تطبيق فواصل مثبطات اللهب والإلكتروليتات المثبطة للهب في بطاريات الليثيوم أيون

تطبيق فواصل مثبطات اللهب والإلكتروليتات المثبطة للهب في بطاريات الليثيوم أيون

مع التطور السريع في مجالات جديدة مثل مركبات الطاقة الجديدة والمنتجات الإلكترونية المتطورة، تم اعتماد بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع بسبب أدائها العام الممتاز. ومع ذلك، تعاني بطاريات الليثيوم أيون التقليدية من ضعف الاستقرار الحراري. أثناء الشحن والتفريغ، يمكن أن يحدث تسرب حراري، مما يؤدي إلى الاحتراق وحتى الانفجار. يقدم هذا البحث أولاً عدة أنواع مختلفة من فواصل مثبطات اللهب لبطاريات الليثيوم، والتي تثبت أداء مثبطات اللهب المحسن بشكل ملحوظ مقارنة بالفواصل التقليدية. ثم يناقش مزايا أداء الإلكتروليتات المثبطة للهب من منظور الإضافات المثبطة للهب والتعديلات الهيكلية. ولذلك، أصبح البحث وتطبيق فواصل بطاريات الليثيوم المثبطة للهب والإلكتروليتات لتحسين سلامة البطارية نقطة ساخنة للبحث الحالي.

I. الخلفية البحثية حول فواصل مثبطات اللهب لبطاريات الليثيوم

في العقود الأخيرة، تطورت بطاريات الليثيوم أيون (LIBs) بسرعة نظرًا لمزاياها المتمثلة في كثافة الطاقة النوعية العالية، وكفاءة التدوير العالية، وعدم وجود تأثير على الذاكرة، وملاءمتها للبيئة. وتستخدم على نطاق واسع في العديد من جوانب الحياة، لا سيما كوحدات تخزين الطاقة للأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. فهي لا توفر مصادر الطاقة للسيارات الكهربائية ذات الطاقة الجديدة فحسب، بل تظهر أيضًا إمكانات كبيرة في تخزين طاقة الرياح والطاقة الشمسية وطاقة المد والجزر.

ومع ذلك، فإن بطاريات الليثيوم لها أيضًا قيود متأصلة. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة أو الشحن الزائد أو التلف الميكانيكي إلى حدوث انفلات حراري. إذا لم يتم التحكم في ذلك، فقد يؤدي ذلك إلى احتراق مواد البطارية، مما يؤدي إلى حوادث خطيرة مثل الانفجارات.

بالنسبة لبطاريات الليثيوم، فإن الفاصل، باعتباره مكونًا حاسمًا، عبارة عن فيلم بوليمر يقع بين الكاثود والأنود. إنه يسهل النقل السريع للشحنات الأيونية ويمنع الاتصال المباشر بين الأقطاب الكهربائية لتجنب حدوث دوائر قصيرة. تؤثر جودة الفاصل بشكل مباشر على أداء البطارية وتكاليف التصنيع. تحدد خصائصها بنية واجهة البطارية، والمقاومة الداخلية، وما إلى ذلك، مما يؤثر بشكل مباشر على السعة ودورة الحياة والسلامة. يقوم الإلكتروليت، الذي يعمل كوسيط لنقل الأيونات، بتوصيل الأيونات بين الكاثود والأنود. ويتكون عادة من مذيبات عضوية عالية النقاء، وإلكتروليتات ملح الليثيوم، والمواد المضافة الضرورية، التي يتم تحضيرها في ظل ظروف ونسب محددة. يؤثر أداء المنحل بالكهرباء أيضًا بشكل مباشر على سلامة البطارية. ونتيجة لذلك، أصبح تطوير الفواصل والإلكتروليتات ذات الخصائص الممتازة لمثبطات اللهب أحد محاور البحث الرئيسية.

تقدم هذه الورقة عدة فواصل مثبطة للهب مختلفة لبطاريات الليثيوم، وتقارن مزايا أدائها بالفواصل التقليدية. ثم يناقش أداء ومزايا الشوارد المثبطة للهب من حيث المواد المضافة والتحسينات الهيكلية، ويقدم نظرة مستقبلية لاتجاه التطوير المستقبلي لبطاريات الليثيوم.

