تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع في مختلف المجالات نظرًا لكثافتها العالية للطاقة وعمرها الطويل ودورتها الصديقة للبيئة. يعتبر ملاط القطب الموجب أحد المكونات الرئيسية لبطاريات الليثيوم أيون ، مما يؤثر على أداء وسلامة البطاريات. لذلك ، من المهم فهم عملية التحضير والاحتياطات الخاصة بملاط القطب الموجب.
يمكن تقسيم عملية تحضير ملاط القطب الموجب إلى أربع خطوات: تحضير المواد الخام والخلط والطلاء والتجفيف.
تشتمل المواد الخام المستخدمة في ملاط القطب الموجب بشكل أساسي على مواد فعالة وعوامل موصلة ومواد رابطة ومذيبات. المواد الفعالة هي المصدر الرئيسي لأيونات الليثيوم والإلكترونات في البطارية ، مثل الجرافيت والسيليكون والقصدير وسبائكها أو مركباتها. تُستخدم العوامل الموصلة لتحسين التوصيل الكهربائي للملاط والإلكترود ، مثل أسود الكربون والجرافين والأنابيب النانوية الكربونية. تُستخدم الروابط لربط المواد الفعالة والعوامل الموصلة معًا ولصقها بالمجمع الحالي ، مثل فلوريد البوليفينيلدين (PVDF) ومطاط الستايرين بوتادين (SBR) وكاربوكسي ميثيل السليلوز (CMC). تُستخدم المذيبات في إذابة الروابط وضبط لزوجة الملاط ، مثل N-methyl -2- pyrrolidone (NMP) والماء والإيثانول.
2. خلط
تتمثل خطوة الخلط في تشتيت المواد الفعالة والعوامل الموصلة والمواد الرابطة بشكل موحد في المذيب لتشكيل ملاط متجانس. يمكن أن تكون طريقة الخلط عبارة عن تحريك ميكانيكي أو تشتت بالموجات فوق الصوتية أو طحن كروي. يجب التحكم في وقت الخلط وسرعته ودرجة الحرارة وفقًا لخصائص المواد الخام والجودة المرغوبة للملاط. تعتبر خطوة الخلط حاسمة لتحقيق تشتت جيد ، الالتصاق وتوحيد الطلاء للملاط.
3. طلاء
تتمثل خطوة الطلاء في وضع الملاط على رقاقة معدنية (نحاسية عادةً) كمجمع حالي باستخدام آلة طلاء. يمكن أن تكون طريقة الطلاء عبارة عن شفرة الطبيب أو فتحة القالب أو طلاء الرش. يجب ضبط سماكة الطلاء وسرعته وضغطه وفقًا لخصائص الملاط ومتطلبات القطب. تعتبر خطوة الطلاء ضرورية لتحديد الحمل الكتلي والمسامية والتشكل للقطب الكهربي.
4. التجفيف
خطوة التجفيف هي إزالة المذيب من الملاط المطلي باستخدام فرن تجفيف أو منفاخ هواء ساخن. يجب تحسين درجة حرارة التجفيف والوقت والجو وفقًا لنوع المذيب والمواد الرابطة المستخدمة في الملاط. تعتبر خطوة التجفيف مهمة للتخلص من المذيب المتبقي ، وتعزيز التصاق المادة اللاصقة وتحسين استقرار القطب.
تشمل احتياطات تحضير ملاط القطب الموجب بشكل أساسي ما يلي:
- اختيار الخامات المناسبة حسب متطلبات أداء البطارية.
- التحكم في نسبة المواد الفعالة والعوامل الموصلة والمجلدات حسب الانسيابية المطلوبة والخصائص الكهروكيميائية للملاط.
- تجنب تلوث أو أكسدة المواد الخام والطين أثناء التخزين والمناولة.
- ترشيح أو تفريغ الملاط قبل الطلاء لإزالة فقاعات الهواء أو الشوائب.
- معايرة آلة الطلاء بانتظام لضمان سماكة طلاء دقيقة ومتسقة.
- تخزين أو معالجة الأقطاب الكهربائية المطلية بشكل صحيح لمنع التشقق أو التقشر.
يعد تحضير ملاط القطب الموجب عملية معقدة وحساسة تتطلب تصميمًا وتشغيلًا دقيقين. باتباع هذه الخطوات والاحتياطات ، يمكن للمرء الحصول على ملاط قطب كهربائي عالي الجودة لبطاريات الليثيوم أيون.
