تجزیه و تحلیل عمیق -مورد باتری LiSoCl2: عملکرد، قابلیت اطمینان و چشم انداز توسعه

در زمینه باتری های اولیه، کیف باتری LiSoCl2 با عملکرد جامع عالی خود به یک محصول بسیار نماینده تبدیل شده است. اگرچه روند تجاری سازی آن نسبت به برخی دیگر از باتری های لیتیومی دیرتر است، اما با مزایای منحصر به فرد به سرعت رشد کرده و اکنون به یکی از سری های اصلی باتری های لیتیومی در جهان تبدیل شده است. کیس باتری لیتیوم پلیمری به طور گسترده در زمینه های غیر نظامی مانند ضربان سازهای قلبی و منابع تغذیه پشتیبان CMOS استفاده می شود و همچنین جایگاه مهمی را در زمینه های نظامی مانند گلوله های توپخانه، موشک و فیوز اشغال می کند. قابلیت اطمینان آن به طور مستقیم با ایمنی و پایداری سناریوهای کاربردی مرتبط است. این مقاله به طور سیستماتیک عملکرد عالی، وضعیت کاربرد، مسائل مربوط به قابلیت اطمینان هسته و جهت‌های تحقیقاتی بهبود بسته باتری لیتیوم یون را تجزیه و تحلیل می‌کند و دانش اصلی صنعت این محصول را به طور جامع ارائه می‌کند.

دلیل اینکه پوشش منشوری آلومینیومی می تواند به طور گسترده در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار گیرد در عملکردهای متعدد برجسته آن است که به آن مزیت های رقابتی قابل توجهی در بین محصولات مشابه می دهد:

1. سطح ولتاژ پیشرو:در میان تمام محصولات باتری، پوشش سلولی منشوری سفارشی شده دارای عالی ترین عملکرد ولتاژ است. ولتاژ مدار باز-تک باتری آن می‌تواند به 3.6-3.7 ولت برسد که بسیار بیشتر از باتری‌های مشابه است که می‌تواند پشتیبانی پایدار منبع تغذیه را برای سناریوهای تقاضای ولتاژ بالا فراهم کند.

2. پایداری ولتاژ قوی و دقت ولتاژ بار بالا:بسته باتری دوچرخه برقی لیتیوم -یون دارای خروجی ولتاژ بسیار پایدار و دقت ولتاژ بار عالی است. هنگامی که نرخ جریان تخلیه 1 میلی آمپر بر سانتی متر است، ولتاژ را می توان به طور پایدار در 3.3 ولت حفظ کرد و ولتاژ می تواند همیشه در بیش از 90٪ محدوده تخلیه انرژی باتری ثابت بماند و به طور موثر عملکرد پایدار تجهیزات الکتریکی را تضمین کند.

4. محدوده دمای عملیاتی گسترده:بسته باتری لیتیوم{0} یون دارای سازگاری محیطی قوی است و محدوده دمای عملیاتی آن -55 درجه -+85 درجه است. چه در محیط‌های سرد{5}}در دمای بسیار پایین و چه در سناریوهای گرم{6} با دمای بالا، عملکرد آن می‌تواند عالی بماند و با محیط‌های کاربردی خاص مانند ارتفاع-، مناطق قطبی و تجهیزات با دمای بالا سازگار شود.

5. عمر ذخیره سازی طولانی و نرخ تخلیه خود{1} پایین:محفظه باتری MnO2 نرخ تخلیه خود{1} بسیار پایین کمتر از 1% دارد. این مزیت از این واقعیت ناشی می شود که لیتیوم یک لایه محافظ LiCl روی سطح الکترولیت تشکیل می دهد و لیتیوم را در الکترولیت بسیار پایدار نگه می دارد. همراه با ساختار عالی آب بندی باتری، عمر ذخیره سازی بسته باتری LiFePO می تواند تا 10 سال باشد، که می تواند نیازهای کاربردی منابع تغذیه پشتیبان بلندمدت- را برآورده کند.

در حال حاضر، سیستم محصول کیف باتری لیتیوم پلیمری با انواع مدل‌ها و انواع، ساختارهای مختلفی مانند دکمه-، استوانه‌ای و مستطیلی را پوشش می‌دهد، به طور فزاینده‌ای بهبود یافته است. هر ساختار بیش از ده مدل خاص دارد و محدوده پوشش ظرفیت وسیع است، از چند میلی‌آمپرساعت تا چند صد هزار میلی‌آمپر ساعت، که می‌تواند به طور دقیق با تقاضای برق سناریوهای مختلف مطابقت داشته باشد. از منظر زمینه های کاربردی، بسته باتری لیتیوم یونی با نرخ پایین و متوسط{3}} محصولات اصلی در بازار فعلی هستند. در زمینه مدنی، آنها منبع تغذیه پایداری را برای تجهیزات الکترونیکی دقیق مانند ضربان سازهای قلبی و منابع تغذیه پشتیبان CMOS فراهم می کنند. در زمینه نظامی، آنها اجزای اصلی قدرت تجهیزاتی مانند گلوله های توپخانه، موشک ها، فیوزها و مین ها هستند که اهمیت استراتژیک بالایی دارند.

