על רקע הפיתוח המהיר של רכבי אנרגיה חדשים, מערכות אחסון אנרגיה ואלקטרוניקה לצרכן, לסוללות ליתיום, כנשאי אנרגיה חשובים, יש דרישות גבוהות ליציבות החומר, רגישות סביבתית ובטיחות בתהליכי הייצור שלהן. תיבות כפפות , עם השליטה המדויקת שלהן על הסביבה, הפכו לציוד חשוב בתהליך המחקר והייצור של סוללות ליתיום.
1、 מדוע יצרני סוללות ליתיום צריכים תיבות כפפות?
חומרי האלקטרודה (כגון ליתיום קובלט אוקסיד, חומרים טרינריים, ליתיום ברזל פוספט) והאלקטרוליטים (המכילים ממיסים אורגניים דליקים) של סוללות ליתיום רגישים ביותר לאוויר, לחות וטמפרטורה: לדוגמה, הפעילות הכימית של חומר האלקטרודה החיובית מקלה על חמצון באוויר, ו-Ducome-דוקסיד עלול לגרום להתחמצנות הקובלית; חומרים על בסיס ליתיום מנגן עשירים צריכים להיות מבודדים בקפדנות מחמצן כדי למנוע קריסה מבנית; למרות שלליתיום ברזל פוספט יש יציבות גבוהה, הוא עשוי לעבור הידרוליזה בסביבות לחות. אז תהליך הייצור של סוללות ליתיום צריך להתבצע בסביבת אווירה שיכולה לשלוט בקפדנות על מים וחמצן. תיבות כפפות של סוללת ליתיום יכולות לספק סביבת אווירה אינרטית מדויקת וניתנת לשליטה.
2、 תפקידן של תיבות כפפות בייצור סוללות ליתיום
תיבת הכפפות פותרת בעיות רבות בייצור סוללות ליתיום על ידי יצירת סביבת אווירה אינרטית (כגון חנקן, ארגון) ובקרת לחות:
1. למנוע חמצון וזיהום חומרים
בתהליך הכנת חומרי אלקטרודה חיוביים, החל מערבוב חומרי גלם ועד סינטר, תא הכפפות יכול לספק סביבה נטולת חמצן, ולמעשה להימנע מחמצון של אבקות מתכת כגון קובלט וניקל. בתהליך הערבוב, אם ייחשפו לחמצן, חלק מהמתכות יתחמצנו תחילה, וכתוצאה מכך הרכב חומר לא אחיד וישפיע על ביצועי האלקטרודות. במהלך תהליך הסינטר, פעילות התגובה בין החומר לחמצן גבוהה יותר בסביבות בטמפרטורה גבוהה. הפונקציה של תיבת הכפפות לבודד חמצן יכולה להבטיח את שלמות מבנה האלקטרודה, להבטיח את איכות חומר האלקטרודה החיובי, ובכך לשפר את הביצועים הכוללים של הסוללה.
2. ודא את בטיחות האלקטרוליט
ההכנה, הציפוי והאריזה של האלקטרוליט מתבצעים כולם בתיבת כפפות, שיכולה לבודד חמצן ולחות חיצוניים. ברגע שהממיסים האורגניים באלקטרוליט באים במגע עם לחות, עלולות להתרחש תגובות הידרוליזה, לשנות את הרכב האלקטרוליט ולהפחית את ביצועיו. יחד עם זאת, סביבת האווירה האינרטית של תא הכפפות יכולה גם להמשיך לשחק תפקיד בתהליך הציפוי והאריזה. עבור חלק מהאלקטרוליטים המוצקים החדשים, כמו מערכות סולפיד, הרגישות שלהם לאוויר גבוהה ביותר, ואפילו כמויות קטנות במיוחד של מגע אוויר עלולות להוביל לירידה משמעותית בביצועים שלהם. לכן יש להשלים את כל התהליך מהסינתזה ועד האריזה בתא כפפות כדי להפחית את סכנת הפיצוץ ולהבטיח את בטיחות תהליך הייצור.
3. לשלוט בפעילות תגובת האלקטרודה השלילית
השקעת האלקטרודה השלילית ממתכת ליתיום צריכה להתבצע בסביבה נטולת לחות נמוכה במיוחד וללא חמצן כדי למנוע היווצרות דנדריטים של מתכת ליתיום במהלך תהליך השקיעה. צמיחת הדנדריטים תתנהג כמו קוצים, יחדור דרך המפריד שבתוך הסוללה, יגרום לקצר חשמלי ובסופו של דבר יוביל לבריחה תרמית; הטיפול המקדים של אלקטרודות שליליות על בסיס סיליקון (כגון ציפוי פני השטח) מסתמך על הגנת אטמוספרה אינרטית. ללא סביבת האטמוספרה האינרטית שמספקת תיבת הכפפות, אלקטרודות שליליות על בסיס סיליקון נוטות להגיב עם חמצן ליצירת שכבת בידוד במהלך תהליך הטיפול המקדים. שכבת בידוד זו תפריע להעברת אלקטרונים, ותפחית מאוד את ביצועי הטעינה והפריקה של הסוללה.
4. תמכו במחקר ובפיתוח של חומרים בעלי צפיפות אנרגיה גבוהה
תא הכפפות מספק אווירה נקייה מאוד, נטולת חמצן וללא מים. חומרי סוללת ליתיום בצפיפות אנרגיה גבוהה עם ביצועים גבוהים עוברים סדרה של ניסויים כגון סינתזת חומרים, שינוי ובדיקות בתוך תיבת הכפפות, הימנעות מהפרעות מחמצן ולחות באוויר ומבטיחות את הדיוק והאמינות של נתוני הניסוי. בתמיכת תא הכפפות, החוקרים יכולים לחקור את הקשר בין המבנה והביצועים של חומרים בצורה מעמיקה יותר, לייעל באופן רציף את הרכב ותהליך ההכנה של חומרים, ולהניח בסיס איתן לפיתוח חומרי סוללת ליתיום עם צפיפות אנרגיה גבוהה יותר.