ثانيا. فواصل مثبطات اللهب

بشكل عام، تكون مواد القطب الموجب والسالب لبطاريات الليثيوم مستقرة نسبيًا عند 150-200 درجة مئوية، مما يفرض متطلبات أعلى على خصائص مثبطات اللهب للمواد الفاصلة. في الوقت الحالي، يتم تصنيع الفواصل التقليدية بشكل أساسي من مواد مثل البولي إيثيلين (PE) والبولي بروبيلين (PP). على الرغم من أنها تتمتع بثبات كهروكيميائي جيد، وقوة ميكانيكية، وخصائص إيقاف حراري، في ظل تيارات الشحن/التفريغ العالية أو درجات حرارة التشغيل المرتفعة، فإن هذه الفواصل التقليدية تظهر قابلية ضعيفة للتبلل بالكهرباء، مما يؤدي إلى مقاومة عالية لنقل الأيونات، مما يقلل من قدرة معدل البطارية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي عدم استقرار أبعاد الفاصل إلى حدوث دوائر قصيرة داخلية، مما قد يؤدي إلى الانفلات الحراري. في المقابل، توفر الفواصل المقاومة للهب قابلية ممتازة للتبلل بالكهرباء ومقاومة للحرارة، مما يمنع بشكل فعال مثل هذه الحوادث، وبالتالي يحظى باهتمام كبير.

1. فواصل البولي أوليفين المعدلة

للتغلب على العيوب الكامنة في مواد البولي أوليفين، قام الباحثون بتعديل الفواصل التقليدية القائمة على البولي أوليفين. ويهدف هذا إلى تقليل سيولة الذوبان عند درجات حرارة معينة، والحفاظ على ثبات جيد للأبعاد بشكل عام، واستقرار حراري، وانكماش حراري منخفض، وبالتالي عزل أقطاب البطارية بشكل فعال.

استخدمت مجموعة Daeyong Yeon في كوريا اثنين من هيدروكسيدات المعادن النموذجية، هيدروكسيد الألومنيوم Al(OH) ₃ وهيدروكسيد المغنيسيوم Mg(OH) ₂كمواد وظيفية لإعداد فواصل بطارية الليثيوم المركبة. تم طلاء ملاط ​​يحتوي على هيدروكسيدات معدنية وبولي (فينيليدين فلوريد - سداسي فلورو بروبيلين مشترك) (PVDF-HFP) على فاصل بولي إيثيلين (PE). هذا الطلاء يمنح الفاصل المركب مثبطات جيدة للهب، مما يقلل بشكل كبير من وقت الإطفاء الذاتي (SET)، مما يساعد على تعزيز استقرار الأبعاد للفاصل PE عند درجات الحرارة العالية.

جونغتشان سونغ وآخرون. من المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا طبق طلاء بوليميد عطري (PI) على فاصل البولي إيثيلين (PE) عبر طريقة بسيطة للطلاء بالغمس. تحافظ طريقة الطلاء هذه على البنية المسامية للفاصل والأداء الممتاز الأصلي للبطارية مع تحسين الاستقرار الحراري للغشاء بشكل كبير، وتجنب الانكماش الحراري في درجات الحرارة العالية. نقطة الانصهار لفاصل PE النقي هي 135 درجة مئوية فقط. كما هو مبين في الشكل 1، فإنه يظهر انكماشًا حراريًا كبيرًا عند 140 درجة مئوية. بعد الطلاء بمادة بوليميد بتركيزات مختلفة، وتحت نفس ظروف درجة الحرارة، يتناقص معدل الانكماش الحراري مع زيادة كمية PI، ويستقر عند تركيز 3٪ بالوزن حيث يكون معدل الانكماش الحراري هو الأمثل. زيادة كمية PI تؤدي إلى زيادة معدل الانكماش الحراري مرة أخرى. تعالج هذه الطريقة البسيطة والفعالة مشكلة الاستقرار الحراري لفواصل البولي أوليفين دون التضحية بأداء البطارية الممتاز المتأصل.

