ההרכב שלסוללת ליתיום

הרכב החומרים של סוללות ליתיום כולל בעיקר חומרי אלקטרודה חיובית, חומרי אלקטרודה שלילית, מפרידים, אלקטרוליטים ומארזים.

1. מבין חומרי האלקטרודה החיובית, החומרים הנפוצים ביותר הם ליתיום קובלט, ליתיום מנגן, ליתיום ברזל פוספט וחומרים טרנריים (פולימרים של ניקל, קובלט ומנגן). חומר האלקטרודה החיובית מהווה חלק גדול (יחס המסה בין חומרי האלקטרודה החיובית והשלילית הוא 3:1~4:1), מכיוון שביצועי חומר האלקטרודה החיובית משפיעים ישירות על ביצועי סוללת ליתיום-יון, ועלותו קובעת גם היא ישירות את עלות הסוללה.
2. מבין חומרי האלקטרודה השלילית, גרפיט טבעי וגרפיט מלאכותי הם כיום חומרי האלקטרודה השלילית העיקריים. חומרי האנודה הנחקרים כוללים ניטרידים, חומצה פוליאספרטית, תחמוצות מבוססות בדיל, סגסוגות בדיל, חומרי ננו-אנודה ותרכובות אינטר-מתכתיות אחרות. כאחד מארבעת החומרים העיקריים של סוללות ליתיום, חומרי אלקטרודה שלילית ממלאים תפקיד חשוב בשיפור קיבולת הסוללה וביצועי המחזור, והם בליבת השלבים האמצעיים של תעשיית סוללות הליתיום.
3. חומרי הדיאפרגמה המכוונים לשוק הם בעיקר דיאפרגמות פוליאולפין, העשויות בעיקר מפוליאתילן ופוליפרופילן. במבנה של מפריד סוללות ליתיום, המפריד הוא אחד המרכיבים הפנימיים המרכזיים. ביצועי המפריד קובעים את מבנה הממשק וההתנגדות הפנימית של הסוללה, מה שמשפיע ישירות על הקיבולת, המחזור וביצועי הבטיחות של הסוללה. מפריד בעל ביצועים מצוינים ממלא תפקיד חשוב בשיפור הביצועים הכוללים של הסוללה.
4. האלקטרוליט עשוי בדרך כלל מממסים אורגניים בעלי טוהר גבוה, מלחי ליתיום אלקטרוליטים, תוספים נחוצים וחומרי גלם אחרים ביחס מסוים בתנאים מסוימים. האלקטרוליט ממלא את תפקידו של הולכת יונים בין האלקטרודות החיוביות והשליליות של סוללת הליתיום, מה שמבטיח מתח גבוה ואנרגיה ספציפית גבוהה של סוללת ליתיום-יון.
5. מעטפת סוללה: מחולקת למעטפת פלדה, מעטפת אלומיניום, מעטפת ברזל מצופה ניקל (לסוללות גליליות), סרט אלומיניום-פלסטיק (אריזה רכה) וכו', כמו גם מכסה הסוללה, שהוא גם הדקים החיוביים והשליליים של הסוללה.
6. עקרון עבודת הסוללה
7. כאשר הסוללה נטענת, נוצרים יוני ליתיום על האלקטרודה החיובית של הסוללה, ויוני הליתיום הנוצרים נעים לאלקטרודה השלילית דרך האלקטרוליט. למבנה הפחמן של האלקטרודה השלילית יש נקבוביות רבות, ויוני הליתיום המגיעים לאלקטרודה השלילית משובצים במיקרו-נקבוביות של שכבת הפחמן. ככל שיותר יוני ליתיום משובצים, כך קיבולת הטעינה תהיה גבוהה יותר. כאשר הסוללה מתרוקנת, יוני הליתיום המשובצים בשכבת הפחמן של האלקטרודה השלילית יוצאים וחוזרים לאלקטרודה החיובית. ככל שיותר יוני ליתיום חוזרים לאלקטרודה החיובית, כך קיבולת הפריקה גבוהה יותר. באופן כללי, קיבולת הפריקה מתייחסת לקיבולת הפריקה. במהלך תהליך הטעינה והפריקה של סוללת ליתיום, יוני ליתיום נמצאים במצב של תנועה מהאלקטרודה החיובית לאלקטרודה השלילית. אם משווים את תמונת סוללת הליתיום לכיסא נדנדה, שני קצוות כיסא הנדנדה הם האלקטרודות החיוביות והשליליות של הסוללה, ויוני ליתיום הם כמו ספורטאים, הרצים הלוך ושוב בין שני קצוות כיסא הנדנדה. לכן סוללות ליתיום נקראות גם סוללות כיסא נדנדה.