أربعة مواد رئيسية لبطارية الليبو 3s الجافة!

كيف تولد بطارية lipo 3s الكهرباء؟

عندما تعمل بطارية lipo 3s، تشارك أيونات الليثيوم في تفاعل الأكسدة والاختزال لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، وهذا هو سبب قدرة بطارية lipo 3s على توفير الطاقة الكهربائية. تشمل مؤشرات تقييم منتج بطارية lipo 3s كثافة الطاقة، عمر الدورة، أداء المعدل (أداء التفريغ تحت تيارات مختلفة)، أداء السلامة، ودرجة الحرارة المناسبة.

تركيب تكلفة بطارية lipo 3s

من منظور هيكل تكلفة بطارية lipo 3s، القطب الموجب، القطب السالب، الإلكتروليت والفاصل هي المواد الخام الأربعة الرئيسية، ونسبتها في التكلفة أعلى بكثير من مواد أخرى مثل أسلاك التوصيل، الموصلات والعوامل الموصلة. هذا مشابه لبطارية lipo 3s. المبدأ الأساسي للعمل هو نفسه.

أربع مواد رئيسية لبطارية lipo 3s

1. مادة القطب الموجب لبطارية lipo 3s

في الوقت الحالي، مادة القطب الموجب هي المادة الأساسية لبطارية lipo 3s، وهي عامل رئيسي يحدد أداء البطارية. لها تأثير مباشر على كثافة الطاقة النهائية، الجهد، عمر الخدمة، والسلامة للمنتج. كما أنها الجزء الأغلى في بطارية lipo 3s. لهذا السبب، غالبًا ما تُسمى بطارية lipo 3s باسم مادة القطب الموجب، مثل البطارية الثلاثية، وهي بطارية lipo 3s التي تستخدم المادة الثلاثية كقطب موجب.
تشير كثافة طاقة بطارية lipo 3s إلى الطاقة الكهربائية التي يمكن إطلاقها بواسطة وحدة الحجم أو الكتلة المتوسطة للبطارية. كلما زادت كثافة الطاقة، زادت مسافة البطارية. هذا المؤشر هو أحد الأسس المهمة لتحديد ما إذا كانت بطارية lipo 3s تستحق الحصول على دعم حكومي.
حول كثافة طاقة بطارية lipo، تقدم المقالة التالية طريقة تحسين كثافة طاقة بطارية lipo بالتفصيل. يمكن للشركاء المهتمين النقر للعرض:
تحسين كثافة طاقة بطارية ليبو 1200 مللي أمبير - تحسين كثافة الخلية

الفرق بين مواد الكاثود المختلفة واضح، ومجالات التطبيق أيضًا مختلفة. يمكن تقسيم مواد الكاثود الشائعة إلى أكسيد الكوبالت الليثيوم (LCO)، أكسيد المنغنيز الليثيوم (LMO)، فوسفات الحديد الليثيوم (LFP)، والمواد الثلاثية (NCM).
1) مادة أكسيد الحديد الليثيوم
أكسيد الكوبالت الليثيوم هو أقدم مادة كاثود تم تسويقها تجاريًا. كثافة طاقته أعلى من بطاريات قابلة لإعادة الشحن مثل نيكل-معدن هيدريد والرصاص-حمض. يعكس أولاً إمكانات تطوير بطارية lipo 3s، لكنه مكلف جدًا وله عمر دورة منخفض. هو مناسب فقط للمنتجات الإلكترونية 3C. على الرغم من أن أكسيد المنغنيز الليثيوم له تكلفة منخفضة، إلا أن كثافة طاقته ليست جيدة. تم استخدامه في المركبات الكهربائية بطيئة السرعة في البداية، مثل سيارات البطاريات، إلى حد ما. اليوم، يُستخدم بشكل رئيسي في أدوات الطاقة ومجالات تخزين الطاقة، ونادرًا ما يُرى في بطاريات الطاقة.
2) المادة الثلاثية
الميزة الأساسية للمواد الثلاثية هي كثافة الطاقة العالية. تحت نفس الحجم والوزن، عمر البطارية يتفوق بكثير على المسارات التقنية الأخرى. لكن عيوبها واضحة جداً: سلامة ضعيفة، نقطة اشتعال منخفضة عند التعرض للصدمات ودرجات الحرارة العالية. في اختبارات السلامة الحديثة مثل الوخز والشحن الزائد، التي تكون أكثر سخونة، يصعب على بطاريات الطاقة الثلاثية ذات السعة الكبيرة اجتياز الاختبار. هذا العيب في أداء السلامة هو الذي قيد دائماً التجميع واسع النطاق والتطبيق المتكامل لمسار تقنية المواد الثلاثية.