2. الفواصل المركبة العضوية/غير العضوية

لتحسين الاستقرار الحراري لأغشية البولي بروبيلين، يمكن للتعديل البسيط لسطح البوليمر أن يعزز بشكل فعال قابلية بلل فواصل البولي أوليفين ولكنه لا يحسن بشكل كبير من استقرارها الحراري. يمكن للتعديل البسيط لسطح الجسيمات النانوية غير العضوية أن يحسن كلاً من قابلية التبلل والاستقرار الحراري ولكنه لا يزال يمثل بعض المشكلات.

قام فريق جينباو تشاو من جامعة شيامن بتغليف ₂ جزيئات SiO على جانبي فاصل البولي إيثيلين، ثم أدخلوا البوليدوبامين (PDA) عن طريق الطلاء بالغمس. تقوم هذه العملية بتغليف جزيئات السيراميك والـ PE مع PDA، مما يشكل طبقة ذاتية الدعم على السطح. تعمل طبقة الطلاء المركبة العضوية وغير العضوية هذه على تعزيز الاستقرار الحراري والميكانيكي للفاصل. يقاوم العمود الفقري للغشاء ذاتي الدعم الانكماش الحراري، ولا يظهر بشكل خاص أي انكماش حتى عند 230 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك، يُظهر الفاصل المعالج بـ PDA قابلية أفضل للتبلل بالكهرباء، مما يحسن أداء التدوير ومعدل الأداء.

ويدونغ هو وآخرون. من جامعة العلوم والتكنولوجيا الإلكترونية في الصين، قام بتعديل عملية إعداد الفاصل، باستخدام طرق الطلاء والرحلان الكهربائي لتصنيع فواصل بطارية ليثيوم أيون عالية الأداء. قاموا بتركيب جسيمات نانوية من نوع العقيق LLZTO (Li ₆.₇₅La ₃Zr ₁.₇₅Ta _0.25O ₁₂) عبر تفاعل الحالة الصلبة، ثم دمجوها في PVDF-HFP في كسور كتلة مختلفة. تم تحضير خمسة أنواع من الفواصل المركبة LLZTO/PVDF-HFP بنسب مختلفة بطريقة الطلاء. يُظهر هيكل الفاصل المركب ثلاثي الطبقات (PVDF-HFP/LLZTO/PVDF-HFP) تثبيطًا ممتازًا للهب واستقرارًا حراريًا. تعمل طبقات PVDF-HFP الخارجية على تحسين التوافق بين الفاصل وأقطاب البطارية، مما يقلل من المقاومة البينية عند الكاثود والأنود. تعمل طبقة LLZTO الداخلية على تعزيز الاستقرار الحراري، مما يسمح للفاصل المركب بالحفاظ على سلامته الهندسية حتى عند 300 درجة مئوية. بالمقارنة مع غشاء PVDF-HFP النقي، يحتفظ هذا الهيكل المكون من ثلاث طبقات بشكله الأصلي وحجمه في ظل نفس الظروف دون أي انكماش حراري، مما يؤكد أن LLZTO يضفي مقاومة الحرارة وتثبيط اللهب إلى الفاصل المركب. لذلك، يمكن لهذا الفاصل الهيكلي أن يقلل بشكل فعال من مخاطر السلامة للدوائر القصيرة أثناء التشغيل بدرجة حرارة عالية لبطاريات الليثيوم.

3. فواصل بوليميد

يعتبر البوليميد العطري (PI)، بسبب ثابت العزل الكهربائي المنخفض، والاستقرار الكيميائي الممتاز، والاستقرار الحراري الجيد، والخواص الميكانيكية، مادة فاصلة مثالية. وبالتالي، تمت دراسة أغشية الألياف النانوية PI Electrospun ذات الهياكل الجزيئية المختلفة، وأقطار الألياف التي يمكن التحكم فيها، وسمك الغشاء على نطاق واسع.

