لماذا هناك قطب كهربائي سلبي أكثر من قطب كهربائي إيجابي في تصميم بطارية الليثيوم؟
April 22, 2025
خلال عملية تصنيع بطاريات الليثيومتفاصيل التصميم الحاسمة هي أن عدد أوراق الأقطاب الكهربائية السلبية (الأقطاب) هو دائما واحد أكثر من أوراق الأقطاب الكهربائية الإيجابية (الأقطاب)هذا الاختلاف العددي البسيط على ما يبدو يتجسد في الواقع مبادئ الكهروكيميائية العميقة والاعتبارات الهندسية.
السبب الرئيسي: اكتمال التفاعلات الكهروكيميائية
جوهر عمل بطارية الليثيوم هو نقل أيونات الليثيوم بين الأقطاب الإيجابية والسلبية:
أثناء الشحن: يتم استخراج أيونات الليثيوم من الكهرباء الإيجابية ، وتمر عبر الكهربائي ، ويتم تضمينها في الكهرباء السلبية.
أثناء التفريغ: يتم استخراج أيونات الليثيوم من الأقطاب الكهربائية السلبية والعودة إلى الأقطاب الكهربائية الإيجابية.
لتحقيق الاستخدام الكامل للمواد النشطة، من الضروري ضمان أن:
1كل جانب من صفيحة الكهرباء الإيجابية يتوافق مع مواد الكهرباء السلبية
2يتم تغطية مناطق حافة الأقطاب الإيجابية بالكامل من قبل الأقطاب السلبية.
إذا كان عدد أوراق الأقطاب الكهربائية هو نفسه، فإن أبرز أوراق الأقطاب الكهربائية الإيجابية سيكون لها جانب واحد معرض مباشرة للكهربائي، مما يؤدي إلى:
المادة النشطة في هذا الجانب غير قادرة على المشاركة في التفاعل.
كثافة التيار المحلي غير الطبيعية
ردود فعل جانبية محتملة مثل تحلل الكهربائي
ثلاثة اعتبارات هندسية رئيسية
1تحسين التوزيع الحالي
تصميم وجود ورقة كهربائية سلبية واحدة أكثر يجعل كل ورقة كهربائية إيجابية في حالة "ساندوتش":
ورقة الكهرباء الإيجابية: محاطة بالكهرباء السلبية على جانبيها.
ورقة الكهرباء السلبية: يحتوي جانب واحد فقط على الكهرباء الإيجابية (الكهرباء السلبية الخارجية).
هذا التخطيط يضمن:
مسارات تيار متماثلة
إدارة إلكترونية موحدة
تقليل ظاهرة الاستقطاب
2آلية حماية السلامة
الدور الرئيسي للوحة الكهربائية السلبية الإضافية هو:
تغليف كامل للمادة النشطة من الأقطاب الإيجابية.
لمنع نمو "الليثيوم ديندريت" الناجم عن تأثيرات الحافة.
توفير مساحة عازلة للتوسع (الكهرباء السلبية القائمة على السيليكون يمكن أن تتوسع بنسبة تصل إلى 300٪).
تظهر البيانات التجريبية أن البطاريات ذات تصميم صفيحة الأقطاب الكهربائية N + 1 يمكن أن تزيد من عمر دورتها بنسبة 15-20 ٪.
3. تكييف عملية التصنيع
بالنسبة للبطاريات الملتوية، يشكل الكهرباء السلبية بشكل طبيعي بنية "واحدة أخرى" كطبقة خارجية. على سبيل المثال:
18650 بطارية أسطوانية: 4 طبقات من الكهرباء الإيجابية → 5 طبقات من الكهرباء السلبية.
البطاريات المتراصمة: تحقيق N + 1 الزواج من خلال العد الدقيق.
عملية التراص: من خلال التراص بطريقة "صفحة الكتاب" ، يتم ضمان أن التسلسل هو الكهرباء الإيجابية الكهرباء السلبية...تنتهي دائماً بألكترود سلبي.
تحليل حالة خاصة
1الاختلافات بين البطاريات الصلبة
قد تستخدم بعض بطاريات الالكتروليت الصلبة عددًا متساوًا من أوراق الأقطاب الكهربائية لأن:
الكهربائيات الصلبة لديها قوة ميكانيكية عالية، والتي يمكن أن تقمع التشعيبات.
مسار توصيل الأيونات يختلف عن مسار البطاريات السائلة
ومع ذلك، فإن المنتجات الصناعية لا تزال تحتفظ في الغالب بتصميم N + 1.
2بطاريات اختبار المختبر
البطاريات المتماثلة المستخدمة للبحث (مثل بطاريات Li-Li) تخالف هذه القاعدة ، ولكن:
لا يمكن تطبيقها في الممارسة.
إنها تستخدم فقط للبحث الأساسي.
ملخص:
تصميم وجود "شريحة كهربائية سلبية واحدة أخرى" في بطاريات الليثيوم هو:
✓ ضرورة لتفاعلات الكهروكيميائية
✓ مظهر لتحسين الهندسة
✓ ضمان حاسم للسلامة