| مواد بطارية ليثيوم أيون هي مكونات أساسية في إنتاج بطاريات الليثيوم أيون والتي تستخدم على نطاق واسع في مختلف الأجهزة الإلكترونية والمركبات الكهربائية وأنظمة الطاقة المتجددة. تتكون هذه البطاريات من عدة مواد رئيسية تعمل معًا لتخزين وإطلاق الطاقة الكهربائية بكفاءة. مواد الكاثود
تشتمل مواد الكاثود الحديثة على أكاسيد معدن الليثيوم [مثل LiCoO 2 ، ليمن 2 يا 4 و لي(NixMnyCoz)O 2 ]، وأكاسيد الفاناديوم، والزبرجد الزيتوني (مثل LiFePO 4 ) ، وأكاسيد الليثيوم القابلة لإعادة الشحن. 11,12 تعتبر الأكاسيد ذات الطبقات التي تحتوي على الكوبالت والنيكل من أكثر المواد التي تمت دراستها لبطاريات الليثيوم أيون. إنها تظهر استقرارًا عاليًا في نطاق الجهد العالي، لكن الكوبالت محدود التوفر في الطبيعة وهو سام، وهو ما يمثل عيبًا هائلاً للتصنيع الضخم. يقدم المنغنيز بديلاً منخفض التكلفة مع عتبة حرارية عالية وقدرات معدل ممتازة ولكن سلوك ركوب الدراجات محدود. ولذلك، غالبا ما تستخدم مخاليط الكوبالت والنيكل والمنغنيز للجمع بين أفضل الخصائص وتقليل العيوب. تتمتع أكاسيد الفاناديوم بقدرة كبيرة وحركية ممتازة. ومع ذلك، بسبب إدخال واستخراج الليثيوم، تميل المادة إلى أن تصبح غير متبلورة، مما يحد من سلوك ركوب الدراجات. الزبرجد الزيتوني غير سام وله قدرة معتدلة مع بهتان منخفض بسبب ركوب الدراجات، لكن موصليته منخفضة. وقد تم إدخال طرق طلاء المادة التي تعوض الموصلية الضعيفة، ولكنها تضيف بعض تكاليف المعالجة إلى البطارية.
مواد الأنود
مواد الأنود هي الليثيوم، الجرافيت، مواد سبائك الليثيوم، الفلزات البينية، أو السيليكون. 11 يبدو أن الليثيوم هو المادة الأكثر مباشرة ولكنه يظهر مشاكل في سلوك التدوير ونمو التغصنات، مما يخلق دوائر قصيرة. الأنودات الكربونية هي المواد الأنودية الأكثر استخدامًا نظرًا لانخفاض تكلفتها وتوافرها. ومع ذلك، فإن السعة النظرية (372 مللي أمبير/جم) ضعيفة مقارنة بكثافة شحن الليثيوم (3862 مللي أمبير/جم). وقد حاولت بعض الجهود المبذولة باستخدام أصناف جديدة من الجرافيت وأنابيب الكربون النانوية زيادة القدرة، ولكنها جاءت مع ارتفاع تكاليف المعالجة. تتمتع أنودات السبائك والمركبات المعدنية بقدرات عالية ولكنها تظهر أيضًا تغيرًا كبيرًا في الحجم، مما يؤدي إلى سلوك سيئ في ركوب الدراجات. لقد بُذلت جهود للتغلب على تغير الحجم باستخدام مواد بلورية نانوية ومن خلال وجود طور السبائك (مع Al، Bi، Mg، Sb، Sn، Zn، وغيرها) في مصفوفة تثبيت غير سبائكية (مع Co، Cu، Fe، أو ني). يتمتع السيليكون بقدرة عالية للغاية تبلغ 4,199 مللي أمبير/جرام، وهو ما يتوافق مع تركيبة Si 5 لي 22 . ومع ذلك، فإن سلوك ركوب الدراجات ضعيف، ولم يتم فهم تلاشي القدرة بعد. الشوارد