مياو وآخرون. من جامعة فودان أعدت أغشية بوليميد نانوية من خلال الغزل الكهربائي، والتي أظهرت استقرارًا حراريًا جيدًا وقدرة على نقل الأيونات. تشوان شي وآخرون. تمت دراسة فواصل الألياف النانوية PI وفواصل الألياف النانوية المركبة PI بشكل منهجي، بما في ذلك ₂ فواصل الألياف النانوية المركبة PI/SiO يمكن أن توفر هذه الاستقرار الحراري العالي وامتصاص مثالي للكهارل والاحتفاظ به. ومع ذلك، غالبًا ما تحتوي أغشية الألياف النانوية المغزولة كهربائيًا على أحجام مسام كبيرة جدًا، مما قد يؤدي إلى نمو تشعبات الليثيوم مما يتسبب في التفريغ الذاتي للبطارية ودوائر قصيرة داخلية. تؤدي المسامية العالية أيضًا إلى ضعف القوة الميكانيكية، مما يحد من التطبيق على نطاق واسع. في حين أن المركب مع الجسيمات النانوية غير العضوية يمكن أن يحسن بشكل فعال مقاومة الحرارة ويضبط حجم المسام، فإن الغمر على المدى الطويل في المنحل بالكهرباء قد يتسبب في انفصال الجسيمات النانوية عن مصفوفة البوليمر، مما يؤدي إلى تدهور البطارية.₂وPI/Al ₃ O.

لينغي كونغ وآخرون. من جامعة جنوب الصين للتكنولوجيا أعدت أغشية ألياف نانوية بوليميد مفلورة (FPI) ذات أداء ممتاز باستخدام طرق الغزل الكهربائي والتشابك الحراري. بالمقارنة مع أغشية PE التقليدية، تتميز أغشية الألياف النانوية FPI بمقاومة فائقة للحرارة ومثبطات للهب. تشتعل أغشية PE بسرعة عند تعرضها للهب وتتقلص على الفور، في حين أن أغشية الألياف النانوية FPI لا تشتعل ولا تتقلص. بالمقارنة مع غشاء الألياف النانوية FPI الأصلي، فإن غشاء الألياف النانوية FPI المتشابك حراريًا يتمتع بقوة ميكانيكية أعلى، ومتوسط ​​حجم المسام أصغر، وتوزيع حجم المسام الأضيق، وقدرة معززة على منع نمو تشعبات الليثيوم واختراقها، وتحسين أداء الشحن/التفريغ بشكل شامل وسلامة بطاريات الليثيوم.

4. فواصل الأقمشة غير المنسوجة

وبدلاً من ذلك، فإن استخدام الأقمشة غير المنسوجة القائمة على البوليمر والمقاومة لدرجات الحرارة العالية لبناء الفواصل يمكن أن يحافظ أيضًا على استقرار جيد للأبعاد وتمكين بطاريات الليثيوم عالية الطاقة. تعتمد بعض الأقمشة غير المنسوجة المُبلغ عنها على مواد بوليمر مثل البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، والبوليميد (PI)، والسليلوز. ومع ذلك، نظرًا لعدم كفاية مثبطات اللهب نسبيًا، هناك حاجة لتطوير فواصل غير منسوجة جديدة تعتمد على مواد بلاستيكية هندسية أخرى عالية الأداء لزيادة تعزيز سلامة بطارية الليثيوم.

كان الفريق بقيادة هوا وانغ من معهد أبحاث علوم النسيج في سيتشوان رائدًا في إعداد قماش غير منسوج جديد باستخدام كبريتيد البوليفينيل (PPS) كمادة أساسية، مما يوفر أساسًا لتطوير فواصل جديدة عالية الكفاءة وآمنة. من خلال طلاء القماش غير المنسوج PPS بخليط ملاط ​​من ₂ الجسيمات النانوية PVDF-HFP وSiO، نجحوا في الحصول على فاصل مركب غير منسوج PPS (PPSC). بالمقارنة مع فواصل البولي أوليفين التجارية، فإن PPSC لديه مسامية أعلى وقابلية أفضل للتبلل بالكهرباء. يتميز هذا الفاصل المركب أيضًا بثبات الأبعاد الجيد وأداء مثبطات اللهب حتى بعد المعالجة الحرارية عند 250 درجة مئوية. تظهر اختبارات الاحتراق على ثلاثة أنواع من الفواصل: فاصل PP/PE/PP التقليدي يتقلص فورًا بشكل كبير عند ملامسته للهب ويحترق تمامًا خلال فترة زمنية قصيرة جدًا. يظهر فاصل PPS انكماشًا طفيفًا عند ملامسته للهب وله خصائص إطفاء ذاتي. من الصعب إشعال فاصل PPSC، ويظهر انكماشًا طفيفًا، ويظهر خصائص الإطفاء الذاتي. يوفر الأداء الممتاز للفاصل المركب ذو الأساس غير المنسوج PPS أساسًا ماديًا جيدًا لإعداد بطاريات ليثيوم أيون عالية الطاقة.