فوسفات الحديد الليثيوم هو عكس المواد الثلاثية تماماً، بكثافة طاقة متوسطة وعمر بطارية متوسط، لكنه يتميز بسلامة ممتازة.
بالإضافة إلى ميزة السلامة، هناك عامل رئيسي آخر وراء الارتفاع السريع في مبيعات فوسفات الحديد الليثيوم وهو الرخص. لفترة طويلة، السبب الرئيسي لتكلفة المواد الخام العالية للبطاريات الثلاثية (التي تشكل ما يقرب من 90%) هو الطلب الكبير على الكوبالت. الكوبالت معدن نادر، مكلف جداً وغير مستقر للغاية في التعدين. يتقلب سعره بشكل كبير. كما أن سلسلة التوريد هشة جداً، مما قد يؤثر بسهولة على الصناعات التالية.
عمر بطارية سيارة كهربائية نموذجية بفوسفات الحديد الليثيوم حوالي 300~400 كم، وهو كافٍ لتلبية احتياجات حركة المرور الحضرية. لا يمكن للبطارية الثلاثية أن تعكس مزاياها الأساسية في هذا السيناريو التطبيقي.
مدفوعة بالدفع المزدوج للتكلفة والبنية التحتية، ليس من المستغرب أن تختار المزيد من شركات السيارات تقنية فوسفات الحديد الليثيوم. حتى عملاق بطاريات الطاقة CATL، الذي بدأ بالبطاريات الثلاثية، يزيد بسرعة من طاقة إنتاج بطارية الليبو 3s بفوسفات الحديد ويزود بطارية الليبو 3s بفوسفات الحديد لإصدار عمر البطارية القياسي من تسلا موديل 3 المحلية.

ومع ذلك، لم يتوقف تطوير البطاريات الثلاثية. الاتجاه طويل الأمد لهذا المسار التقني هو خفض التكاليف من خلال نسبة النيكل العالي والكوبالت المنخفض، ما يُسمى المادة الثلاثية عالية النيكل.
هذا المقال عن مادة القطب الموجب لبطارية الليبو يحتوي على مقدمة أكثر تفصيلاً. يمكن للشركاء المهتمين النقر للعرض:
شرح مفصل لمادة الكاثود في بطارية 6s ليبو

2. مادة القطب السالب لبطارية الليبو 3s

المادة السالبة لبطارية الليبو 3s مصنوعة من مواد فعالة، وروابط، ومواد مضافة على شكل معجون لاصق، ثم تُدهن على جانبي ورق النحاس، وتجفف وتُلف، لتخزين وإطلاق الطاقة، مما يؤثر بشكل رئيسي على دورة مؤشرات أداء بطارية الليبو 3s.
وفقًا للمواد النشطة المستخدمة، يمكن تقسيم مواد القطب السالب إلى فئتين: مواد كربونية ومواد غير كربونية:
1) مواد قائمة على الكربون
تشمل المواد القائمة على الكربون مسارين: مواد الجرافيت (الجرافيت الطبيعي، الجرافيت الصناعي، وكريات الكربون المتوسطة الطور) ومواد كربونية أخرى (الكربون الصلب، الكربون الناعم، والجرافين);
2) مواد غير كربونية
يمكن تقسيم المواد غير القائمة على الكربون إلى مواد قائمة على التيتانيوم، ومواد قائمة على السيليكون، ومواد قائمة على القصدير، ونترات، وليثيوم معدني.
مختلفًا عن مادة القطب الموجب، على الرغم من أن القطب السالب لبطارية الليبو 3s له نفس عدد المسارات، فإن المنتج النهائي بسيط جدًا، والجرافيت الصناعي هو التيار السائد المطلق. تظهر البيانات أن شحنات الجرافيت الصناعي في الصين لعام 2020 ستكون حوالي 307,000 طن، تمثل 84% من إجمالي شحنات مواد الأنود، بزيادة إضافية قدرها 5.5 نقاط مئوية عن مستوى 2019.

