Nátrium-ion akkumulátor-előállítási folyamat: A nyersanyagoktól a kész cellákig
A nátrium-ion akkumulátorok (NA-ion akkumulátorok) jelentős figyelmet fordítottak a lítium-ion akkumulátorok ígéretes alternatívájaként a nátrium-erőforrások bősége és olcsó költségei miatt. A nátrium-ion akkumulátorok gyártási folyamata sok hasonlóságot mutat a lítium-ion akkumulátorokkal, de vannak néhány kulcsfontosságú különbség a nátrium-alapú anyagok egyedi tulajdonságai miatt. Ez a cikk felvázolja a nátrium-ion akkumulátorgyártási folyamat legfontosabb lépéseit.
1. Alapanyag -előkészítés
Katód anyagok
A nátrium-ion akkumulátorok általános katód anyagai közé tartozik a rétegelt oxidok (NAXTMO2, ahol a TM=átmeneti fém), a polianionos vegyületek (például a Na3v2 (PO4) 3) és a porosz kék analógok. Ezeket az anyagokat szilárd állapotú reakció, szol-gél folyamatok vagy együttes kiejtési módszerek révén szintetizálják.
Anód anyagok
A biomasszából vagy hangmagasságból származó kemény szén a legszélesebb körben használt anód anyag a nátrium-ion akkumulátorokhoz. A kemény szén-prekurzorok magas hőmérsékleten (általában {1}} fokon) karbonizálódnak, hogy a nátrium-ion tárolására alkalmas rendezetlen szénszerkezetet hozzanak létre.
Elektrolit
Az elektrolit általában nátrium-sókból (például NaClo4, NAPF6 vagy NATFSI) áll, karbonát-alapú oldószerekben (EC, DMC, PC). A szilárd állapotú elektrolitok, beleértve a Nasicon és a szulfid alapú anyagokat, szintén fejlesztés alatt állnak.
Szétválasztó
A polietilén (PE) és a polipropilén (PP) elválasztók, amelyeket általában lítium-ion akkumulátorokban használnak, a nátrium-ion akkumulátorokhoz is alkalmazhatók, bár a Na-ion elektrolitokkal való kompatibilitást gondosan értékelik.
2. elektróda bevonási folyamat
Iszapkészítés
Az aktív anyagokat (katód és anód), a vezetőképes adalékanyagokat (szénfekete) és a kötőanyagokat (például PVDF, CMC vagy SBR) oldószerekkel keverik (NMP katódhoz, víz az anódhoz), hogy egyenletes slurry -t hozzon létre.
Bevonat
A iszapot egyenletesen bevonják alumínium fóliára (katód) és rézfóliára (anód). Néhány nátrium-ion akkumulátorhoz mindkét elektród alumínium fóliát használhat, a feszültségablaktól és az anyag tulajdonságaitól függően.
Szárítás
A bevont elektródokat sütőkben szárítják, hogy eltávolítsák a maradék oldószereket. A szárítási hőmérsékletet és az időtartamot gondosan szabályozzuk az anyag lebomlásának megakadályozása érdekében.
3. Elektróda naptárak
Szárítás után az elektródák egy pár precíziós hengeren haladnak át, hogy egyenletes vastagságot érjenek el, javítsák a sűrűségt és biztosítsák az aktív anyagok és az aktuális gyűjtők jó érintkezését.
4. Elektród vágás és egymásra rakás
Az elektródokat a kívánt formákba vágják (általában téglalap alakúak a tasaksejtekhez vagy a hengeres sejtekhez hengeres). A pozitív elektródot, az elválasztót és a negatív elektródot a végső cellás formátumba rakják vagy megsebesítik.
5. Cellák összeszerelése
Tasaksejtek
A halmozott elektród-elválasztó rétegeket alumínium-műanyag tasakba zárják. Az elektrolitot a tasakba injektálják, és a tasakot hővel lezárják, hogy megakadályozzák a szivárgást.
Hengeres és prizmatikus sejtek
A sebelektróda szerelvényét egy fémdobozba helyezik. Elektrolitot adunk hozzá, majd egy sapkával történő tömítést követően.
6. Formálási folyamat
Az összeszerelt sejtek kezdeti töltési folyamaton mennek keresztül, amelyet képződésnek neveznek. Ez a lépés lehetővé teszi a szilárd elektrolit interfész (SEI) réteg kialakulását az anód felületén, ami kritikus az akkumulátor stabilitása szempontjából. A nátrium-ion akkumulátorok képződési protokolljai kissé eltérhetnek a lítium-ion sejtektől a különböző SEI-vegyületek miatt.
7. Öregedés és tesztelés
A képződés után a sejtek több napig maradnak, hogy stabilizálják belső kémiájukat. Mindegyik cella minőség -ellenőrzési vizsgálaton megy keresztül, ideértve a kapacitás -ellenőrzéseket, a belső ellenállás méréseit, a szivárgás észlelését és a biztonsági teszteket.
8. modul és csomaggyűjtemény
A vizsgált cellákat modulokba és akkumulátorokba állítják össze. Az akkumulátorkezelő rendszerek (BMS) integrálódnak a feszültség, a hőmérséklet és az áram ellenőrzéséhez a biztonságos működés biztosítása érdekében.
Főbb különbségek a lítium-ion akkumulátor előállításától
| Feldolgozási lépés | Lítium-ion akkumulátor | Nátrium-ion akkumulátor |
| Katód anyag | Licoo2, nmc, lfp | Réteges oxidok, poroszkék, polianionok |
| Anód anyag | Grafit | Kemény szén |
| Elektrolit | LIPF6 karbonát oldószerekben | Napf6, natfsi karbonát oldószerekben |
| Jelenlegi gyűjtők | Réz (anód), alumínium (katód) | Alumínium mindkettő számára (bizonyos esetekben) |
| Formációs protokoll | Li-ion szabványa | A nátrium -SEI képződéshez igazított |
Következtetés
A nátrium-ion akkumulátor-előállítási folyamat kihasználja a meglévő lítium-ion akkumulátor-infrastruktúra nagy részét, így a gyártók viszonylag egyszerűen elfogadják. A nátrium-ion anyagok azonban eltérő elektrokémiai és fizikai tulajdonságokat mutatnak, és néhány beállítást igényelnek az iszap készítményében, az elektrolitválasztásban és a képződési protokollokban. Ahogy a nátrium-ion technológia továbbra is érett, költségnövelése és nyersanyag-bősége erős versenytárssá teheti a nagyszabású energiatároló alkalmazásokban.