5. فواصل مثبطات اللهب تم تحضيرها من خلال عملية صناعة الورق الرطب

حاليًا، يتم إنتاج فواصل بطاريات الليثيوم عادةً باستخدام العمليات الجافة والرطبة. أداء فواصل العملية الجافة منخفض نسبيًا، وغير كافٍ لتلبية متطلبات بطاريات الليثيوم عالية الطاقة. لذلك، أصبح استخدام تكنولوجيا صناعة الورق الرطب لإعداد الفواصل المعززة للسلامة أمرًا سائدًا.

نجح الفريق بقيادة Guanglei Cui في الأكاديمية الصينية للعلوم في إعداد فواصل بطاريات ليثيوم الأراميد ذات قابلية جيدة للبلل بالكهرباء، وموصلية أيونية عالية، ومقاومة ممتازة للحرارة ومثبطات اللهب من خلال عملية بسيطة لصناعة الورق، مما أدى إلى تحسين سلامة بطاريات الليثيوم أيون. يمنح فاصل الأراميد ₂بطاريات أكسيد الكوبالت الليثيوم (LiCoO)/الجرافيت بأداء ممتاز للدوران وتوافق أفضل بين الأسطح. بمقارنة فواصل الأراميد مع فواصل PP التقليدية، يظهر فاصل PP ذروة ماصة للحرارة عند 165 درجة مئوية، في حين أن فاصل الأراميد لا يظهر ذروة ماصة للحرارة ملحوظة أقل من 300 درجة مئوية، مما يشير إلى استقرار حراري أفضل. علاوة على ذلك، في بطاريات فوسفات حديد الليثيوم، يُظهر فاصل الأراميد هذا أيضًا أداء شحن/تفريغ مستقر. إن خصائص أداء البطارية الممتازة هذه، ومقاومة الحرارة، وعملية صناعة الورق البسيطة تمنح فواصل الأراميد إمكانية تطبيق كبيرة. نظرًا للخصائص الميكانيكية الممتازة للأراميد، وتثبيط اللهب، ومقاومة الحرارة، والعزل الكهربائي، فمن المتوقع أن توفر فواصل الأراميد أداء أمان ممتازًا لبطاريات تخزين الطاقة والطاقة.

باختصار، تتم مقارنة هذه الفواصل المقاومة للهب من حيث سمكها، ومساميتها، وقيمة جورلي، ومعدل الانكماش الحراري، وقابلية الاحتراق، كما هو موضح في الجدول 1.

ثالثا. إلكتروليتات مثبطات اللهب

المذيبات العضوية شائعة الاستخدام لإلكتروليتات بطارية الليثيوم أيون هي مركبات كربونات الألكيل، مثل كربونات ثنائي الإيثيل (DEC)، وكربونات الإيثيلين (EC)، وما إلى ذلك. وهي مركبات شديدة الاشتعال. إذا تم استخدام البطاريات بشكل غير صحيح (الشحن الزائد، ماس كهربائى، وما إلى ذلك)، فقد يؤدي ذلك بسهولة إلى ارتفاع درجة حرارة البطارية، مما يؤدي إلى احتراق المنحل بالكهرباء، أو الحرائق، أو حتى الانفجارات.

لذلك، نظرًا لأنه من غير المرجح أن يتم استبدال مواد البطارية الرئيسية على المدى القصير، فإن تحسين مثبطات اللهب للإلكتروليتات يعد وسيلة فعالة لتعزيز سلامة بطارية الليثيوم أيون. يمكن أن تؤدي إضافة مثبطات اللهب إلى المنحل بالكهرباء إلى تحسين مثبطات اللهب للإلكتروليتات العضوية بشكل فعال وتقليل معدل التسخين الذاتي للبطارية وإطلاق الحرارة. لا تؤدي هذه الطريقة تقريبًا إلى زيادة تكلفة البطارية، ولا تغير عملية الإنتاج، ولها تأثير ضئيل على الأداء الكهروكيميائي للبطارية، وبالتالي تحسين سلامة البطارية.

