في بطاريات الليثيوم أيون، تُشكّل الإلكتروليتات والفواصل، إلى جانب الكاثود والأنود، المواد الأساسية الأربعة للبطارية. إذا كان الكاثود والأنود يُحدّدان الحد الأقصى لكثافة الطاقة، فيمكن اعتبار الإلكتروليت بمثابة "دم" البطارية، بينما يعمل الفاصل كصمام أمان يحافظ على النظام والأمان. وتُحدّد هذه المكونات مجتمعةً ما إذا كان بإمكان أيونات الليثيوم الانتقال بكفاءة وأمان وثبات داخل البطارية، ما يُؤثّر بشكلٍ حاسم على أداء البطارية وموثوقيتها بشكلٍ عام.

أولاً: "دم" بطاريات الليثيوم - الإلكتروليت

كما هو معروف، يُعرف الإلكتروليت بأنه "دم" بطارية الليثيوم. فبعد حقن الإلكتروليت فقط تصبح البطارية فعّالة؛ وإلا فهي مجرد "غلاف" فارغ بلا جوهر حقيقي. يمكن القول إن لحظة حقن الإلكتروليت تُشبه منح الجسم روحًا، فتُحيي البطارية على الفور.

ال إلكتروليت بطارية أيون الليثيوم يتكون بشكل أساسي من المذيبات العضوية وأملاح الليثيوم والمواد المضافة.

• المذيبات العضوية

• أملاح الليثيوم

• المواد المضافة

لضمان استقرار الإلكتروليت، وتعزيز كفاءة الشحن والتفريغ، وتحسين عمر الدورة - أو لتلبية متطلبات وظيفية محددة - تُضاف عادةً كمية صغيرة من المواد المضافة. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك:

1. المواد المضافة لتكوين الأغشية: كربونات فلوروإيثيلين (FEC)، كربونات فينيلين (VC)
2. إضافات لتحسين الأداء في درجات الحرارة المنخفضة: DTD
3. إضافات مثبطة للهب: مركبات أساسها الفوسفات

على الرغم من استخدامها بكميات صغيرة، إلا أن المواد المضافة غالباً ما يكون لها تأثير كبير على أداء البطارية.

2. عملية إنتاج الإلكتروليت
تُعد عملية إنتاج الإلكتروليت عملية بسيطة نسبياً، إلا أنها تتطلب تحكماً بيئياً صارماً وإدارة دقيقة للعملية.

بحسب التركيبة، تُضاف المذيبات التي خضعت لمعالجة تجفيف دقيقة، بالنسب المطلوبة، إلى مفاعل خلط محمي بجو خامل (عادةً النيتروجين). ثم يُشغّل جهاز تبريد لتبريد خليط المذيبات. وبمجرد الوصول إلى درجة الحرارة المناسبة، يُضاف ملح الليثيوم ببطء مع التحريك لضمان ذوبانه بالكامل.

خلال هذه العملية، يكون ذوبان أملاح الليثيوم - وخاصة LiPF₆ - طاردًا للحرارة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المحلول. لذلك، يجب تبريد المحلول قبل وأثناء إضافة الملح. يجب إضافة ملح الليثيوم ببطء وعلى دفعات صغيرة، مع مراقبة درجة الحرارة باستمرار لمنع التسخين المفرط الذي قد يؤدي إلى تدهور جودة الإلكتروليت.

بعد ذوبان ملح الليثيوم بالكامل، تُضاف المواد المضافة المطلوبة وتُخلط جيداً. وبمجرد تأكيد مطابقة العينات والاختبارات للمواصفات، يُعبأ المحلول الإلكتروليتي تحت ضغط في حاويات من الفولاذ المقاوم للصدأ ويُترك لفترة قبل التعبئة النهائية والتخزين.

3. المعايير الفنية الرئيسية للإلكتروليت
قد تختلف مواصفات الإلكتروليت تبعًا للتركيبة ومتطلبات العميل. تشمل المعايير الفنية الشائعة ما يلي:

• الموصلية الأيونية

تُعدّ الموصلية الأيونية من أهم خصائص الإلكتروليت، إذ تؤثر بشكل مباشر على نقل أيونات الليثيوم داخل البطارية. وتدعم الموصلية العالية عمليات الشحن والتفريغ السريعة وعالية التيار.
تتأثر الموصلية بشكل كبير بتركيز ملح الليثيوم وتركيب المذيب. وعادةً ما تتراوح موصلية الإلكتروليت من 5 إلى 15 ملي سيمنز/سم.

• كثافة

تتأثر الكثافة بشكل رئيسي بتركيب المذيب وتركيز ملح الليثيوم. فكلما زادت نسبة المذيبات الكثيفة أو زاد محتوى الملح، زادت كثافة الإلكتروليت. ويتراوح النطاق النموذجي بين 1.0 و1.5 غ/مل.

