تكوين بطارية ليثيوم أيون

تكوين وإعادة تدوير بطارية الليثيوم أيون

البطارية ليثيوم أيونيتكون من المنحل بالكهرباء والفاصل والكاثود والأنود والحالة.

المنحل بالكهرباءفي بطارية ليثيوم أيون يمكن أن يكون هلام أو بوليمر، أو خليط من هلام وبوليمر.

يعمل الإلكتروليت الموجود في بطاريات Li-ion كوسيط لنقل الأيونات في البطارية.يتكون عادة من أملاح الليثيوم والمذيبات العضوية.يلعب الإلكتروليت دورًا رئيسيًا في نقل الأيونات بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة لبطارية الليثيوم أيون، مما يضمن قدرة البطارية على تحقيق جهد عالي وكثافة طاقة عالية.يتكون المنحل بالكهرباء بشكل عام من مذيبات عضوية عالية النقاء وأملاح إلكتروليت الليثيوم والمواد المضافة الضرورية مجتمعة بعناية بنسب محددة في ظل ظروف محددة.

مادة الكاثودأنواع بطارية الليثيوم أيون:

• LiCoO2
• Li2MnO3
• LiFePO4
• نسم
• NCA

 تتكون مواد الكاثود من تكاليف تزيد عن 30% من تكلفة البطارية بأكملها.

الأنودتحتوي على بطارية ليثيوم أيون

ثم يتكون أنود بطارية الليثيوم أيون من حوالي 5-10 بالمائة من تكاليف البطارية بأكملها.مواد الأنود المعتمدة على الكربون هي مادة أنود شائعة الاستخدام لبطاريات الليثيوم أيون.بالمقارنة مع أنود الليثيوم المعدني التقليدي، فهو يتمتع بأمان واستقرار أعلى.تأتي مواد الأنود المعتمدة على الكربون أساسًا من الجرافيت الطبيعي والاصطناعي وألياف الكربون ومواد أخرى.من بينها، الجرافيت هو المادة الرئيسية، التي تتميز بمساحة سطح محددة عالية وموصلية كهربائية، كما تتمتع مواد الكربون أيضًا بثبات كيميائي جيد وقابلية إعادة التدوير.ومع ذلك، فإن قدرة مواد القطب السالب القائمة على الكربون منخفضة نسبيًا، ولا يمكنها تلبية متطلبات بعض التطبيقات ذات السعة الأعلى.لذلك، توجد حاليًا بعض الأبحاث حول مواد كربونية جديدة ومواد مركبة، على أمل تحسين قدرة ودورة حياة مواد الأقطاب الكهربائية السالبة القائمة على الكربون.

لا يزال يحتوي على مادة القطب السالب من السيليكون والكربون.مادة السيليكون (Si): بالمقارنة مع أقطاب الكربون السالبة التقليدية، تتمتع أقطاب السيليكون السالبة بقدرة محددة وكثافة طاقة أعلى.ومع ذلك، نظرًا لمعدل التمدد الكبير لمادة السيليكون، فمن السهل التسبب في تمدد حجم القطب، وبالتالي تقصير عمر البطارية.

الفاصلتعد بطارية الليثيوم أيون جزءًا مهمًا من ضمان أداء البطارية وسلامتها.تتمثل الوظيفة الرئيسية للفاصل في فصل الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة، وفي الوقت نفسه، يمكنه أيضًا تشكيل قناة لحركة الأيونات والحفاظ على المنحل بالكهرباء اللازم.يتم تقديم الأداء والمعلمات ذات الصلة لفاصل بطارية الليثيوم أيون على النحو التالي:

1. الاستقرار الكيميائي: يجب أن يتمتع الحجاب الحاجز باستقرار كيميائي ممتاز، ومقاومة جيدة للتآكل ومقاومة الشيخوخة في ظل ظروف المذيبات العضوية، ويمكنه الحفاظ على أداء مستقر في ظل ظروف قاسية مثل ارتفاع درجة الحرارة والرطوبة العالية.

2. القوة الميكانيكية: يجب أن يتمتع الفاصل بقوة ميكانيكية ومرونة كافية لضمان قوة شد كافية ومقاومة التآكل لمنع الضرر أثناء التجميع أو الاستخدام.

3. الموصلية الأيونية: في ظل نظام الإلكتروليت العضوي، تكون الموصلية الأيونية أقل من تلك الموجودة في نظام الإلكتروليت المائي، لذلك يجب أن يتمتع الفاصل بخصائص المقاومة المنخفضة والتوصيل الأيوني العالي.في الوقت نفسه، من أجل تقليل المقاومة، يجب أن يكون سمك الفاصل رقيقًا قدر الإمكان لجعل مساحة القطب كبيرة قدر الإمكان.

4. الاستقرار الحراري: عندما تحدث حالات غير طبيعية أو أعطال مثل الشحن الزائد، والتفريغ الزائد، والدائرة القصيرة أثناء تشغيل البطارية، يجب أن يتمتع الفاصل باستقرار حراري جيد.عند درجة حرارة معينة، يجب أن يلين الغشاء أو يذوب، وبالتالي يحجب الدائرة الداخلية للبطارية ويمنع وقوع حوادث سلامة البطارية.

5. بنية مسام كافية للتبليل ويمكن التحكم فيها: يجب أن يتمتع هيكل المسام وطلاء السطح للفاصل بإمكانية تحكم كافية في التبليل لضمان الفاصل، وبالتالي تحسين طاقة وعمر دورة البطارية.بشكل عام، رقائق البولي إيثيلين (PP) والأغشية الصغيرة المسامية من رقائق البولي إيثيلين (PE) هي مواد غشائية شائعة في الوقت الحاضر، والسعر رخيص نسبيًا.ولكن هناك مواد أخرى لفصل بطاريات الليثيوم أيون، مثل البوليستر، والتي تتمتع بأداء جيد، ولكن سعرها مرتفع نسبيًا.