التكنولوجيا الأساسية لبطاريات الليثيوم أيون.

بطارية عالية الأداء:بطارية ليثيوم أيونيتكون من أربعة أجزاء رئيسية: مادة القطب الموجب، مادة القطب السالب، الفاصل، والكهارل.من بينها، الفاصل هو مكون داخلي رئيسي فيبطاريات الليثيوم أيون.وعلى الرغم من أنها لا تشارك بشكل مباشر في التفاعل الكهروكيميائي، إلا أنها تلعب دورًا حيويًا في أداء البطارية.فهو لا يؤثر فقط على سعة البطارية وأداء الدورة وكثافة تيار الشحن والتفريغ للبطارية، ولكنه يرتبط أيضًا بسلامة وعمر البطارية.بطارية.يحافظ الفاصل على التشغيل والأداء المناسبين للبطارية من خلال توفير قنوات التوصيل الأيوني، ومنع اختلاط الإلكتروليت، وتوفير الدعم الميكانيكي. تؤثر الموصلية الأيونية للفاصل بشكل مباشر على سرعة الشحن والتفريغ وكفاءة البطارية.يمكن أن تؤدي الموصلية الأيونية الأفضل إلى تحسين كثافة طاقة البطارية.بالإضافة إلى ذلك، فإن أداء عزل الإلكتروليت للفاصل يحدد سلامة البطارية.العزل الفعال للكهارل بين الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية يمكن أن يمنع مشاكل السلامة مثل الدوائر القصيرة وارتفاع درجة الحرارة.يحتاج الفاصل أيضًا إلى قوة ميكانيكية جيدة ومرونة للتعامل مع تمدد وانكماش البطارية ومنع التلف الميكانيكي والدوائر القصيرة الداخلية.بالإضافة إلى ذلك، يحتاج الفاصل أيضًا إلى الحفاظ على الاستقرار الهيكلي والوظيفي أثناء عملية التشغيلعمر البطاريةلضمان تشغيل موثوق للبطارية على المدى الطويل. على الرغم من أن الفاصل لا يشارك بشكل مباشر في التفاعل الكهروكيميائي للبطارية، إلا أنه له تأثير مهم على الخصائص الرئيسية مثل سعة البطارية وأداء الدورة وسرعة الشحن والتفريغ والسلامة والعمر الافتراضي .ولذلك، فإن تطوير الفواصل وتحسينها لهما أهمية حاسمة في تطوير وتطبيق بطاريات الليثيوم أيون.

1. الوظيفة الهامة للفواصل فيبطاريات الليثيوم أيون

تلعب الفواصل دورًا حيويًا في بطاريات الليثيوم أيون.إنه ليس مجرد حاجز مادي يفصل بين الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية، ولكن لديه أيضًا الوظائف المهمة التالية:1.نقل الأيونات: يجب أن يتمتع الفاصل بأداء جيد في نقل الأيونات وأن يكون قادرًا على السماح لأيونات الليثيوم بالانتقال بحرية بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة.وفي الوقت نفسه، يحتاج الفاصل إلى منع انتقال الإلكترونات بشكل فعال لمنع الدوائر القصيرة والتفريغ الذاتي.2.صيانة الإلكتروليت: يجب أن يتمتع الفاصل بمقاومة جيدة لاختراق المذيبات، مما يمكنه الحفاظ بشكل فعال على التوزيع الموحد للإلكتروليت بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة ومنع فقدان الإلكتروليت وتغيرات التركيز.3.القوة الميكانيكية: يحتاج الفاصل إلى قوة ميكانيكية كافية لتحمل الضغوط الميكانيكية مثل الضغط والتمدد والاهتزاز للبطارية لضمان استقرار البطارية وسلامتها.4.الاستقرار الحراري: يحتاج الفاصل إلى ثبات حراري جيد للحفاظ على الاستقرار الهيكلي في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة ومنع الانفلات الحراري والتحلل الحراري.5.مثبطات اللهب: يحتاج الفاصل إلى مثبطات لهب جيدة، والتي يمكن أن تمنع بشكل فعال البطارية من الحريق أو الانفجار في ظل ظروف غير طبيعية. من أجل تلبية المتطلبات المذكورة أعلاه، عادة ما تكون الفواصل مصنوعة من مواد البوليمر، مثل البولي بروبلين (PP)، البولي إيثيلين (PE)، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، فإن المعلمات مثل السُمك والمسامية وحجم المسام للفاصل ستؤثر أيضًا على أداء البطارية.ولذلك، في عملية إعداد بطاريات الليثيوم أيون، من المهم جدًا اختيار المواد الفاصلة المناسبة وتحسين التصميم الهيكلي للفاصل.