تحتاج البطارية الآمنة وطويلة الأمد إلى إلكتروليت قوي يمكنه تحمل الجهد الحالي ودرجات الحرارة المرتفعة وله عمر افتراضي طويل مع توفير حركة عالية لأيونات الليثيوم. وتشمل الأنواع السائلة والبوليمرية والإلكتروليتات ذات الحالة الصلبة. 11 الشوارد السائلة هي في الغالب إلكتروليتات عضوية قائمة على المذيبات تحتوي على LiBC 4 يا 8 (ليبوب)، ليبف 6 ، لي[PF 3 (ج 2 ف 5 ) 3 ] أو ما شابه ذلك. الاعتبار الأكثر أهمية هو قابليتها للاشتعال. تتميز المذيبات الأفضل أداءً بنقاط غليان منخفضة ونقاط وميض تبلغ حوالي 30 درجة مئوية. ولذلك فإن تنفيس أو انفجار الخلية ومن ثم البطارية يشكل خطرًا. يمكن أن يؤدي تحلل الإلكتروليت والتفاعلات الجانبية شديدة الطاردة للحرارة في بطاريات الليثيوم أيون إلى خلق تأثير يُعرف باسم "الهروب الحراري". وبالتالي، فإن اختيار المنحل بالكهرباء غالبا ما ينطوي على مقايضة بين القابلية للاشتعال والأداء الكهروكيميائي. فواصل تم تقديم مراجعة جيدة لمواد الفاصل واحتياجاته بواسطة P. Arora وZ. Zhang. 14 كما يوحي اسمه، يقوم فاصل البطارية بفصل القطبين عن بعضهما البعض فعليًا، وبالتالي تجنب حدوث ماس كهربائي. في حالة الإلكتروليت السائل، يكون الفاصل عبارة عن مادة رغوية مشبعة بالإلكتروليت وتثبته في مكانه. يجب أن يكون عازلًا إلكترونيًا مع الحد الأدنى من مقاومة الإلكتروليت، والحد الأقصى من الاستقرار الميكانيكي، والمقاومة الكيميائية للتدهور في البيئة النشطة للغاية كهروكيميائيًا. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يحتوي الفاصل على ميزة أمان تسمى "الإغلاق الحراري"؛ وعند درجات حرارة مرتفعة، فإنه يذوب أو يغلق مسامه لإيقاف نقل أيونات الليثيوم دون أن يفقد استقراره الميكانيكي. يتم تصنيع الفواصل إما في صفائح ويتم تجميعها باستخدام الأقطاب الكهربائية أو يتم ترسيبها على قطب كهربائي واحد في الموقع. من حيث التكلفة، فإن الطريقة الأخيرة هي الطريقة المفضلة ولكنها تطرح بعض المشاكل الأخرى في التوليف والمعالجة والميكانيكية. لا تحتاج إلكتروليتات الحالة الصلبة وبعض إلكتروليتات البوليمر إلى فاصل. تحتوي الفواصل على آليات إغلاق حرارية مدمجة، ويتم إضافة أنظمة إدارة حرارية خارجية متطورة إضافية إلى الوحدات وحزم البطاريات. تعتبر السوائل الأيونية قيد النظر بسبب ثباتها الحراري ولكن لها عيوب كبيرة، مثل تحلل الليثيوم خارج القطب الموجب. إلكتروليتات البوليمر هي بوليمرات موصلة أيونيًا. غالبًا ما يتم خلطها في مركبات مع جسيمات نانوية سيراميكية، مما يؤدي إلى موصلية أعلى ومقاومة للجهد العالي. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لزوجتها العالية وسلوكها شبه الصلب، يمكن أن تمنع إلكتروليتات البوليمر نمو تشعبات الليثيوم. 13 وبالتالي يمكن استخدامها مع أنودات معدن الليثيوم. الإلكتروليتات الصلبة عبارة عن بلورات موصلة من أيون الليثيوم ونظارات خزفية. إنها تظهر أداءً سيئًا للغاية في درجات الحرارة المنخفضة لأن حركة الليثيوم في المادة الصلبة تقل بشكل كبير في درجات الحرارة المنخفضة. بالإضافة إلى ذلك، تحتاج الإلكتروليتات الصلبة إلى ظروف ترسيب خاصة ومعاملات حرارية للحصول على سلوك مقبول، مما يجعلها مكلفة للغاية في الاستخدام، على الرغم من أنها تلغي الحاجة إلى الفواصل وخطر الهروب الحراري. ختاماً، مواد بطارية ليثيوم أيون تلعب دورا حيويا في الأداء العام والكفاءة بطاريات الليثيوم أيون . تستمر جهود البحث والتطوير المستمرة في استكشاف مواد وتقنيات جديدة لزيادة تحسين أداء واستدامة بطاريات الليثيوم أيون. | 
