پوشش‌های آلی/ غیرآلی هیبریدی روی جدا‌کننده پلی‌الفین

پوشش‌های آلی/ غیرآلی هیبریدی روی جدا‌کننده پلی‌الفین در مقیاس نیمه صنعتی برای افزایش پایداری ابعادی باتری‌های قابل شارژ دارای چرخه عمر طولانی و پایداری حرارتی

چکیده

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت)  : خودروهای الکتریکی و بازارهای ذخیره انرژی در سال‌های اخیر به سرعت رشد کرده‌اند. گریز حرارتی ناشی از عملکرد نادرست باتری‌های لیتیوم-یون مسئله مهمی است (به دلایل بسیاری مانند: آسیب مکانیکی، الکتریکی و حرارتی). شایع‌ترین دلیل گریز حرارتی[1]، آسیب دیدگی جدا‌کننده و در نتیجه ایجاد اتصال کوتاه در داخل سلول‌های باتری است. برای بهبود طراحی جداکننده‌ها، تلاش‌های قابل توجهی صورت گرفته است، اما بر اساس آگاهی ما، فقط پوشش‌های نانوذرات معدنی در باتری‌های تجاری لیتیوم- یون استفاده می‌شود. در پژوهش حاضر، لایه‌های پوشش آلی/غیر آلی هیبریدی در فرآیندی نیمه صنعتی که از تکنیک سنتز پلی آمید- ایمید با قابلیت ایجاد اتصال عرضی توسعه یافته است، سنتز شدند. فرآیند ساخت برای دستیابی به لایه‌های پوشش آلی/غیر آلی هیبریدی تکرار‌پذیر که نازک (4μm≥)، نفوذپذیر (250s /100cc≥) و در دمایی بالاتر از 150 ºС پایدار هستند، بهینه شده است. با اعمال لایه پوشش هیبریدی روی سلول‌های لیتیوم- یون کوچک 18650، ظرفیت تخلیه در نرخ‌های کم، بدون تغییر و ظرفیت نگهداری شارژ پس از 500 سیکل بهتر از سلول‌های مرجع بود. پژوهش حاضر نشان می‌دهد که لایه پوشش هیبریدی جدید، پتانسیل بهبود پایداری باتری‌های لیتیوم-یون تجاری را دارد.

نتیجه‌گیری

روشی نیمه صنعتی برای سنتز یک پوشش آلی/ غیر آلی هیبریدی از یک تکنیک سنتز پلیمری با قابلیت ایجاد اتصال عرضی توسعه یافت و بهینه شد. پلیمریزاسیون چند مرحله‌ای برای سنتز موفقیت آمیز یک PAIX تکرار‌پذیر، از نظر حرارتی پایدار و دارای دمای تجزیه حرارتی بالا، استفاده شد. نسبت PAIX و PVdF[2]، نسبت آلی به Al₂O₃، محتوای جامد و غلظت افزودنی غیر حلال برای تولید یک پوشش هیبریدی نازک (4μm≥ )، نفوذ‌پذیر (250s /100cc≥) و از نظر حرارتی پایدار، کنترل و بهینه‌سازی شد. کاهش نفوذ‌پذیری ناشی از لایه پوشش هیبریدی باعث افزایش DCIR[3] و کاهش ظرفیت تخلیه در نرخ‌های بالا(1/0c<) شد. با این وجود در مقایسه با سلول‌های مرجع، سلول‌های لیتیوم-یون کوچک 18650، که پوشش جداکننده هیبریدی در ساخت آن‌ها استفاده شده بود، ظرفیت تخلیه یکسان در نرخ‌های پایین و ظرفیت نگهداری شارژ بهتری را پس از 500 سیکل نشان دادند. بنابراین، نتیجه‌گیری شد که یک جداکننده پلی‌الفین با پوشش هیبرید PAIX آلی و Al₂O₃ غیرآلی، مسیری برای باتری‌های تجاری لیتیوم- یون، با پایداری حرارتی بیشتر و در عین حال عملکرد الکتروشیمیایی کمتر تضعیف شده، فراهم می‌گردد.

[1] Thermal runaway

[2] Polyvinylidene fluoride

[3] Direct current internal resistance

 : Reference

Choi, H.; Lee, B. –S. Pilot Scale Hybrid Organic/Inorganic Coatings on a Polyolefin Separator to Enhance Dimensional Stability for Thermally Stable Long-Life Rechargeable Batteries. Polymers 2022, 14(21), 4474, DOI: 10.3390/polym14214474

ترجمه و ویرایش: مریم مهاجر