مقارنة بالمواد الأخرى، يتمتع الجرافيت الصناعي بأداء دورة جيد، وأمان متفوق، وتقنية ناضجة، وسهولة في الحصول على المواد الخام، وتكلفة منخفضة. إنه خيار مثالي.
3) جيل جديد من مواد الأنود
المشكلة الأساسية في القطب السالب من الجرافيت هي أن الحد النظري الأعلى لكثافة الطاقة لمادة الجرافيت السالبة هو 372 مللي أمبير/غرام، في حين أن منتجات الشركات الرائدة في الصناعة يمكنها بالفعل تحقيق كثافة طاقة تبلغ 365 مللي أمبير/غرام، وهو قريب من الحد النظري، ومساحة التحسين المستقبلية محدودة للغاية. هناك حاجة ملحة لإيجاد بدائل للجيل القادم.
من بين الجيل الجديد من مواد الأنود، تُعد الأنودات القائمة على السيليكون من المرشحين الشائعين. لديها كثافة طاقة عالية جدًا، ويمكن أن تصل نسبة السعة النظرية إلى 4200 مللي أمبير/غرام، متجاوزة بكثير مواد الجرافيت. ومع ذلك، كمادة قطب سالب، يعاني السيليكون من عيوب خطيرة، حيث يسبب إدخال أيونات الليثيوم توسعًا حجميًا شديدًا، مما يضر بهيكل البطارية ويسبب انخفاضًا سريعًا في سعة البطارية.

أحد الحلول الحالية هو استخدام مواد مركبة من السيليكون والكربون. تُستخدم جزيئات السيليكون كمادة نشطة لتوفير سعة تخزين الليثيوم. تتجمع الجزيئات أثناء دورات الشحن والتفريغ.
استنادًا إلى ذلك، تُعتبر مواد الأنود من السيليكون والكربون هي المسار التقني الأكثر وعدًا، وتكتسب تدريجيًا اهتمام الشركات في سلسلة الصناعة. استخدمت سيارة تسلا موديل 3 بطارية أنود من الجرافيت الصناعي مضاف إليها 10% من مادة قائمة على السيليكون، ونجحت كثافة طاقتها في الوصول إلى 300 واط ساعة/كجم، وهو ما يتفوق بشكل كبير على البطاريات التي تستخدم المسارات التقنية التقليدية.

ومع ذلك، مقارنةً بأقطاب الجرافيت، بالإضافة إلى تقنية المعالجة غير الناضجة لأقطاب السيليكون الكربوني، فإن التكلفة الأعلى تشكل عقبة أيضاً. سعر السوق الحالي لمواد أقطاب السيليكون الكربوني يتجاوز 150,000 يوان/طن، وهو ضعف سعر مواد أقطاب الجرافيت الصناعية عالية الجودة. بعد الإنتاج الضخم في المستقبل، سيواجه مصنعو البطاريات أيضاً مشكلات مماثلة في التحكم بالتكلفة مثل مواد الأقطاب الموجبة.

3. إلكتروليت بطارية ليبو 3s

في بطارية ليبو 3s، يُستخدم الإلكتروليت بشكل رئيسي كحامل لهجرة الأيونات لضمان انتقال الأيونات بين القطبين الموجب والسالب. يؤثر على أمان بطارية ليبو 3s (حول مشاكل أمان بطارية ليبو، تقدم هذه المقالة تدابير وقائية للتعامل مع مشاكل الأمان لبطارية ليبو، ويمكن للشركاء الذين يحتاجونها قراءتها بأنفسهم: مشاكل أمان بطارية cnhl 6s ليبو والتدابير الوقائية)، عمر الدورة، معدل الشحن والتفريغ، أداء درجات الحرارة العالية والمنخفضة، كثافة الطاقة ومؤشرات الأداء الأخرى.