على مدى العقود الماضية، ركز الباحثون في المقام الأول على عدة جوانب رئيسية لمعالجة سلامة بطاريات الليثيوم أيون: إضافة إضافات مثبطات اللهب، والتعديلات الهيكلية، وتطوير مواد إلكتروليت جديدة.

1. إضافات مثبطات اللهب

يتم تصنيف إضافات مثبطات اللهب للإلكتروليتات بشكل أساسي إلى أنظمة تعتمد على الفوسفور العضوي، والهالوجين العضوي، وأنظمة الإلكتروليتات المركبة. من بينها، تعتبر المضافات العضوية المثبطة للهب القائمة على الفوسفور هي الأكثر بحثًا والأكثر استخدامًا على نطاق واسع. وتشمل هذه بشكل رئيسي استرات فوسفات الفنيل وألكيل (مثل فوسفات ثلاثي فينيل وفوسفات ثلاثي بوتيل) ومركبات الفوسفاتين الحلقية.

شو وآخرون. أجرى بحثًا متعمقًا، ووجد أن إضافة المضافات القائمة على الفوسفور العضوي إلى الإلكتروليتات يزيد من اللزوجة ويقلل من الموصلية. باستخدام ميثوكسيد الصوديوم (NaOCH ₃) كمادة خام، قاموا بتفاعله مع أكسيد الإيثيلين لتصنيع سداسي ميثيل فوسفونيتريلات مثبطات اللهب (HMPN) كمادة مضافة، مما يحسن الاستقرار الحراري للإلكتروليت دون المساس بأدائه المتأصل، مما يجعل HMPN مادة مضافة مثالية لمثبطات اللهب.

ياو وآخرون. من قسم علوم وهندسة المواد، جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين، استخدم 4-آيزوبروبيل فينيل ثنائي فينيل الفوسفات (IPPP) كمادة مضافة مثبطة للهب في ₆ المنحل بالكهرباء LiPF. من خلال اختبارات الاحتراق وقياس السعرات الحرارية الدقيقة، وجدوا أن إضافة IPPP يقلل من قابلية اشتعال المنحل بالكهرباء ويؤخر درجة حرارة بداية التفاعل الطارد للحرارة الرئيسي.

دايينغ تشو وآخرون. من جامعة جنوب الصين العادية أضاف ثنائي ميثيل ميثيل فوسفونيت (DMMP) كمثبط للهب إلى ₆ إلكتروليت LiPF. تؤدي إضافة DMMP إلى تقليل قابلية الاشتعال للإلكتروليت ومعدل التسخين الذاتي، مما يخفف من التوازن بين قابلية الاشتعال للإلكتروليت والثبات الحراري وأداء البطارية.

شيانغ هونغفي وآخرون. من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين استخدم أيضًا DMMP كمثبط للهب لتعديل ₆نظام 1M LiPF /EC+DEC، ودراسة القابلية للاشتعال، والاستقرار الكهروكيميائي، وأداء دورة الشوارد التي تحتوي على DMMP. واستنادًا إلى قياسات وقت الإطفاء الذاتي ومؤشر الأكسجين المحدود، وجدوا بالمثل أن إضافة DMMP يمنع بشكل كبير قابلية اشتعال الإلكتروليت. أظهرت اختبارات القابلية للاشتعال على إلكتروليتات بمحتويات مختلفة من DMMP أنه مع 5% DMMP، تم اختصار وقت الإطفاء الذاتي بمقدار 70 ثانية/جرام، مع 10% DMMP، كان وقت الإطفاء الذاتي 0 ثانية/جرام، مما يعني أنه لا يمكن إشعال المنحل بالكهرباء، مما يؤدي إلى إلكتروليت مثبط للهب للغاية. وفي الوقت نفسه، لم يكن لإضافة DMMP تأثير يذكر على الأداء الكهروكيميائي للبطارية.

