L'alumine est la matière première des produits en aluminium et un matériau auxiliaire pour des industries comme la chimie et la mécanique. Elle joue depuis longtemps un rôle important dans l'économie nationale. De nouvelles industries, comme les télécommunications, les nouvelles énergies et les semi-conducteurs, connaissent une croissance rapide, ce qui accroît la demande en matériaux haute performance. Les produits à base d'alumine haut de gamme gagnent en popularité, notamment sur le marché des nouvelles énergies, qui pèse des milliers de milliards de dollars. L'alumine est devenue un matériau de base essentiel dans ce secteur.
Le nouveau marché de l'énergie
Pour faire face à la crise énergétique mondiale et à la pollution environnementale, les pays ont mis en place des politiques visant à promouvoir une transition énergétique bas carbone. Ces politiques visent à soutenir le développement durable du secteur des nouvelles énergies.
Dans le secteur des véhicules à énergies nouvelles, la production et les ventes chinoises connaissent une croissance constante depuis 2021. La croissance annuelle a dépassé 30% pendant quatre années consécutives. En 2024, la production et les ventes de véhicules à énergies nouvelles ont dépassé les 10 millions d'unités pour la première fois, atteignant 12,888 millions et 12,866 millions d'unités. Cela représente une augmentation de 34,4% et 35,5% en glissement annuel. Les véhicules à énergies nouvelles représentent désormais 40,9% des ventes totales de véhicules, soit une hausse de 9,3 points de pourcentage par rapport à 2023. Certaines institutions prévoient que le marché chinois des véhicules à énergies nouvelles atteindra 2,31 billions de yuans d'ici 2025.
Secteur des batteries
Selon les données publiées par le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information, en 2024, la production totale de batteries au lithium de la Chine a atteint 1 170 GWh, soit une augmentation de 24% en glissement annuel, la valeur totale de la production industrielle dépassant 1 200 milliards de yuans.
Application de l'alumine dans l'industrie des nouvelles énergies
Matériaux de cathode
Dans les matériaux cathodiques des batteries lithium-ion, le revêtement de surface en Al₂O₃ peut améliorer efficacement la rétention de capacité, les performances à long cycle et la stabilité thermique des matériaux cathodiques. Les effets positifs des revêtements de surface en Al₂O₃ sur les performances des matériaux cathodiques peuvent inclure :
Agissant comme un piégeur de fluorure, éliminant le HF de la solution électrolytique et supprimant la dissolution des métaux de transition dans le matériau de la cathode.
Formation d'une barrière de protection physique sur la surface de la cathode pour empêcher les réactions secondaires inutiles entre le matériau de la cathode et l'électrolyte non aqueux.
Formation d'aluminure de lithium sur la surface de la cathode pour améliorer le taux de diffusion des ions lithium et réduire la résistance au transfert de charge.
Réduire les réactions exothermiques, améliorant ainsi la stabilité thermique du matériau de la cathode.
Réagir avec LiPF₆ pour générer l'additif électrolytique LiPO₂F₂, qui améliore les performances de cyclage et la durée de vie de la batterie.
Suppression de l'effet Jahn-Teller, améliorant ainsi la stabilité du cyclage de l'électrode.
Revêtement séparateur
Le séparateur C'est le composant le plus techniquement complexe des matériaux pour batteries lithium-ion. Son coût est le deuxième plus élevé après celui des matériaux cathodiques, avec environ 10% contre 14%. Dans certaines batteries haut de gamme, le coût du séparateur peut même atteindre 20%.
Des recherches montrent que le revêtement de la surface du séparateur, sur une ou deux faces, améliore la stabilité à haute température. Il réduit également les risques de sécurité tels que le contact des électrodes, la combustion et les explosions causées par le retrait thermique du séparateur. Cela améliore considérablement la stabilité et la durée de vie du séparateur.
L'alumine de haute pureté est un matériau de revêtement inorganique idéal. Elle offre une excellente stabilité thermique et une inertie chimique, ce qui la rend idéale pour les revêtements céramiques des séparateurs de batteries.
Matériaux d'anode
L'alumine peut être appliquée non seulement sur les séparateurs, mais aussi sur la surface des anodes. Des études menées par Hou Min et Zhang Yanjiang ont montré que l'application d'alumine sur la surface de l'anode améliorait la stabilité de l'interface anodique, réduisait la perte de lithium actif et améliorait la capacité de rétention de charge et les performances de cyclage des batteries lithium-ion. Lors d'essais de perforation, le revêtement de la surface de l'anode a permis de réduire la gravité du court-circuit entre l'anode et la cathode.
Électrolytes
Les performances des batteries lithium-ion dépendent largement des propriétés de l'électrolyte. Différents systèmes électrolytiques sont utilisés pour différentes fonctions des batteries lithium-ion. Des recherches ont montré que l'ajout d'une certaine quantité de poudre d'alumine à l'électrolyte peut améliorer efficacement la conductivité de l'électrolyte, réduire la résistance au transfert de charge et améliorer les performances électrochimiques des batteries lithium-ion.
Électrolytes de batterie à semi-conducteurs
L'ajout de nano-alumine de haute pureté aux électrolytes solides polymères, tels que le poly(oxyde d'éthylène) (PEO), peut améliorer la conductivité et la stabilité du polymère, réduire sa cristallinité et augmenter la mobilité de la chaîne. L'ajout de nano-alumine à des électrolytes solides oxydes, tels que les électrolytes solides Li₇La₃Zr₂O₁₂ de type grenat (LLZO), peut améliorer la conductivité et la rétention de capacité de l'électrolyte.
Conclusion
Au-delà des applications mentionnées ci-dessus, l'alumine est largement utilisée dans le secteur des nouvelles énergies. Elle est notamment utilisée dans les composants céramiques tels que les relais, les fusibles et les joints d'étanchéité des véhicules à énergies nouvelles. Face aux défis de la gestion thermique, l'alumine joue un rôle essentiel non seulement comme substrat de dissipation thermique, mais aussi comme charge thermoconductrice, souvent utilisée dans les pâtes, gels et autres matériaux de refroidissement thermoconducteurs. En conclusion, les matériaux à base d'alumine offrent de vastes perspectives d'application sur les marchés des nouvelles énergies et des semi-conducteurs, qui représentent des milliers de milliards de dollars.
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