Properties of Lithium-Ion Battery Separators for Safety and Efficiency

وتدير بطاريات الليثيوم مجموعة واسعة من الأجهزة الحديثة، من الهواتف الذكية والحواسيب المحمولة إلى المركبات الكهربائية وتخزين الطاقة على نطاق الشبكة، وفي حين أن الاهتمام الكبير يركز على المواد الكهروودية والكهرباء، فإن تصميم البطاريات المتناثرة على نحو حر هو دور أساسي في التمكين من التشغيل الآمن والفعال والثابت، والوظيفة الأساسية للجهاز المنفصل هي منع الاتصال المادي بين الأنهار

دور المُنفصل في البطاريات الليثيوم - الأيونية

وفصل البطاريات هو عبارة عن ممر قابل للتداول من حيث الألف، وفصل بين الكهرورود الايجابية (الصوت) من الكهرباء (الصوت) السلبي داخل الخلية، ويجب أن يكون مستقرا كيميائيا في البوليثيل الكهربي، وقويا ميكانيكيا لمعالجة التوسع في الكهرباء والانكماش، ومستقرا درعا لتقلص أو تذوب في درجات الحرارة المرتفعة.

Properties of Separators

يمكن وصف السلوك الكهربائي لجهاز فصلي بواسطة عدة بارامترات رئيسية، كل منها يؤثر على البطارية بطرق مختلفة.

العزل الكهربائي (أيونيك ضد السلوك الإلكتروني)

والمفصل المثالي هو جهاز كهرباء للكهرباء ولكن موصل للأيون، ويجب أن يكون له مقاومة إلكترونية عالية للغاية لمنع أي تسرب قد يؤدي إلى تقليص دائرة الخلية، وفي الوقت نفسه، يجب أن يكون من المتجانس والمبلل السماح للكهرباء بملء المسامير، مما يخلق مساراً لليثيوم إلى الهجرة بين الكولود.

قوة الديليكت

أما الديكلتري فهو أقصى ميدان كهربائي يمكن للمنفصل أن يتحمله قبل أن يُحدث انهيارا كهربائيا، وفي خلية من الليثيوم -يون، يمكن أن يصل الفرق المحتمل بين الأنود والثروة إلى 4.2 أو أكثر في مفرق البوليفات الذي لا يزيد عادة عن 10 إلى 25 ميكروغرام، وهذا يعادل مجالا كهربائيا يبلغ عدة مئات من الدي في الثانية، إذا كان التركيب في التركيب غير كاف.

ديليكتري كونستانت (القيادة النسبية)

(أ) [العاملة في مجال الديكترولوجيا (العاملة في مجال الطاقة الكهربائية) (العاملة في مجال الطاقة الكهربائية) (العاملة في المادة 3) (العاملة في المادة الكيميائية) (العاملة في المادة 3) (العاملة في مجال الأشعة السينية) (العاملة في مجال الأشعة السينية) (العاملة في المادة 5)

التصريف الكهربائي والتأجير

وفي حين أن مصفوفة البوليمر الصلبة التي وضعها الفصل ينبغي أن تكون موصلا إلكترونيا مثاليا، فإن الوصل الكهربائي يمكن أن يحدث بسبب وجود أو عدم وجود تسرب أو منتجات تحللية، وبالإضافة إلى ذلك، فإن ارتفاع معدلات تسرب المواد المحتوية على مقياس الكهروليت هو الذي يؤدي إلى حدوث تحيزات في الوقت الراهن على مستويات عالية من حيث الجودة، كما أن القدرة على التصرف في أجهزة التحلل المتطورات غير مقبولة.

الأثر على سلامة البطاريات

منع الدوائر القصيرة الداخلية

أما أهم وظيفة في مجال السلامة في الفصل فهي منع الاتصال المباشر بين المقطع والقطع، وقد تؤدي الطوابق الميكانيكية، والنمو في الطقوس (لا سيما من الأنابيب المعدنية الليثيومية)، أو أن التقلص الحراري إلى تقويض سلامة المظلات، وعندما تحدث طبقة قصيرة من الوصلات الحرارية، يمكن للخلية أن تتصرّف بسرعة، مما يولد حرارة شديدة تؤدي إلى حدوث سلسلة من الضغط الحراري - المميتة)

الديكلتري تحت الضغط الحراري والميكانيكي

وفي ظل التشغيل العادي، يوفر قوام الديكلستري هامشا آمنا، غير أنه عندما تختبر الخلية مبالغ زائدة، أو تدفئة خارجية، أو تشوه آلي (مثل اختبار السحق)، تتدهور ممتلكات المفصل، وتزداد الأفلام المتعددة الألياف تخفف وتتقلص قرب نقاط الانصهار، مما يقلل من حجمها، ويزيد من درجة حرارة المفرقعات المكوّنة التي توفر درجة حرارة أكبر بكثير.

التأثير على كفاءة البطاريات والمقاومة الداخلية

١٥ - وتؤثر الممتلكات الكهربائية للمصرف على المقاومة الداخلية للبطارية، التي تؤثر بدورها على كفاءة الطاقة والقدرة على توليد الطاقة وتوليد الحرارة، وتتحكم المقاومة الأيونية للمنفصل في سماحه، والتقلب )الطبيعة المتحركة للمسامير(، والسمك، والكهرباء، والارتفاع في عدد الخلايا السميكة أو التي تتسم بقلة القدرة على المقاومة.