2. الدور الرئيسي للفواصل فيبطاريات الليثيوم:

في بطاريات الليثيوم أيون، يلعب الفاصل دورًا رئيسيًا وله الوظائف الرئيسية التالية:1.التوصيل الأيوني: يسمح الفاصل بنقل أيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة.يتمتع الفاصل عادة بموصلية أيونية عالية، والتي يمكن أن تعزز التدفق السريع والمتساوي لأيونات الليثيوم في البطارية وتحقيق شحن وتفريغ البطارية بكفاءة.2.سلامة البطارية: يمكن للفاصل منع الاتصال المباشر وقصر الدائرة بين الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية، وتجنب التيار الزائد وارتفاع درجة الحرارة داخل البطارية، وتوفير سلامة البطارية.عزل الإلكتروليت: يمنع الفاصل الغازات والشوائب والمواد الأخرى الموجودة في الإلكتروليت في البطارية من الاختلاط بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة، وتجنب التفاعلات والخسائر الكيميائية غير الضرورية، والحفاظ على استقرار البطارية وعمرها الدوري.الدعم الميكانيكي: يلعب الفاصل دور الدعم الميكانيكي في البطارية.يمكنه إصلاح مواضع الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية ومكونات البطارية الأخرى.كما أنها تتمتع بدرجة معينة من المرونة وقابلية التوسع للتكيف مع توسع وانكماش البطارية. تلعب الفواصل دورًا مهمًا في توصيل الأيونات وسلامة البطارية وعزل المنحل بالكهرباء والدعم الميكانيكي في بطاريات الليثيوم أيون.يمكنه ضمان التشغيل المستقر والأداء للبطارية.

3. أنواع فواصل بطارية الليثيوم أيون

هناك أنواع عديدة من فواصل بطاريات الليثيوم أيون، ومن أشهرها ما يلي:1.فاصل البولي بروبيلين (PP): هذه هي مادة الفاصل الأكثر استخدامًا حاليًا.تتميز فواصل البولي بروبيلين بمقاومة كيميائية ممتازة، واستقرار حراري جيد وقوة ميكانيكية، في حين تمتلك انتقائية أيونية معتدلة وخصائص موصلة.2.فاصل بوليميد (PI): يتميز فاصل بوليميد بثبات حراري عالي واستقرار كيميائي، ويمكنه الحفاظ على أداء مستقر في بيئات درجات الحرارة العالية.نظرًا لمقاومتها للجهد العالي، غالبًا ما تستخدم فواصل البوليميد في البطاريات ذات كثافة الطاقة العالية ومتطلبات الطاقة العالية.3.فاصل البولي إيثيلين (PE): يتميز فاصل البولي إيثيلين بموصلية أيونية عالية وقوة ميكانيكية جيدة، وغالبًا ما يستخدم في أنواع محددة من بطاريات أيونات الليثيوم، مثل المكثفات الفائقة وبطاريات الليثيوم-الكبريت.4.الحجاب الحاجز الخزفي المركب: الحجاب الحاجز الخزفي المركب مصنوع من ركيزة بوليمر معززة بألياف السيراميك.لديها قوة ميكانيكية عالية ومقاومة للحرارة ويمكن أن تتحمل درجات الحرارة العالية والأضرار المادية.5.فاصل Nanopore: يستخدم فاصل Nanopore التوصيل الأيوني الممتاز لهيكل ثقب النانو، في حين يلبي القوة الميكانيكية الجيدة والاستقرار الكيميائي.ومن المتوقع أن يتم تطبيقه في بطاريات الليثيوم أيون ذات الطاقة العالية ومتطلبات العمر الطويل. ويمكن اختيار هذه الفواصل من المواد والهياكل المختلفة وتحسينها وفقًا لتصميمات البطاريات المختلفة ومتطلبات الأداء.

4. متطلبات أداء فواصل بطارية الليثيوم أيون

تعد فواصل بطارية ليثيوم أيون مكونًا مهمًا مع متطلبات الأداء التالية:1.موصلية إلكتروليت عالية: يجب أن يتمتع الفاصل بموصلية إلكتروليت عالية لتعزيز التوصيل الأيوني بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة لتحقيق شحن وتفريغ البطارية بكفاءة.2.انتقائية أيونية ممتازة: يحتاج الفاصل إلى انتقائية أيونية جيدة، مما يسمح فقط بنقل أيونات الليثيوم ومنع اختراق أو تفاعل المواد الأخرى في البطارية.3.ثبات حراري جيد: يحتاج الفاصل إلى ثبات حراري جيد وأن يكون قادرًا على الحفاظ على الاستقرار الهيكلي في ظل الظروف القاسية مثل ارتفاع درجة الحرارة أو الشحن الزائد لمنع الانفلات الحراري أو تبخر المنحل بالكهرباء وغيرها من المشاكل.قوة ومرونة ميكانيكية ممتازة: يحتاج الفاصل إلى قوة ميكانيكية عالية ومرونة لمنع حدوث مشكلات مثل دوائر قصر الحافة أو التلف الداخلي، وللتكيف مع تمدد وانكماش البطارية.5.مقاومة كيميائية جيدة: يجب أن يتمتع الفاصل بمقاومة كيميائية جيدة وأن يكون قادرًا على مقاومة التآكل أو تلوث الفاصل بواسطة الإلكتروليتات والغازات والشوائب الموجودة في البطارية.6.مقاومة منخفضة ونفاذية منخفضة: يجب أن يتمتع الفاصل بمقاومة منخفضة ونفاذية منخفضة لتقليل فقدان المقاومة وفقدان الإلكتروليت داخل البطارية. متطلبات الأداء لفواصل بطارية الليثيوم أيون هي الموصلية العالية للكهارل، وانتقائية الأيونات الممتازة، والاستقرار الحراري الجيد، والميكانيكية الممتازة القوة والمرونة، المقاومة الكيميائية الجيدة، المقاومة المنخفضة والنفاذية المنخفضة.تضمن متطلبات الأداء هذه سلامة البطارية وعمر الدورة وكثافة الطاقة.