הרכב סוללת ליתיום-יון

הרכב ומיחזור של סוללת ליתיום-יון

הסוללת ליתיום-יוןמורכב מהאלטרוליט, המפריד, הקתודה והאנודה והמארז.

האלקטרוליטבסוללת ליתיום-יון יכולה להיות ג'ל או פולימר, או תערובת של ג'ל ופולימר.

האלקטרוליט בסוללות Li-ion פועל כתווך להובלת יונים בסוללה.זה בדרך כלל מורכב ממלחי ליתיום וממיסים אורגניים.האלקטרוליט ממלא תפקיד מפתח בהובלת יונים בין האלקטרודות החיוביות והשליליות של סוללת ליתיום-יון, מה שמבטיח שהסוללה יכולה להשיג מתח גבוה וצפיפות אנרגיה גבוהה.האלקטרוליט מורכב בדרך כלל מממיסים אורגניים בטוהר גבוה, מלחי אלקטרוליט ליתיום ותוספים נחוצים המשולבים בקפידה בפרופורציות ספציפיות בתנאים ספציפיים.

חומר הקתודהסוגי סוללת הליתיום-יון:

• LiCoO2
• Li2MnO3
• LiFePO4
• NCM
• NCA

 חומרי הקתודה מורכבים מעל 30% העלויות של כל הסוללה.

האנודהשל סוללת הליתיום-יון מכילה

לאחר מכן האנודה של סוללת הליתיום-יון מורכבת מכ-5-10 אחוזים עלויות של כל הסוללה.חומרי אנודה מבוססי פחמן הם חומר אנודה נפוץ עבור סוללות ליתיום-יון.בהשוואה לאנודת הליתיום המתכת המסורתית, יש לה בטיחות ויציבות גבוהות יותר.חומרי האנודה המבוססים על פחמן מגיעים בעיקר מגרפיט טבעי ומלאכותי, סיבי פחמן וחומרים נוספים.ביניהם, גרפיט הוא החומר העיקרי, בעל שטח פנים ספציפי ומוליכות חשמלית גבוהה, ולחומרי פחמן יש גם יציבות כימית טובה ויכולת מיחזור.עם זאת, הקיבולת של חומרי אלקטרודה שליליים מבוססי פחמן נמוכה יחסית, אשר אינה יכולה לעמוד בדרישות של יישומים מסוימים לקיבולת גבוהה יותר.לכן, יש כיום כמה מחקרים על חומרי פחמן חדשים וחומרים מרוכבים, בתקווה לשפר עוד יותר את הקיבולת וחיי המחזור של חומרים מבוססי פחמן אלקטרודות שליליות.

עדיין יש בו את חומר האלקטרודה השלילי של סיליקון-פחמן.חומר סיליקון (Si): בהשוואה לאלקטרודות שליליות פחמן מסורתיות, לאלקטרודות סיליקון שליליות קיבולת ספציפית וצפיפות אנרגיה גבוהה יותר.עם זאת, בשל קצב ההתפשטות הגדול של חומר הסיליקון, קל לגרום להרחבת נפח האלקטרודה, ובכך לקצר את חיי הסוללה.

המפרידשל סוללת ליתיום-יון היא חלק חשוב בהבטחת ביצועי ובטיחות הסוללה.תפקידו העיקרי של המפריד הוא להפריד בין האלקטרודות החיוביות והשליליות, ובמקביל, הוא יכול גם ליצור תעלה לתנועת יונים ולשמור על האלקטרוליט הדרוש.הביצועים והפרמטרים הקשורים למפריד סוללות הליתיום-יון מוצגים כדלקמן:

1. יציבות כימית: הסרעפת צריכה להיות בעלת יציבות כימית מצוינת, עמידות טובה בפני קורוזיה ועמידות בפני הזדקנות בתנאי ממס אורגניים, והיא יכולה לשמור על ביצועים יציבים בתנאים קשים כגון טמפרטורה גבוהה ולחות גבוהה.

2. חוזק מכני: המפריד צריך להיות בעל חוזק מכני וגמישות מספקים כדי להבטיח חוזק מתיחה ועמידות בפני שחיקה מספקת כדי למנוע נזק במהלך ההרכבה או השימוש.

3. מוליכות יונית: מתחת למערכת האלקטרוליטים האורגניים, המוליכות היונית נמוכה מזו של מערכת האלקטרוליטים המימיים, ולכן המפריד צריך להיות בעל מאפיינים של התנגדות נמוכה ומוליכות יונית גבוהה.יחד עם זאת, על מנת להפחית את ההתנגדות, עובי המפריד צריך להיות דק ככל האפשר כדי להפוך את שטח האלקטרודה לגדול ככל האפשר.

4. יציבות תרמית: כאשר מתרחשים חריגות או כשלים כגון טעינת יתר, פריקת יתר וקצר חשמלי במהלך פעולת הסוללה, המפריד חייב להיות בעל יציבות תרמית טובה.בטמפרטורה מסוימת, הדיאפרגמה אמורה להתרכך או להימס, ובכך לחסום את המעגל הפנימי של הסוללה ולמנוע תאונות בטיחותיות של הסוללה.

5. מבנה הרטבה מספיק וניתן לשליטה: מבנה הנקבוביות וציפוי פני השטח של המפריד צריכים להיות בעלי יכולת שליטה מספקת על הרטבה כדי להבטיח את המפריד, ובכך לשפר את הכוח וחיי המחזור של הסוללה.באופן כללי, דיאפרגמות מיקרו נקבוביות פוליאתילן (PP) ופוליאתילן פתיתי (PE) הן חומרי דיאפרגמה נפוצים כיום, והמחיר זול יחסית.אבל ישנם חומרים אחרים להפרדת סוללות ליתיום-יון, כגון פוליאסטר, בעלי ביצועים טובים, אך המחיר גבוה יחסית.