• محتوى الرطوبة

تُعدّ الرطوبة عاملاً حاسماً، وعادةً ما تدخل المواد الخام غير المجففة جيداً أو أثناء عمليات التصنيع. ويمكن أن تؤدي الرطوبة الزائدة إلى تفاعل أملاح الليثيوم مع الماء، مُكوّنةً مركبات حمضية تُضعف أداء البطارية.
يشترط عموماً أن يكون محتوى الرطوبة أقل من 10 جزء في المليون، مع حد أقصى يبلغ 20 جزء في المليون.

• حموضة

يمكن أن تؤدي الحموضة العالية إلى تآكل المكونات الداخلية للبطارية وتحفيز التفاعلات الجانبية، مما يؤدي إلى انخفاض السعة وضعف أداء دورات الشحن والتفريغ.

• اللون (اللونية)

يجب أن يكون المحلول الإلكتروليتي الجيد عديم اللون وشفافًا. قد يؤدي التشغيل غير السليم أو بعض الإضافات إلى تغير اللون. عادةً لا يشدد مصنّعو البطاريات على اللون، وتُعتبر القيم الأقل من 50 مقبولة عمومًا؛ أما القيم الأعلى فتُعتبر معيبة.

• اللزوجة

تؤثر اللزوجة على حركة أيونات الليثيوم. ومن الأفضل أن تكون اللزوجة منخفضة. تميل الإلكتروليتات ذات المحتوى العالي من أملاح الليثيوم أو محتوى كربونات الإيثيلين إلى أن تكون ذات لزوجة أعلى، بينما تلك الغنية بالكربونات الخطية تكون عمومًا ذات لزوجة أقل.

• الشوائب الأيونية

في التطبيقات المتطورة، تخضع الشوائب الأيونية - وخاصة أيونات المعادن مثل النحاس والحديد - لرقابة دقيقة. قد تُحفز هذه الشوائب تفاعلات داخلية وتُشكل مخاطر على السلامة، لذا تُفرض حدود صارمة عليها.

إضافةً إلى استيفاء المواصفات المذكورة أعلاه، ينبغي أن يتميز الإلكتروليت المثالي بثابت عزل كهربائي عالٍ، ونطاق كهروكيميائي واسع، واستقرار كهروكيميائي وحراري جيد، وتكلفة منخفضة، وعدم سمية، ومستوى عالٍ من الأمان. مع ذلك، يصعب في كثير من الأحيان تحقيق هذه الخصائص مجتمعةً. على سبيل المثال، عادةً ما تتميز الإلكتروليتات ذات الموصلية العالية وثوابت العزل الكهربائي العالية بلزوجة أعلى، والعكس صحيح.

في السنوات الأخيرة، كان للسعي نحو كثافة طاقة أعلى وظهور بطاريات الحالة الصلبة تأثيرٌ ملحوظ على صناعة الإلكتروليت. مع ذلك، ونظرًا للوضع الراهن لتكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة، سيستغرق الأمر وقتًا طويلًا قبل أن تتمكن من استبدال بطاريات الليثيوم السائلة بشكل كامل. في المستقبل المنظور، ستظل بطاريات الليثيوم أيون السائلة هي السائدة، ومن المتوقع بالتالي أن يظل سوق الإلكتروليت مستقرًا نسبيًا.

ثانيًا: "صمام الأمان" لبطاريات الليثيوم - الفاصل

ال فاصل بطارية أيون الليثيوم يُعدّ البوليمر عنصرًا أساسيًا آخر في بطاريات الليثيوم، وهو أحد المواد الأربعة الرئيسية. يتكون عادةً من غشاء بوليمري أبيض مسامي مصنوع من البولي إيثيلين (PE) أو البولي بروبيلين (PP). وتتمثل وظيفته الأساسية في الفصل المادي بين الكاثود والأنود، مما يمنع حدوث دوائر قصر داخلية.

1. وظائف الفاصل

• لعزل الكاثود والأنود، ومنع حدوث دوائر قصر داخلية
• لتوفير مسارات لنقل أيونات الليثيوم أثناء الشحن والتفريغ (حجب الإلكترونات مع السماح للأيونات بالمرور)

2. أنواع الفواصل وعمليات تصنيعها

بفضل خبرتها الواسعة في مجال البحث والتطوير المختبري لبطاريات الليثيوم أيون، ومعدات تصنيع الخلايا، وحلول تجميع حزم البطاريات، شركة أيسي للطاقة الجديدة تلتزم بدعم الباحثين والمصنعين والشركات الجديدة الداخلة إلى الصناعة في بناء أنظمة فعالة وموثوقة وقابلة للتطوير خطوط إنتاج بطاريات الليثيوم من تقييم المواد وتطوير العمليات إلى التكامل الكامل لخط الإنتاج، تقدم شركة Acey New Energy الدعم الفني الاحترافي والحلول الشاملة لصناعة بطاريات الليثيوم أيون المتطورة.