Le processus de fabrication des batteries sodium-ion peut généralement être divisé en plusieurs étapes clés : préparation des matières premières, matériaux de cathode et d'anode l production, électrolyte et séparateur Préparation, fabrication des électrodes, assemblage des cellules, et test et inspection du produit fini. Comparées au processus de production des batteries lithium-ion, les batteries sodium-ion diffèrent par le choix des matières premières et certaines étapes du procédé, mais le flux de travail global est similaire. Leurs formes d'emballage sont similaires (cylindrique, sachet, coques prismatiques en aluminium, etc.), leurs procédés de production se chevauchent largement et leurs lignes de production sont compatibles (y compris la fabrication des électrodes et l'assemblage des cellules). La principale différence réside dans la possibilité pour les batteries sodium-ion d'utiliser une feuille d'aluminium comme collecteur de courant anodique, ce qui permet de connecter les languettes de cathode et d'anode à l'aide de languettes en aluminium. Cela simplifie le soudage des languettes.

Préparation des matières premières

Les principales matières premières des batteries sodium-ion comprennent les matériaux de cathode, les matériaux d'anode, l'électrolyte, les séparateurs et les boîtiers. Le choix et la qualité de ces matériaux ont un impact direct sur les performances et la durée de vie de la batterie.

Matériaux de cathode et d'anode sont les composants principaux des batteries sodium-ion, et leurs différences de performances déterminent la densité énergétique et l'efficacité de charge-décharge de la batterie.

Électrolyte sert de support au transport des ions sodium dans la batterie.

Séparateurs sont utilisés pour isoler la cathode et l'anode, évitant ainsi les courts-circuits.

Batterie cas sont des composants essentiels qui protègent la structure de la batterie et garantissent l'intégrité de l'étanchéité.

Préparation du matériau de la cathode

Le matériau de cathode est un composant essentiel des batteries sodium-ion. Parmi les matériaux cathodiques couramment utilisés figurent les composés polyanioniques, les oxydes lamellaires et les analogues du bleu de Prusse. Parmi ceux-ci, les matériaux cathodiques polyanioniques sont devenus un centre de recherche en raison de leur structure stable et de leurs excellentes performances en cyclage. Les méthodes de synthèse incluent les réactions à l'état solide, les procédés sol-gel et les méthodes hydrothermales. Les performances électrochimiques des matériaux cathodiques peuvent être améliorées en optimisant les conditions de synthèse et en utilisant des modifications de dopage.

Préparation du matériau d'anode

Commun matériaux d'anode Les matériaux à base de carbone et les alliages sont inclus. Les matériaux à base de carbone, reconnus pour leur conductivité et leur stabilité élevées, sont largement utilisés dans les batteries sodium-ion. Des méthodes de préparation telles que la pyrolyse et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sont employées, suivies de procédés de revêtement et de séchage. Les performances électrochimiques des matériaux d'anode peuvent être améliorées en contrôlant la structure des pores et la surface spécifique.

Préparation de l'électrolyte et du séparateur

La composition de l'électrolyte influence directement la conductivité ionique et la stabilité de la batterie. L'électrolyte est principalement composé d'un soluté, d'un solvant et d'additifs. — Généralement des sels de sodium dissous dans des solvants organiques. Les solvants courants comprennent les esters et les éthers, tandis que les additifs comprennent principalement des agents filmogènes, des retardateurs de flamme et des agents de protection contre les surcharges, qui servent à protéger les matériaux des électrodes.

Le séparateur est l'un des composants clés de la batterie, et ses performances ont un impact significatif sur la sécurité et la durée de vie. Les matériaux du séparateur, généralement des membranes microporeuses, sont polyéthylène (PE) ou polypropylène (PP) , sont préparés par extrusion ou étirage. Ces matériaux présentent une excellente stabilité chimique et une excellente résistance mécanique, garantissant une perméabilité efficace de l'électrolyte et la sécurité de la batterie, tout en prévenant efficacement les courts-circuits internes.

Fabrication d'électrodes

La fabrication d’électrodes est une étape critique dans la production de batteries sodium-ion, comprenant des processus tels que le revêtement, le calandrage, la découpe et l’empilage/enroulement.

l Revêtement

Les matériaux de la cathode et de l'anode sont déposés séparément sur des feuilles métalliques. Le processus de revêtement comprend la préparation de la pâte, l'application du revêtement et le séchage. L'uniformité et l'épaisseur du revêtement influencent directement la capacité et les performances de la batterie.

l Pression de roulement

Après le revêtement, les matériaux d'électrodes sont soumis à un calandrage afin d'améliorer leur densité et leur conductivité. Des paramètres tels que la pression, la vitesse et la température doivent être contrôlés avec précision pendant le calandrage. La pression appliquée assure une liaison plus étroite des matériaux d'électrodes, améliorant ainsi leur résistance mécanique et leur conductivité.

l Coupe

La précision de la découpe a un impact significatif sur l'assemblage et les performances électriques des batteries. Après le calandrage, les matériaux des électrodes sont découpés aux dimensions spécifiées à l'aide d'équipements de découpe de haute précision afin de garantir la cohérence dimensionnelle lors des processus d'empilage ou de bobinage ultérieurs.

l Empilage/Enroulement

Selon la conception de la batterie, les matériaux d'électrodes coupés et les séparateurs sont assemblés par empilement ou enroulement :

Empilage est utilisé pour les batteries prismatiques, où l'empilement en couches de matériaux de cathode/anode et de séparateurs forme le noyau de la cellule.

