هدف الكشف
تحديد المواد اللاصقة ومواد الفصل شائعة الاستخدام في بطاريات الليثيوم أيون
ملخص
بطاريات الليثيوم نوع من البطاريات يستخدم معدن الليثيوم أو سبيكة الليثيوم كمادة قطب سالب، ومحاليل إلكتروليت غير مائية. تتميز هذه البطاريات بمزايا عديدة، منها الطاقة النوعية العالية، والعمر التشغيلي الطويل، والجهد الاسمي العالي، ومعدل التفريغ الذاتي المنخفض، وخفة الوزن، والقدرة العالية على التكيف مع درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة، فضلاً عن كونها صديقة للبيئة. ونتيجة لذلك، شهدت تطبيقاتها انتشارًا واسعًا، وأصبحت اليوم النوع الأكثر شيوعًا من البطاريات. تتكون بطاريات الليثيوم بشكل أساسي من مكونات مثل القطب السالب، والقطب السالب، والفاصل، والإلكتروليت العضوي، والغلاف.
في مجال البحث والتطوير والإنتاج ومراقبة جودة بطاريات الليثيوم، يُعد التحليل النوعي للمواد المستخدمة في الكاثودات والأنودات، مثل المواد الرابطة، ومواد الفصل، والإلكتروليتات العضوية، والمواد البوليمرية، أمراً ضرورياً. وتُعتبر مطيافية تحويل فورييه بالأشعة تحت الحمراء (FTIR)، التي تستفيد من بصمة الطيف الفريدة للمركبات العضوية، الطريقة الأمثل للتحليل النوعي للمواد العضوية في بطاريات الليثيوم.
جهاز
مطياف HKL-FTIR لتحليل بطاريات الليثيوم أيون
طلب
الكاثود: التحليل النوعي/الكمي للمواد الرابطة
الأنود: التحليل النوعي/الكمي للمواد الرابطة
مادة فاصلة: تحليل نوعي
مواد بوليمرية أخرى: تحليل نوعي
حل لتحليل مواد ربط بطاريات الليثيوم
1. نظرة عامة
تشمل المواد الرابطة الشائعة المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون بشكل أساسي كحول البولي فينيل (بولي فينيل الكحول)، والبولي تترافلوروإيثيلين (مادة PTFE)، والبولي أوليفينات (PP، البولي إيثيلين، وبوليمراتها المشتركة)، وفلوريد البولي فينيليدين (مادة PVDF)، بالإضافة إلى مطاط بندقية قصيرة الماسورة المعدل، والمطاط المفلور، والبولي يوريثان، وغيرها. وباعتبارها مكونًا أساسيًا لأقطاب بطاريات الليثيوم أيون، تعمل المواد الرابطة على ضمان الالتصاق الكافي بين جزيئات المادة الفعالة وبين المادة الفعالة وجامعات التيار أثناء تشغيل البطارية، كما تُسهّل تكوين طبقة SEI (طبقة التفاعل بين الإلكتروليت الصلب والركيزة).
يُعدّ مطياف HKL-FTIR لتحليل بطاريات الليثيوم أيون، والمُجهّز بوحدة الانعكاس الكلي المُخفّف (ATR)، حلاً مثالياً لتحليل المواد الرابطة في بطاريات الليثيوم. لا تتطلب هذه الطريقة أي تحضير للعينات، وهي سهلة التطبيق، وتُقدّم نتائج موثوقة، مما يجعلها خياراً ممتازاً لتحديد المواد الرابطة المستخدمة في بطاريات الليثيوم.
2. مثال على الطيف
 |
بولي تترافلوروإيثيلين (مادة PTFE) |
 |
فلوريد البولي فينيليدين (مادة PVDF) |
|
بولي أكريلات |
3. تحليل سداسي فلوروفوسفات الليثيوم
سداسي فلوروفوسفات الليثيوم (LiPF6)6يُعدّ عنصرًا أساسيًا في إلكتروليت بطاريات الليثيوم أيون. يتميز بذوبانية مناسبة وموصلية عالية في مختلف المذيبات غير المائية؛ ويمكنه تكوين طبقة إلكتروليت صلبة ملائمة (غشاء SEI) مع المذيبات على قطب الكربون الموجب؛ كما أنه يُخمل جامع التيار الموجب بفعالية لمنع ذوبانه؛ ويتمتع بنطاق استقرار كهروكيميائي واسع نسبيًا، ويُظهر ملاءمة جيدة نسبيًا للبيئة.
لتحديد قمم الامتصاص، تُوزّع العينة بشكل متجانس عن طريق الطحن مع البارافين السائل، ويتم تحضيرها بتغليفها على قرص بلوري من بروميد البوتاسيوم (بروميد البوتاسيوم). ثم تُقارن النتائج مع الطيف المرجعي لسداسي فلوروفوسفات الليثيوم لتحديد هوية العينة.
مثال على الطيف
حلول لتحليل بطاريات الليثيوممادة الفصل
مادة الفاصل عبارة عن غشاء بوليمري مُشكَّل خصيصًا ذو بنية دقيقة المسام، يسمح لأيونات الليثيوم بالمرور بحرية مع منع الإلكترونات. حاليًا، تُصنع فواصل بطاريات الليثيوم بشكل أساسي من فواصل البولي أوليفين (PP، البولي إيثيلين، PP/البولي إيثيلين/PP) باستخدام عمليات تشكيل المسام بالتمديد الميكانيكي. وباعتبارها أفضل طريقة نوعية لتوصيف البوليمر، يمكن استخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء لتحليل مواد فواصل بطاريات الليثيوم نوعيًا.
باستخدام مطياف HKL-FTIR لتحليل بطاريات الليثيوم أيون المزود بملحق الانعكاس الكلي المخفف (ATR)، يمكن اختبار مادة فاصل بطارية الليثيوم بشكل مباشر.
 |
مادة عينة البولي بروبيلين |
|
مادة عينة البولي إيثيلين |