أثر نظام ديليكتري على النقل

وفي حين أن ثابت الديكلتري للصلصة المنفصلة منخفض، فإن وجود نظام غذائي فعال في المركبة المخترقة بالكهرباء له أثر فرعي على انتساب ونقل الأيوني، إذ أن تعددية التصاريح المحلية الأعلى يمكن أن تعزز فصل أملاح الليثيوم في أنهار حرة، مما قد يزيد من السلوك الأيوني المستمر.

السلف في المواد الانفصالية لتحسين الأداء الكهربائي

المفرقعات المكوَّنة من الأقطار

إضافة إلى ذلك، فإن تطبيق طبقة رقيقة من الجسيمات النانوية الخزفية (مثلاً، أو المادة 2، أو المادة 2، أو المادة 2 من النظام الآلي) على جانب أو جانبي جهاز انفصال متعدد التوابع، يؤدي إلى تحسين قوة الديكل، والاستقرار الحراري، ومقاومة التركيب الميكانيكية، ويمكن أن تطبق هذه المعاطف عن طريق التغليف أو التغليف باللونات، أو التلعثمر.

المفصلون المتقدمون من البوليمرات والمركبون

وفيما عدا البوليفينات، يستكشف الباحثون مواد مثل البوليميد، وفلوريد متعدد الفينيل، وبوليكيرلونتريل (PAN) للمفصلين، كما أن هذه المصفوفات توفر نقاطاً للذوبان أعلى، وتأخراً أفضل في اللهب، وارتفاعاً في مستويات النضوب الديكالي، مثلاً، يمكن للمفرقعات أن تصمد درجات الحرارة فوق 300 درجة مئوية وأن تكون لها قوة مميتة.

مفرقعات نانوفبير

ويخلق النانوفبيرات الكهربية المسببة للتعددية المنفصلية ذات حجم عال جدا (70-90 في المائة) وحجم صغير، مما يؤدي إلى مقاومة منخفضة من الأيونات، وعندما تقترن هذه البطاطا المتحركة بمعاطف الخزف، يمكن أن تحقق كل من السمية الأيونية العالية والقوة العالية من الديكليات، على سبيل المثال، هيكل أساسي من الكبريتات مع جيل من الفول السوداني.

طرق التكييف والاختبار

اختبارات الديليكتري

ويستلزم قياس حجم المفصل إعداد عينات دقيقة لتجنب آثار الحافة، ويوضع الفصل عادة بين كهرباء مسطحين في جهاز الديكل السائل (ويستخدم في كثير من الأحيان نفس الكهربة المستخدمة في البطارية)، ويطبق تضخم كربوني أو دي دي دي سي ببطء إلى أن يحدث انهيار، وكثيرا ما يستخدم معيار قياس الارتداد D149 كمرجع.

المقاومة الكهربائية والسلوك

ويقاس مقاومة الكم بالكهرباء باستخدام نظام الكهروود الحر تحت بيئة خاضعة للمراقبة للقضاء على آثار الرطوبة، وبالنسبة للمفصلين الذين يرتدون بالكهرباء، تقاس المقاومة الأيونية باستخدام المضاربة الكهروكيميائية بعد شبع المسامير، ويحسب رقم ماكمولين بمقارنة الأعداد العالية من الحساسية من الكمبيوترات المتناثرية إلى المضغوطينات.

القياس الحالي

ويطبق هذا التيار المستمر في العاصمة (مثلا 5 خامسا) عبر الفصل الجاف، ويجري رصده بمرور الوقت، كما أن تيارات السكك الحديدية التي تقل عن 1 ميكروغرام/سم2 هي نموذجية بالنسبة للمفصلين ذوي الجودة العالية، وقد تشير أي زيادة بمرور الوقت إلى تلوث أو استيعاب الرطوبة الأيونيين، مما قد يؤدي إلى تدهور أداء العزل.

الاتجاهات والتحديات المستقبلية

فمع استمرار ارتفاع كثافة الطاقة المتوازية، فإن المطالب على المفرقعات المنفصلة تصبح أكثر صرامة، إذ أن المفرقعات المتناثرة تخفض المقاومة الداخلية، بل تتطلب أيضاً قوة كهربية أعلى من حيث الديكترونية، وقسوة ميكانيكية، وتُستخدم البطاريات ذات الصبغة الكهربية، التي تزيل الكهربية السائلة، وتعتمد على طبقات كهربائية صلبة تعمل كنظارات الكترولية ذات الترددات الكهربائية.

إن الخواص الكهربائية لأجهزة فصل البطاريات الليثيوم - ايون - ولا سيما العزل الكهربائي، والقوة الديكلتري، والديليكتري الثابت، هي الأساس لكل من السلامة والكفاءة، ولا تزال التطورات في علوم المواد، مثل المعاطف السماوية، والمركبات النانوية، والبوليميرات ذات الأداء العالي، تؤدي إلى زيادة حدود ما يمكن تحقيقه من قوة وكفاءة، ومن خلال فهم وتقليص مصداقية هذه الخواص.

Additional resources: For further reading on separator electrical testing, see ]ASTM D149 standard for dielectric breakdown], and for a detailed review of separator materials and properties, refer to ] This journal article on advanced separators for lithium-ionteries[FT:4]