الطاقة الجديدة

تتطور بطاريات الليثيوم بسرعة، وتوسعت تطبيقاتها من الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة إلى المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة وغيرها من المجالات. وقد أصبحت بطاريات الليثيوم جزءًا لا غنى عنه في عالم شبكات الهاتف المحمول اليوم.

الصعوبات التقنية في مجال البحث والتطوير في مجال أيونات الليثيوم هي:

1) التشتت الموحد لمواد الأقطاب الكهربائية وجزيئات المواد الموصلة؛ استقرار تخزين الملاط؛
2) مشاكل البلل أثناء الطلاء عالي السرعة والموحد للركائز ذات الطاقة السطحية المنخفضة (مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين)؛
3) التحكم في الرغوة أثناء الإنتاج والبناء.

في عملية إنتاج بطاريات الليثيوم، وللتحكم في خصائص الواجهة وتوفير طلاء مثالي لمجمع التيار، يُعدّ التشتت الجيد للجسيمات أمرًا بالغ الأهمية لأداء البطارية. في الملاط الموصل أو ملاط ​​الأقطاب الكهربائية، تُحسّن المواد المضافة تشتت واستقرار المواد الكربونية الموصلة أو المواد النشطة، كما تُوزّع الجسيمات النشطة بالتساوي في مواد الأقطاب الكهربائية لمنع تكتلها أثناء عملية التحضير، مما يُحقق إنتاجًا وتحضيرًا أكثر تجانسًا لطلاءات الأقطاب الكهربائية. على سبيل المثال، تُستخدم مُشتتات الترطيب لتثبيت الجسيمات الخزفية، والمنتجات المضافة التي تُحسّن قابلية ترطيب المواد الأساسية.

1. موزع ملاط ​​الأقطاب الكهربائية المائي

يتكون ملاط ​​بطاريات الليثيوم أيون بشكل رئيسي من نظامين: مائي وزيتي. نظام الملاط السائد حاليًا هو نظام ملاط ​​الأقطاب الموجبة PVDF/NMP الزيتي، والذي يمثل ما يصل إلى 90%، بينما يتكون الـ 10% المتبقية من مادة رابطة قابلة للذوبان في الماء؛ أما ملاط ​​الأقطاب السالبة فهو نظام مائي من الجرافيت/CMC/SBR.
يجب أن تتمتع عجينة القطب الكهربائي المثالية بخصائص ريولوجيّة ممتازة بحيث يمكن طلائها بشكل ثابت ومتساوٍ على سطح جامع التيار، مع ضمان تشتت الجسيمات الصلبة بالتساوي وبشكل ثابت، دون ترسيب أو تكتل عفوي، ويمكن أن تشكل بنية دقيقة مترابطة للقطب الكهربائي.
بسبب وجود قوى فان دير فالس أو التجاذب الكهروستاتيكي والجاذبية، من المرجح أن تتكتل الجسيمات في الملاط أو تترسب. يؤثر هذا بشكل كبير على تجانس تشتت مكونات الملاط واستقراره العام في مقاومة الترسيب. يُرجّح وجود روابط هيدروجينية وقوى كهروستاتيكية قوية نسبيًا في الملاط المائي، مما يوفر ظروفًا قوية لتكتل الجسيمات.
لذلك، تتطلب الملاطات القائمة على الماء عادةً إضافة عوامل الترطيب والتشتيت، والتي يمكنها منع الجسيمات من إعادة التجمع من خلال مبادئ التنافر الكهروستاتيكي و/أو العائق الفراغي، مما يجعل العامل الموصل والمادة النشطة موزعين بالتساوي، وبالتالي ضمان الاستقرار الطويل الأمد للطين.

2. إضافات لعجينة طلاء الحجاب الحاجز

إن مفتاح طلاء الحجاب الحاجز هو تطوير صيغة الملاط الخزفي.
يستخدم الملاط الخزفي عادةً مساحيق فائقة الدقة غير عضوية (مثل الألومينا والبوهيميت) لتحسين سلامة البطارية وخواصها الميكانيكية. ومع ذلك، توجد على سطح هذه المساحيق غير العضوية روابط غير مشبعة كثيرة، ذات طاقة سطحية عالية، وهي عرضة للتكتل في الملاط، مما يؤثر بشكل خطير على استقرار وضع الملاط الخزفي.
من أجل تحضير غشاء مطلي بالسيراميك بأداء جيد عن طريق طلاء السيراميك على الحجاب الحاجز، فإنه من الضروري عمومًا إضافة المواد الرابطة، المشتتات، عوامل الترطيب، المكثفات، عوامل التسوية، مزيلات الرغوة، وما إلى ذلك إلى الملاط.

1) عامل الترطيب والتشتيت

يقلل من لزوجة الملاط ويزيد من المحتوى الصلب؛ ويمكنه تعزيز التشتت الموحد للجسيمات السيراميكية في الوسط لتشكيل تعليق مستقر.

2) عامل مزيل للرغوة

غالبًا ما تصاحب عملية تشتيت جزيئات السيراميك تكوين رغوة وتثبيتها. لذلك، من الضروري إزالة رغوة التشتيت السيراميكي قبل الطلاء لضمان خلوه من العيوب ومنع تكوّن ثقوب صغيرة بسبب الفقاعات الداخلية.

3) عامل ترطيب الركيزة

يُحسّن قابلية ترطيب ملاط ​​السيراميك المائي على الأسطح الكارهة للماء، ويُحسّن تسوية الطلاءات الرقيقة، ويُعدّل طاقة سطح الطلاء لتحسين قابلية ترطيب الإلكتروليت. كما يُحسّن سرعة الطلاء وقوة التصاقه.

4) مكثف

يتم استخدامه لزيادة لزوجة الملاط، وتغيير الخصائص الفيزيائية للملاط، ومنع الترهل أثناء عملية الطلاء، وتثبيت الملاط لتحسين أداء تخزين الملاط.