يتكون الإلكتروليت عادةً من مواد خام مثل المذيب العضوي عالي النقاء، ملح الليثيوم الإلكتروليتي والإضافات بنسب معينة. حسب الجودة، تشكل جودة المذيب 80%~90%، وملح الليثيوم 10%~15%، والإضافات حوالي 5%; حسب التكلفة، يشكل ملح الليثيوم حوالي 40%~50%، والمذيب حوالي 40%~50%. حوالي 30%، والإضافات تشكل حوالي 10% إلى 30%.
1) متطلبات الإلكتروليت لبطارية ليبو 3s
مقارنةً بالمواد الثلاث الأخرى، بطارية ليبو 3s لديها متطلبات أكثر تعقيداً للإلكتروليت وتحتاج إلى امتلاك خصائص متعددة:
موصلية أيونية جيدة ومقاومة منخفضة لهجرة الأيونات؛
استقرار كيميائي عالي، لا تفاعلات جانبية ضارة مع مواد القطب، الإلكتروليتات، الحواجز، إلخ؛
نقطة الانصهار منخفضة، نقطة الغليان عالية، ويظل سائلاً في نطاق واسع من درجات الحرارة؛
للاختراع مزايا الأمان الجيد، عملية تحضير غير معقدة، تكلفة منخفضة، غير سام وغير ملوث.
2) إلكتروليت بطارية ليبو 3s السائد
هكسافلوروفوسفات الليثيوم
في الوقت الحالي، يُعتبر هكسافلوروفوسفات الليثيوم (LiPF6) هو المذاب الرئيسي لملح الليثيوم بسبب أدائه الأفضل وتكلفته الأقل. لديه قابلية ذوبان جيدة وموصلية كهربائية عالية في مختلف المذيبات غير المائية، وخصائص كيميائية مستقرة نسبياً، أمان جيد، وتلوث بيئي أقل. ومع ذلك، العيوب واضحة أيضاً: هكسافلوروفوسفات الليثيوم حساس للرطوبة وله استقرار حراري ضعيف. قد يبدأ في التحلل عند أدنى درجة حرارة 60 °م، وأداء البطارية سيتدهور بسرعة. تأثير الدورة في بيئة درجات الحرارة المنخفضة يعتبر عادياً نسبياً، ونطاق درجات الحرارة القابل للتكيف ضيق.

بالإضافة إلى ذلك، يتطلب فوسفات الليثيوم سداسي الفلور نقاءً واستقرارًا عاليين جدًا. تتضمن عملية الإنتاج ظروف عمل قاسية مثل درجات حرارة منخفضة، تآكل قوي، خلو من الماء والغبار، كما أن الإنتاج صعب نسبيًا.
ليثيوم بيسفلوروسلفونيميد
من بين الجيل الجديد من أملاح الليثيوم، يُعتبر ليثيوم بيسفلوروسلفونيميد (LiFSI) بديلاً واعدًا لفوسفات الليثيوم سداسي الفلور. مقارنة بأملاح الليثيوم التقليدية، يتمتع LiFSI بثبات حراري أعلى، وله مزايا في التوصيل الكهربائي، وعمر الدورة، والأداء في درجات الحرارة المنخفضة، وغيرها.
ومع ذلك، وبسبب محدودية عملية الإنتاج والطاقة الإنتاجية، فإن تكلفة LiFSI مرتفعة جدًا، وتتجاوز بكثير تكلفة فوسفات الليثيوم سداسي الفلور. وللتحكم في التكلفة، لا يزال LiFSI يُستخدم أكثر كمضاف للإلكتروليت في الاستخدام التجاري الفعلي، وليس كمذاب ملح ليثيوم.
تم تقديم شرح مفصل عن إلكتروليت بطارية lipo في المقال التالي، ويمكن للشركاء الذين يحتاجون إليه توسيع القراءة:
إلكتروليت بطارية Cnhl 6s lipo، الوظيفة العملية وبناء النظام الكلاسيكي

4. غشاء بطارية lipo 3s

فاصل بطارية lipo 3s هو فيلم رقيق بين القطب الموجب والقطب السالب، يُستخدم لفصل القطبين لمنع حدوث دوائر قصيرة عند حدوث تفاعل التحليل الكهربائي في بطارية lipo 3s. يُغمر الفاصل في الإلكتروليت، ويوجد على سطحه عدد كبير من المسام الدقيقة التي تسمح بمرور أيونات الليثيوم. المادة وعدد وسمك المسام الدقيقة تؤثر على سرعة مرور أيونات الليثيوم عبر الفاصل، مما يؤثر بدوره على معدل التفريغ، وعمر الدورة، ومؤشرات أخرى للبطارية.

