
1.Introduction aux informations de base
Batteries sodium-ion sont des batteries rechargeables qui reposent principalement sur le mouvement des ions sodium (Na+) entre les électrodes positive et négative pour fonctionner, similaire au principe de fonctionnement des batteries lithium-ion. Pendant le processus de charge et de décharge, le Na+ fait la navette entre les deux électrodes : pendant la charge, le Na+ est désintercalé de l’électrode positive et intercalé dans l’électrode négative à travers l’électrolyte, et pendant la décharge, le processus est inversé.
Recherche surBatterie sodium-iona commencé vers les années 1980. Dans les premiers stades, les matériaux d’électrode tels que MoS2, TiS2 et NaxMO2 ont montré des performances électrochimiques insatisfaisantes, ce qui a entraîné une lenteur des progrès du développement. Trouver des matériaux d’électrode appropriés pour le stockage des ions sodium est l’un des principaux défis pour les applications pratiques de Batteries sodium-ion.Depuis 2010, une série de matériaux d’électrodes positives et négatives a été conçue et développée sur la base des caractéristiques de Batteries sodium-ion, conduisant à des améliorations significatives de la capacité et de la durée de vie. Des matériaux tels que le carbone dur pour l’électrode négative, les métaux de transition et leurs alliages, et des matériaux tels que les composés polyanioniques, les analogues du bleu de Prusse et les oxydes pour l’électrode positive, en particulier le NaxMO2 stratifié (M=Fe, Mn, Co, V, Ti) et ses dérivés binaires et ternaires, ont démontré une excellente capacité de charge et de décharge et une stabilité de cycle.

2.La situation actuelle de l’industrie des batteries au sodium
En termes de processus de production, la fabrication deBatteries sodium-ion est similaire à celui des batteries lithium-ion. Il s’agit principalement de la fabrication d’électrodes (préparation de boues pour électrodes positives et négatives, séchage, revêtement, calandrage, refendage......), de l’assemblage de cellules (laminage, découpe, bobinage/empilage, étanchéité......), des essais (formation, classement de capacité, etc.). La principale différence réside dans le fait queBatteries sodium-ion Peut utiliser une feuille d’aluminium comme collecteur de courant pour l’électrode négative, ce qui permet aux électrodes positives et négatives d’utiliser les mêmes languettes en aluminium, simplifiant ainsi les processus connexes tels que le soudage des languettes. Par conséquent, les lignes de production d’assemblage de batteries lithium-ion existantes peuvent être légèrement modifiées pour produire Batteries sodium-ionet le coût de la transition versBatterie sodium-ion La production est relativement faible.
3.Avantages et inconvénients de Piles au sodium:
Avantage 1 : Des ressources abondantes
• Ressources abondantes en sodium : Le sodium est abondant dans la croûte terrestre, avec une abondance de 2,3 %, se classant au sixième rang des éléments les plus abondants, nettement supérieur au lithium, qui a une abondance de 0,0017 %. Selon les experts, les ressources de lithium actuellement explorées dans le monde ne peuvent répondre à la demande de 1,48 milliard de véhicules électriques, ce qui souligne la pression croissante de la rareté des ressources en lithium avec l’accélération de l’électrification mondiale.
• Répartition plus uniforme des ressources en sodium : Selon le rapport 2019 de l’United States Geological Survey, trois pays d’Amérique du Sud, l’Argentine, le Chili et la Bolivie, détiennent 52,10 % des ressources mondiales de lithium, tandis que les ressources en lithium de la Chine ne représentent que 7,26 %, ce qui indique une répartition très inégale des ressources. La Chine dépend des importations pour plus de 60 % des matières premières dont elle a besoin, ce qui entraîne un niveau élevé de dépendance extérieure. En revanche, le sodium est largement présent sous forme de sels dans les environnements terrestres et marins, ce qui le rend facilement accessible.

Avantage 2 : Faible coût
Les avantages en termes de coûtsBatteries sodium-ion se reflètent principalement dans les aspects suivants :Les sels de sodium remplacent les sels de lithium. Le prix du sodium métallique est de 19 000 CNY par tonne et le prix du carbonate de sodium est de 3 000 CNY par tonne, ce qui est nettement inférieur aux 2,98 millions CNY par tonne pour le lithium métallique et aux 484 000 CNY par tonne pour le carbonate de lithium. Les prix des matières premières sont beaucoup moins chers.
