stockage du sodium en tant que matériaux d'anode. Le carbone amorphe, qui est le matériau d'anode le plus prometteur, ne sera pas abordé pour l'instant. En ce qui concerne les matières premières, il reste des défis à relever en matière de contrôle des coûts des matériaux, et le problème clé se situe encore au stade des investissements précoces, qui nécessitent une production à grande échelle.

Contrairement au système de batterie au lithium, la cathode et l'anode des batteries sodium-ion et d'autres liens matériels n'ont pas encore été produits en masse et vérifiés, et l'appariement n'est pas encore entré dans l'approvisionnement à grande échelle, et le coût des matériaux est difficile à contrôler. Les performances des matériaux liés aux batteries sodium-ion doivent encore être améliorées, et le niveau actuel des produits est similaire à celui des batteries au lithium en 2013-2015.

● Processus de fabrication des batteries sodium-ion

Les caractéristiques chimiques des ions sodium étant très proches de celles des batteries lithium-ion, les batteries sodium-ion suivent essentiellement les batteries lithium-ion en termes d'apparence, de conception structurelle et de processus de production et d'emballage. L'apparence se divise grosso modo en trois catégories : le cylindre, la pochette et le boîtier rigide carré. Par conséquent, la production de batteries sodium-ion peut être directement adaptée à la ligne de production de batteries lithium-ion existante, ce qui permet également de remplacer les batteries au lithium par une production de masse de batteries sodium-ion.

Cependant, du point de vue du processus de fabrication, la technologie mature, la stabilité de la qualité du produit et le taux de rendement des batteries sodium-ion ont encore besoin de temps pour être améliorés afin d'améliorer les performances clés des batteries sodium-ion.

Nœud temporel de l'industrie des batteries sodium-ion

Par rapport aux batteries lithium-ion, bien que les batteries sodium-ion soient encore à 7 ou 8 ans de la production de masse, CATL, en tant qu'entreprise leader dans le domaine des batteries lithium-ion, est en mesure d'offrir des services de qualité à ses clients. entreprises de batteries d'énergie dans le monde planifie déjà des batteries sodium-ion. En plaçant le matériau électrique à base de sodium directement dans la cellule de la batterie d'origine, il est possible de couvrir les densités d'énergie volumétrique des batteries suivantes : 300-380Wh/L, 380-500Wh/L.

En d'autres termes, avec la taille actuelle du pack, les voitures de tourisme purement électriques peuvent répondre aux besoins d'une autonomie de moins de 400 kilomètres après avoir été remplacées par des batteries sodium-ion. Elles peuvent également continuer à améliorer la densité énergétique du système de batterie grâce à la technologie de batterie AB, à la combinaison lithium-sodium et à des avantages complémentaires. Elle devrait être étendue aux modèles dont la batterie a une autonomie de 500 kilomètres, ce qui représente environ 65% du marché de l'automobile.

Conclusion

Selon certains professionnels, l'année 2023 est encore relativement difficile, car c'est l'année de l'explosion des batteries sodium-ion. Bien que tout le monde ait de grandes attentes, objectivement, il y a au moins trois difficultés pour parvenir à une production de masse de batteries sodium-ion :

● L'expansion des matériaux en amont nécessite un cycle.
● La production de batteries sodium-ion doit également être vérifiée étape par étape.
● Les batteries sodium-ion doivent être testées en hiver et en été, et les constructeurs automobiles doivent accumuler davantage de données.