2. استراتيجيات التحسين الهيكلي

هياكل الكبسولات الدقيقة هي هياكل تشبه الجسيمات حيث يتكون جدار الكبسولة من مواد بوليمر طبيعية أو صناعية ومواد غير عضوية. يحتوي القلب على مثبطات اللهب الصلبة أو السائلة. عندما تتعرض بطارية الليثيوم للانفلات الحراري، يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تمزق جدار الكبسولة، مما يؤدي إلى إطلاق مثبطات اللهب المغلفة، وبالتالي ضمان سلامة بطارية الليثيوم أيون. باجينسكا م وآخرون. في الولايات المتحدة الأمريكية، تم بنجاح تغليف فوسفات تريس (2-كلورو إيثيل) المثبط للهب (TCP) داخل كبسولات دقيقة من بولي (اليوريا فورمالدهايد) ذات القشرة الأساسية باستخدام البلمرة في الموقع.

هناك أيضًا بعض مخططات التصميم الجديدة حاليًا. يي كوي وآخرون. طورت فاصلًا ذكيًا جديدًا للغزل الكهربائي يتميز بخصائص مثبطات اللهب المُثارة حراريًا لبطاريات الليثيوم أيون. تتكون الألياف المغزولة كهربائيًا من نواة ثلاثي فينيل الفوسفات (TPP) وقشرة بولي (فلوريد فينيليدين - سداسي فلورو بروبيلين المشترك) (PVDF-HFP). عندما تعمل بطارية الليثيوم أيون بشكل طبيعي، لا يؤثر TPP على أداء ركوب الدراجات. ومع ذلك، عندما ترتفع درجة حرارة البطارية، فإن غلاف البوليمر المشترك يذوب ويتمزق، مما يؤدي إلى إطلاق مثبطات اللهب TPP، التي تلتقط الجذور الحرة، وبالتالي تمنع الاحتراق الحراري الجامح والانفجار في بطاريات الليثيوم أيون. يمنع تغليف TPP داخل غلاف بوليمر واقٍ الذوبان المباشر لمثبطات اللهب في المنحل بالكهرباء، مما يتجنب التأثيرات السلبية على أداء البطارية. يؤدي الذوبان الحراري لقشرة البوليمر إلى إطلاق مثبطات اللهب، مما يؤدي بشكل فعال إلى قمع احتراق الإلكتروليتات شديدة الاشتعال في ظل ظروف الهروب الحراري لبطارية الليثيوم أيون. ومن المتوقع أن تجد مثل هذه الفواصل الذكية تطبيقات فعالة في المستقبل.

رابعا. خاتمة​

تمر صناعة بطاريات الليثيوم في الصين بمرحلة تطور سريع، ويتزايد انتشار استخدام بطاريات الليثيوم. ومع ذلك، في التطبيقات العملية، أثارت حوادث الانفلات الحراري للبطارية والانفجارات جدلاً كبيرًا حول سلامة البطارية. إن البحث عن فواصل مركبة جديدة ذات ثبات حراري جيد وإضافات جديدة وفعالة للإلكتروليتات وإعدادها سيكون محور تطوير الصناعة في المستقبل.

في السنوات الأخيرة، حقق إنتاج أجهزة الفصل المحلية تقدمًا كبيرًا في بناء القدرات، وخفض التكاليف، والتحسين التكنولوجي. ومع ذلك، لا تزال معظم أجهزة الفصل المتطورة مستوردة، وهناك عدد قليل نسبيًا من الشركات المصنعة المحلية ذات الأداء المماثل. يبقى الكثير من الأبحاث المتقدمة في مرحلة المختبر الجامعي والمؤسسات البحثية. ولذلك، ما زلنا بحاجة إلى مواصلة معالجة التحديات العلمية، والانتقال التدريجي من الإنجازات التجريبية إلى التصنيع. في المستقبل، وفي ظل الجهود البحثية التعاونية التي تبذلها الحكومة والأوساط الأكاديمية والصناعة، سيتم ضمان أداء السلامة لبطاريات الليثيوم أيون بشكل أكثر فعالية. وسيلعب هذا أيضًا دورًا تعزيزيًا في التنمية الاقتصادية في الصين، وتستعد الصين في العصر الجديد لقيادة النمو الاقتصادي العالمي.