البوليوفين هو المادة العامة الحالية لفاصل بطارية lipo 3s، والتي يمكن أن توفر استقرارًا ميكانيكيًا وكيميائيًا جيدًا لفاصل بطارية lipo 3s. وينقسم إلى ثلاث فئات: البولي إيثيلين (PE)، والبولي بروبيلين (PP)، والمواد المركبة.
4.1 اختيار مادة غشاء بطارية lipo 3s
اختيار مادة الغشاء مرتبط بمادة القطب الموجب. حاليًا، يُستخدم البولي إيثيلين بشكل رئيسي في بطارية lipo 3s الثلاثية، ويُستخدم البولي بروبيلين بشكل رئيسي في بطارية lipo 3s فوسفات الحديد.
بالإضافة إلى المادة، تؤثر عملية التحضير أيضًا على أداء الفاصل.
4.2 تقنية إنتاج غشاء بطارية lipo 3s
تقنية الإنتاج الحالية لفاصل بطارية lipo 3s تنقسم إلى فئتين: الطريقة الجافة والطريقة الرطبة.
4.2.1 عملية جافة لغشاء بطارية lipo 3s
الطريقة الجافة، المعروفة أيضًا بطريقة التمدد بالذوبان (MSCS)، يمكن تقسيمها أكثر إلى التمدد أحادي المحور والتمدد ثنائي المحور. هذه الطريقة التقنية لها فترة تطوير طويلة وهي أكثر نضجًا، وتُستخدم بشكل رئيسي لإنتاج أغشية PP. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم عملية التمدد ثنائي المحور فقط للبطاريات منخفضة الجودة بسبب ضعف أداء المنتج النهائي، ولم تعد عملية التحضير السائدة.
تتميز العملية الجافة بالبساطة، وانخفاض التكلفة، والود البيئي، لكن أداء المنتج ضعيف، وهي أكثر ملاءمة للبطاريات منخفضة الطاقة والسعة. كما ذُكر أعلاه، فإن بطارية الليبو 3s فوسفات الحديد تعاني فقط من عيب انخفاض كثافة الطاقة، لذلك فإن الفاصل الذي يستخدم العملية الجافة يُستخدم في الغالب في هذا المسار التقني.

4.2.2 عملية الغشاء الرطبة لبطارية الليبو 3s
تُعرف العملية الرطبة أيضًا باسم الفصل الطوري المحفز حراريًا (TIPS)، وتختلف عن العملية الجافة التي يتم فيها فقط تمديد الفيلم الأساسي. تقوم العملية الرطبة بتغطية سطح الفيلم الأساسي لتحسين الاستقرار الحراري للمادة. مقارنةً بالمنتجات المُعدة بواسطة العملية الجافة، يتمتع غشاء العملية الرطبة بمزايا واضحة في الأداء. سمكه أرق، وقوة الشد أكثر مثالية، ونفاذيته أعلى، وله حجم مسام أكثر انتظامًا ومعدل انكماش عرضي أعلى. بالإضافة إلى ذلك، فإن قوة اختراق الفاصل الرطب أعلى، مما يساعد على إطالة عمر البطارية، وهو أكثر ملاءمة لاتجاه تطوير بطارية الليبو 3s ذات الكثافة العالية للطاقة. يُستخدم حاليًا بشكل رئيسي في البطاريات الثلاثية.
ومع ذلك، مقارنةً بالعملية الجافة، فإن العملية الرطبة أكثر تعقيدًا نسبيًا، وأكثر تكلفة، وسهلة التلوث للبيئة.
4.3 عملية الغشاء الرطبة لبطارية الليبو 3s تحل بسرعة محل العملية الجافة
اتجاهات السوق الرئيسية الحالية لمواد الغشاء محددة جيدًا. لأنها تتوافق أكثر مع متطلبات الكثافة العالية للطاقة لبطاريات الطاقة، يمكنها إطالة عمر دورة البطارية، ويمكنها زيادة قدرة التفريغ بمعدل عالٍ للبطارية. العملية الرطبة تحل بسرعة محل العملية الجافة. تظهر البيانات أنه في عام 2017، تجاوزت حصة السوق لفاصل بطارية الليبو 3s المعالج بطريقة الرطب حصة الفاصل المعالج بطريقة الجاف لأول مرة، وفي عام 2018 بعد عام واحد فقط، ارتفعت حصة السوق إلى 65%.
المحتوى أعلاه هو المحتوى الكامل للمواد الأربعة الرئيسية لبطارية الليبو 3s التي تقدمها لكم CNHL. أعتقد أنه بعد قراءة النص الكامل، يفهم الجميع أن الأجزاء الرئيسية لتكلفة بطارية الليبو 3s هي مادة القطب الموجب، مادة القطب السالب، الإلكتروليت وغشاء بطارية الليبو 3s. نأمل أن يكون المحتوى أعلاه مفيدًا لك، إذا كنت بحاجة لشراء بطارية الليبو 3s، يمكنك الدخول إلى متجرنا الإلكتروني: Chinahobbyline للشراء، لدينا مستودعات في جميع أنحاء العالم، يمكنك الشراء بثقة؛ إذا كنت تريد الحصول على مزيد من المعلومات حول بطارية الليبو، يرجى النقر أدناه:
نظام إدارة بطارية ليثيوم بوليمر 6s 6200mAh ونظام حالة شحن بطارية ليثيوم بوليمر 6s 6200mAh