Enroulement est appliqué aux batteries cylindriques, où la spirale continue des électrodes et des séparateurs crée une structure cellulaire enroulée.

La précision de l'alignement et le contrôle de la tension lors de l'empilage/enroulement sont des facteurs clés pour garantir des performances optimales de la batterie.

Encapsulation et assemblage de batteries

l Processus d'encapsulation

Le processus d'encapsulation comprend l'insertion de la cellule centrale, le scellage, l'injection d'électrolyte et le thermoscellage. Le contrôle qualité pendant l'encapsulation est essentiel et doit respecter scrupuleusement les spécifications du procédé.

- Tout d’abord, le matériau d’encapsulation est étroitement lié au noyau de la cellule à l’aide de méthodes telles que le pressage à chaud et le soudage par ultrasons.

- Ensuite, l’électrolyte est injecté uniformément dans le noyau de la cellule à l’aide d’un équipement de remplissage de précision.

- Enfin, le matériau d’encapsulation est chauffé pour former une structure hermétiquement fermée.

l Assemblage de batterie

L'assemblage d'une batterie implique la sélection du type d'encapsulation, le choix des matériaux et la mise en œuvre d'un contrôle qualité tout au long du processus. Les types d'encapsulation les plus courants incluent les configurations en sachet, en boîtier rigide et cylindrique, le choix s'effectuant en fonction de l'application et des exigences de performance.

l Types d'encapsulation

- Encapsulation de pochette : utilise un film aluminium-plastique pour l'étanchéité, offrant des propriétés légères et flexibles, ce qui le rend adapté aux appareils portables et aux batteries d'alimentation.

- Encapsulation de boîtier rigide : utilise un boîtier métallique pour l'étanchéité, offrant une excellente résistance mécanique et une excellente protection, idéale pour les systèmes automobiles et de stockage d'énergie.

- Encapsulation cylindrique : combine un boîtier métallique avec des électrodes enroulées, dotées d'une technologie mature et de performances stables, largement utilisées dans les petits appareils électroniques et les batteries d'alimentation.

l Matériaux d'encapsulation

Le choix des matériaux prend en compte la résistance chimique, thermique et mécanique. Les matériaux courants sont :

- Film aluminium-plastique : offre une étanchéité à l'air et une flexibilité supérieures pour les cellules de poche, ce qui a un impact direct sur les performances d'étanchéité et la durée de vie du cycle.

- Boîtier en aluminium : offre une résistance mécanique robuste et une protection pour les cellules à boîtier rigide et cylindriques, avec une épaisseur et une précision d'usinage essentielles pour la sécurité et la fiabilité.

Test et inspection des produits finis

Les batteries encapsulées sont soumises à des tests rigoureux pour garantir leurs performances et leur sécurité.

l Tests de performance électrochimique

Comprend des tests de capacité, des tests de durée de vie du cycle et des tests de capacité de débit pour évaluer la capacité réelle, la stabilité du cycle et les performances de charge/décharge rapide.

l Essais de performance mécanique

Comprend des tests de vibration, de chute et d'écrasement pour vérifier la fiabilité mécanique dans les conditions d'utilisation.

l Tests de performance de sécurité

Implique des tests de court-circuit, de surcharge/décharge excessive et de pénétration de clous pour évaluer la sécurité dans des conditions extrêmes.

Gestion de l'environnement de production et de la sécurité

l Environnement de production

La fabrication de batteries sodium-ion nécessite un contrôle strict de la propreté, de la température et de l'humidité :

-Contrôle de la propreté : obtenu par purification de l'air et protection du processus pour éviter la contamination.

-Contrôle de la température/humidité : Maintenu à l'aide de systèmes CVC pour garantir la stabilité du matériau et la cohérence du processus.

l Gestion de la sécurité

Des protocoles de sécurité stricts sont appliqués, notamment en matière de prévention des incendies, des explosions et des risques chimiques. Les employés doivent suivre une formation spécialisée et respecter les procédures opérationnelles.

l Mesures de prévention des incendies

- Des pare-feu, des détecteurs de fumée et des systèmes d'extinction sont installés.

- Des exercices d’incendie réguliers et des systèmes complets d’extinction d’incendie sont obligatoires.

l Mesures de prévention des explosions

- Des équipements et procédés antidéflagrants sont mis en œuvre.

- Les équipements critiques répondent aux normes antidéflagrantes, avec un contrôle strict des matériaux inflammables.

l Contrôle des risques chimiques

- Des zones d’isolement et des équipements de protection sont utilisés pour minimiser l’exposition aux produits chimiques.

-L’utilisation et les émissions de produits chimiques sont strictement réglementées pour garantir la sécurité de l’environnement et du personnel.