باتریهای لیتیوم فسفات آهن (LiFePO₄) بهدلیل ایمنی بالا، طول عمر زیاد و پایداری حرارتی فوقالعاده، بهسرعت جایگزین بسیاری از فناوریهای قدیمی در ذخیرهسازی انرژی شدهاند. اما ساخت سلولهای LiFePO₄ نیاز به دقت، فناوری خاص و کنترل دقیق محیط دارد.
اجزای اصلی سلول LiFePO₄
هر سلول باتری LiFePO₄ از اجزای زیر تشکیل شده است:
- کاتد (الکترود مثبت):
ترکیب اصلی آن LiFePO₄ با افزودنیهایی مثل کربن رسانا (Super P یا Acetylene Black) و پلیمر چسبنده مانند PVDF است. - آند (الکترود منفی):
معمولاً از گرافیت طبیعی یا مصنوعی ساخته میشود. - الکترولیت:
محلول مایع متشکل از لیتیوم هگزافلوئوروفسفات (LiPF₆) در ترکیبی از حلالهایی مانند EC (اتیلن کربنات) و DMC (دیمتیل کربنات). - جداکننده (Separator):
یک غشای نازک و متخلخل که از برخورد مستقیم آند و کاتد جلوگیری میکند (معمولاً از جنس پلیاتیلن یا پلیپروپیلن). - پوسته سلول:
معمولاً آلومینیومی یا فولادی، به صورت استوانهای، منشوری یا پلیمری (پوششهای منعطف).
مراحل ساخت سلول LiFePO₄
1. تهیه دوغاب الکترودها (Slurry Preparation)
- کاتد: LiFePO₄ به همراه کربن رسانا و PVDF با NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone) ترکیب شده و به صورت دوغاب درمیآید.
- آند: گرافیت، کربن رسانا و PVDF نیز به صورت جداگانه ترکیب میشوند.
2. پوششدهی روی فویلها (Coating)
- دوغاب کاتد روی فویل آلومینیوم و دوغاب آند روی فویل مس با دستگاه رولر بهطور یکنواخت اعمال میشود.
3. خشککردن و فشردهسازی (Drying & Calendaring)
- پس از خشککردن در دمای حدود 100-120 درجه سانتیگراد، الکترودها با فشار غلطک فشردهسازی میشوند تا ضخامت یکنواختی پیدا کنند.
4. برش الکترودها (Cutting)
- ورقهای خشکشده و فشردهشده به اندازه مناسب سلولها بریده میشوند.
5. مونتاژ سلول (Cell Assembly)
- لایهها به صورت کاتد – جداکننده – آند رویهم قرار گرفته یا به صورت مارپیچی رول میشوند (در سلولهای استوانهای).
- سپس داخل پوسته قرار داده شده و پایانهها متصل میشوند.
6. افزودن الکترولیت
- در محیط خشک و بدون رطوبت (glove box)، الکترولیت به سلول تزریق میشود.
7. آببندی (Sealing)
- سلول تحت خلا و در دمای بالا آببندی میشود.
8. فرمدهی (Formation)
- سلول برای اولین بار با جریان بسیار کم شارژ و دشارژ میشود تا ساختار شیمیایی داخلی تثبیت شود.
9. تست و درجهبندی (Testing & Grading)
- سلولها از نظر ولتاژ، ظرفیت، مقاومت داخلی و ایمنی آزمایش و طبقهبندی میشوند.
نکات مهم تولید
- رطوبت دشمن اصلی باتریهای لیتیوم است. در تمام مراحل باید محیط خشک با رطوبت کمتر از 1% حفظ شود.
- فرآیند فرمدهی بسیار مهم است چون کیفیت اولیه سلول را مشخص میکند.
- استفاده از مواد با خلوص بالا، بهخصوص برای الکترولیت و مواد فعال، نقش حیاتی دارد.
ساخت سلولهای لیتیوم فسفات آهن فرایندی دقیق، مهندسیشده و پیچیده است که به دانش مواد، فناوریهای پوششدهی و کنترل دقیق محیط نیاز دارد. با وجود هزینههای اولیه بالا، استفاده از این سلولها در بلندمدت بهدلیل ایمنی، پایداری و عمر مفید بالا، بسیار مقرونبهصرفه است.
دیدگاه خود را بنویسید