تأخیر ولتاژ یک مشکل کلیدی است که بر عملکرد راه اندازی پوشش منشوری آلومینیومی تأثیر می گذارد. صنعت تحقیقات چند بعدی در مورد این مشکل انجام داده است، و جهت‌های اصلی شامل بهینه‌سازی افزودنی، جایگزینی نمک الکترولیت، اصلاح سطح الکترود منفی، بهبود خلوص الکترولیت و غیره است:

(1) افزودن افزودنی های هدفمند:ابتدا PVC (پلی وینیل کلرید) و VC{0}}VOC (کوپلیمر پلی اتیلن-وینیلیدین کلرید) را اضافه کنید. این مواد می توانند یک فیلم منسجم نازک و قوی بر روی سطح لیتیوم تشکیل دهند، ساختار LiCl را تغییر دهند و سرعت رشد کریستالی آن را کاهش دهند، در نتیجه تاخیر ولتاژ و رشد امپدانس را بدون تسریع در خوردگی آند لیتیوم یا کاهش ظرفیت کاهش دهند. لازم به ذکر است که PVC حلالیت ضعیفی در الکترولیت دارد، بنابراین باید ابتدا در THF اضافی (تتراهیدروفوران) حل شود و THF باقیمانده با حرارت دادن قبل از افزودن به سیستم حذف شود. دوم، افزودن ترکیبات اوژنول لیتیوم بورات (مانند Li2B10Cl10، Li2B10Br10، و غیره)، که می تواند غیرفعال شدن آند لیتیوم فلزی را تضعیف کند و تاخیر ولتاژ را در هنگام راه اندازی باتری پریزماتیک{5} سفارشی شده کاهش دهد. سوم، افزودن نمک هایی با ساختاری شبیه به آنیون بورات اوژنول (مانند SbCl5 یا LiSbCl6) تأثیر مثبتی در کاهش پلاریزاسیون اولیه دارد.

(2) تحقیق در مورد نمک الکترولیت جایگزین LiAlCl4:از یک طرف، ترکیبات هالوبورات را می توان اضافه کرد، که می تواند تاخیر ولتاژ را کاهش دهد، اما رسانایی آنها کمتر از LiAlCl4 است، و رسانایی به طور قابل توجهی در دماهای پایین کاهش می یابد، که عملکرد تخلیه بالای بسته باتری دوچرخه برقی لیتیوم -یون را محدود می کند. از سوی دیگر، LiGaCl4 را می توان برای جایگزینی LiAlCl4 به عنوان نمک الکترولیت برای بهینه سازی پایداری سیستم الکترولیت استفاده کرد.

(3) اصلاح پوشش سطحی الکترود لیتیوم منفی:با پوشش دادن یک فیلم سیانواکریلات بر روی سطح الکترود لیتیوم منفی، تماس مستقیم بین لیتیوم و الکترولیت را می توان کاهش داد و از تولید فیلم غیرفعال سازی لیتیوم جلوگیری کرد. با این حال، مطالعات نشان داده‌اند که چنین افزودنی‌هایی ممکن است باعث کاهش ظرفیت بسته باتری لیتیوم{0} یونی پس از ذخیره‌سازی شوند، بنابراین لازم است فرآیند پوشش و نسبت مواد بیشتر بهینه شود.

(4) بهبود خلوص محلول الکترولیت:ناخالصی هایی مانند H2O، Fe، Cu و HCl در الکترولیت رشد فیلم غیرفعال را تسریع کرده و بر عملکرد باتری MnO2 تأثیر می گذارد. استفاده از لیتیوم فلزی به عنوان یک پاک کننده برای غیرفعال کردن الکترولیت می تواند به طور موثر ناخالصی ها را حذف کند، رشد فیلم را مهار کند و قابلیت اطمینان باتری را بهبود بخشد.

(5) افزودن گاز SO2 به الکترولیت:افزودن گاز SO2 به الکترولیت می تواند یون های کمپلکس تتراکلروسولفونات را تشکیل دهد که انتظار می رود تاخیر ولتاژ را کاهش دهد. در حال حاضر، این جهت هنوز نیاز به تحقیق و تأیید عمیق- دارد.

خرابی ذخیره سازی و سرویس بسته باتری LiFePO یک فرآیند پیچیده است که توسط عوامل متعدد ایجاد می شود. حل مشکل قابلیت اطمینان، کلید گسترش آن به طیف گسترده‌تری از سناریوهای کاربردی است. در آینده، با تجدید و تکرار مداوم مواد آب بندی، ارتقاء مداوم فرآیند اتصال بین فولاد ضد زنگ و مواد آب بندی، بهینه سازی و بهبود تدریجی فرمولاسیون الکترولیت ها و کنترل منطقی هزینه های تولید، قابلیت اطمینان و ایمنی کیف باتری پلیمری لیتیومی بیشتر بهبود خواهد یافت. با مزایای آن مانند عملکرد ولتاژ عالی، انرژی ویژه بالا، سازگاری گسترده با دما و طول عمر ذخیره سازی طولانی،قاب باتری LiSoCl2انتظار می‌رود در زمینه‌های الکترونیکی دقیق‌تر، تجهیزات پیشرفته‌تر و زمینه‌های کاربردی محیطی شدیدتر پیشرفت کند و چشم‌انداز کاربرد گسترده‌ای در بازار دارد.