La feuille d’aluminium remplace la feuille de cuivre. En supposant que la feuille de cuivre coûte 110 000 CNY la tonne et la feuille d’aluminium 40 000 CNY la tonne, et en supposant que 1 GWh de batteries au lithium nécessite 622 tonnes de feuille de cuivre et 400 tonnes de feuille d’aluminium, tandis que 1 GWh deBatterie sodium-ions nécessite 800 tonnes de feuille d’aluminium, le coût du collecteur de courant unique Wh pour les batteries au lithium est de 0,084 CNY, et pour les batteries au sodium, il est de 0,032 CNY, ce qui entraîne une réduction des coûts de 0,052 CNY/Wh.
L’anode en graphite devrait être remplacée par du charbon anthracite pour réduire les coûts. Selon les données de Hina Sodium, le coût des matériauxBatteries sodium-ion est d’environ 0,37 CNY / Wh, ce qui est nettement mieux que les systèmes de batteries au phosphate de fer et au lithium ternaire.
Avantage 3 : haute sécurité
Batterie sodium-ion Possèdent des performances de sécurité supérieures par rapport aux autres types de batteries :•Batteries sodium-ion ont une résistance interne plus élevée, ce qui se traduit par des courants plus faibles lors des courts-circuits et un échauffement moins instantané.
• La tension standard du lithium est plus élevée, ce qui le rend plus susceptible de perdre des électrons dans une solution aqueuse. DoncBatteries sodium-ion présentent une plus grande stabilité.
• Après avoir subi des tests tels que court-circuit, perforation et compression,Batteries sodium-ion ne montrent aucun signe d’inflammation ou d’explosion. D’autre part, les batteries lithium-ion sont susceptibles de se décharger trop, ce qui entraîne la dissolution des feuilles de cuivre et une décroissance irréversible de la capacité.Batteries sodium-ion ne rencontrent pas de problèmes de décharge excessive, car l’électrode positive peut être déchargée à 0V sans affecter l’utilisation ultérieure, améliorant ainsi la sécurité de la batterie pendant le stockage et le transport. De plus Batteries sodium-ion ont tendance à se passiver et à se désactiver lors de l’emballement thermique, ce qui se traduit par de meilleures performances de sécurité lors des tests de sécurité.
Avantage 4 : Excellentes performances à basse température et capacité de cadence élevée
• Capacité à haut débit :Batteries sodium-ion présentent une excellente énergie de solvatation inférieure à celle des batteries lithium-ion, ce qui conduit à une plus grande capacité de diffusion des ions d’interface. Le rayon de Stokes plus petit des ions sodium, combiné à une conductivité ionique plus élevée des électrolytes de sel de sodium à la même concentration par rapport aux électrolytes de sel de lithium, se traduit par de meilleures performances de charge rapide. Selon les données de CATL,Batteries sodium-ion peuvent charger jusqu’à 80 % en 15 minutes, tandis que Hina Sodium affirme que ses batteries peuvent atteindre 90 % de charge en 12 minutes, les deux surpassant considérablement le temps de charge de 30 minutes à 80 % pour les batteries lithium-ion normales.
• Excellentes performances à basse température : la conductivité ionique élevée Batteries sodium-ion Permet de réduire les besoins en concentration d’électrolyte, ce qui se traduit par une viscosité d’électrolyte plus faible à basse température par rapport aux batteries lithium-ion. Cela améliore globalement les performances de la batterie à basse température.Batteries sodium-ion peut fonctionner dans une plage de température normale de -40 °C à 80 °C, et certains produits peuvent maintenir environ 88 % de leur capacité à -20 °C, ce qui est nettement mieux que la rétention de capacité de 60 à 70 % des batteries LFP à la même température.
Inconvénients : La durée de vie du cycle et la densité d’énergie doivent être améliorées
• Durée de vie : Actuellement, la durée de vie globale du cycleBatteries sodium-ionest d’environ 2000 cycles, légèrement inférieur aux batteries LFP. Il y a encore un certain écart par rapport à certaines batteries LFP utilisées dans les applications de stockage d’énergie, qui peuvent dépasser 5000 cycles.
• Densité d’énergie : La densité d’énergie desBatterie sodium-ioncellules d’entreprises comme Natrium Innovations est supérieure à 130 Wh/kg, tandis que d’autres entreprises comme LiFun Energy ont atteint 140 Wh/kg et que les produits de Hina Sodium ont une densité d’énergie de 145 Wh/kg. Cependant, il est encore possible d’optimiser davantage la densité énergétique deBatteries sodium-ion.
Batterie sodium-ion Scénarios d’application :
