Les batteries à semi-conducteurs utilisent-elles du nickel ?

Les batteries à semi-conducteurs utilisent-elles du nickel ? Ce que les équipes d'approvisionnement en drones doivent comprendre

Teneur en nickel danspiles au lithiumest devenue une préoccupation en matière d’approvisionnement qui va bien au-delà de la science des matériaux. Les prix du nickel sont volatils, les chaînes d'approvisionnement en nickel sont géographiquement concentrées et les cathodes de batteries à haute teneur en nickel entraînent des compromis de performances spécifiques qui affectent le comportement des batteries tout au long de leur durée de vie.

Pour les opérateurs de drones et les équipes d'approvisionnement évaluant les batteries à semi-conducteurs, la question du nickel mérite d'être comprise, car la réponse affecte la stabilité des coûts, les caractéristiques de performance et les risques liés à la chaîne d'approvisionnement d'une manière qui n'apparaît pas sur une fiche technique.

Où le nickel apparaît dans les batteries au lithium

Le rôle du nickel danspiles au lithiumest principalement dans la cathode. La cathode est l'électrode positive, le composant qui libère les ions lithium dans l'électrolyte pendant la décharge et les récupère pendant la charge.

Les produits chimiques cathodiques les plus courants dans les batteries au lithium commerciales sont le NMC (oxyde de lithium-nickel-manganèse-cobalt) et le NCA (oxyde de lithium-nickel-cobalt-aluminium). Les deux contiennent une teneur importante en nickel. Les variantes NMC à haute teneur en nickel – étiquetées NMC 811 (80 % de nickel) ou NMC 622 (60 % de nickel) – sont devenues de plus en plus courantes dans les applications à forte densité énergétique, car la teneur en nickel est en corrélation avec une densité énergétique plus élevée au niveau de la cathode.

Une batterie de drone au lithium polymère de qualité utilisant une chimie cathodique NMC à haute teneur en nickel contient généralement 30 à 40 % de nickel en poids de cathode. Cette teneur en nickel fait partie de ce qui permet d'obtenir les chiffres de densité énergétique annoncés pour les packs LiPo commerciaux.

FairePiles à semi-conducteursUtiliser du nickel ? La plupart le font actuellement

C'est ici que les opérateurs d'UAV sont souvent surpris : la plupart des batteries à semi-conducteurs de la génération actuelle utilisent les mêmes produits chimiques cathodiques NMC ou NCA que les batteries au lithium polymère conventionnelles. L'électrolyte solide remplace l'électrolyte liquide, mais le matériau de la cathode, y compris sa teneur en nickel, reste souvent inchangé dans les conceptions à semi-conducteurs de première génération.

Cela est logique du point de vue de la fabrication. Les cathodes NMC et NCA sont des produits bien caractérisés et éprouvés avec des chaînes d'approvisionnement de production établies. Le développement d’une toute nouvelle chimie cathodique parallèlement à un nouveau système électrolytique ajoute de la complexité et des risques à un problème d’ingénierie déjà difficile. La plupart des fabricants de batteries à semi-conducteurs qui entreront en production commerciale entre 2024 et 2026 ont donné la priorité à la transition électrolytique tout en conservant des matériaux cathodiques éprouvés.

L'implication pratique : une batterie de drone à semi-conducteurs utilisant la chimie cathodique NMC 811 présente une exposition similaire à la chaîne d'approvisionnement en nickel qu'une batterie LiPo équivalente avec la même cathode. L'électrolyte solide ne modifie pas l'équation du nickel au niveau de la cathode.

Où la conception à semi-conducteurs peut réduire la dépendance au nickel

La trajectoire à plus long terme du développement des batteries à semi-conducteurs ouvre la voie à une dépendance réduite au nickel, mais elle n’est pas universelle dans les produits actuels.

Les conceptions d'anodes au lithium métal (abordées dans l'article précédent de cette série) permettent une densité d'énergie plus élevée du côté de l'anode plutôt que d'exiger une teneur en nickel toujours plus élevée au niveau de la cathode. Si l'anode fournit beaucoup plus d'énergie par gramme, la cathode n'a pas besoin d'être poussée jusqu'à la teneur maximale en nickel pour atteindre les spécifications de densité d'énergie cibles.

Certains développeurs de batteries à semi-conducteurs utilisent cette flexibilité architecturale pour explorer les produits chimiques des cathodes à faible teneur en nickel, notamment les cathodes LFP (lithium fer phosphate), qui ne contiennent ni nickel ni cobalt mais sacrifient traditionnellement la densité énergétique. Associées à une anode au lithium métallique dans une conception à l'état solide, les cathodes LFP peuvent potentiellement atteindre des valeurs de densité énergétique compétitives tout en éliminant entièrement le nickel et le cobalt de la cathode.

Il s’agit d’un stade de développement plutôt que d’une large commercialisation sous forme de batteries de drones en 2026, mais cela représente une véritable trajectoire à moyen terme que les équipes d’approvisionnement ayant de longs horizons de planification devraient suivre.

Ce que cela signifie pour l’achat de batteries de drones

Pour les décisions d'achat d'aujourd'hui, la question du nickel dans les batteries à semi-conducteurs se résout à :

Demandez au fabricant quelle chimie cathodique sa batterie à semi-conducteurs utilise. NMC ou NCA signifie une exposition au nickel similaire à celle des batteries LiPo hautes performances, avec la même volatilité des coûts et les mêmes considérations de chaîne d'approvisionnement. La cathode LFP signifie l'absence de nickel, une densité énergétique plus faible dans la plupart des conceptions actuelles, mais une meilleure stabilité des coûts et une chaîne d'approvisionnement plus simple.

Ni l’une ni l’autre n’est universellement correcte. Le bon choix de cathode dépend de la priorité donnée par votre exploitation à une densité énergétique maximale, à la prévisibilité des coûts ou à la diversification de la chaîne d'approvisionnement.

Transparence cathodique de ZYEBATTERIE

ZYEBATTERIEfournit une documentation sur la chimie cathodique pour les batteries de drones au lithium-ion à l'état solide et au lithium-polymère haute performance, y compris des informations sur la teneur en nickel pertinentes pour la conformité des achats et le devoir de diligence de la chaîne d'approvisionnement. Pour les équipes d'achats qui ont besoin de ces informations, elles font partie de ce que nous incluons dans la documentation produit plutôt que de quelque chose que vous devez spécifiquement demander.