अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट का लिथियम बैटरियों पर क्या नकारात्मक प्रभाव पड़ता है?

बैटरी के भीतर लिथियम आयन परिवहन के लिए मुख्य माध्यम के रूप में, इलेक्ट्रोलाइट "आयन कंडक्टर," "इलेक्ट्रोड इंटरफ़ेस रक्षक," और "चार्ज ट्रांसफर ब्रिज" के रूप में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इसकी मात्रा को बैटरी के इलेक्ट्रोड आकार, सरंध्रता और एनकैप्सुलेशन वॉल्यूम से सख्ती से मेल खाना चाहिए ताकि इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रियों और अबाधित लिथियम -आयन परिवहन मार्गों की पर्याप्त गीलापन सुनिश्चित की जा सके। अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट (उद्योग में इसे "अंडर{4}}इलेक्ट्रोलाइट" के रूप में संदर्भित किया जाता है) केवल अपर्याप्त माध्यम का मामला नहीं है; यह बैटरी के आंतरिक इलेक्ट्रोकेमिकल संतुलन को बाधित करता है, जिससे श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला शुरू हो जाती है जिससे प्रदर्शन में गिरावट और सुरक्षा विफलता होती है। इनमें से अधिकांश क्षति अपरिवर्तनीय है, जो बैटरी की सेवा जीवन और सुरक्षा को गंभीर रूप से प्रभावित करती है। बैटरियों के वास्तविक कार्य सिद्धांतों के आधार पर निम्नलिखित विश्लेषण, इसके विशिष्ट नकारात्मक प्रभावों और अंतर्निहित तंत्रों का विवरण देता है।

स्पष्ट समझ को सुविधाजनक बनाने के लिए, आइए पहले मूल आधार को स्पष्ट करें: इलेक्ट्रोलाइट का मुख्य कार्य लिथियम लवण (जैसे LiPF6, LiFSI, आदि) को भंग करना है, स्वतंत्र रूप से चलने वाले लिथियम आयन प्रदान करना है, साथ ही साथ सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री (जैसे टर्नरी सामग्री, लिथियम आयरन फॉस्फेट, ग्रेफाइट, आदि) और विभाजक को गीला करना है, एक स्थिर इलेक्ट्रोड / इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस (SEI फिल्म, CEI फिल्म) का निर्माण करना सुनिश्चित करना है। सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच कुशल और स्थिर लिथियम आयन परिवहन।

अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट का सबसे सीधा और सहज प्रभाव यह है कि बैटरी की वास्तविक डिस्चार्ज क्षमता डिज़ाइन क्षमता से काफी कम है, और यह क्षमता में गिरावट अपरिवर्तनीय है, जो चक्र गणना बढ़ने के साथ लगातार खराब होती जा रही है। मुख्य तंत्र इस तथ्य में निहित है कि सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री को इलेक्ट्रोलाइट द्वारा पूरी तरह से गीला नहीं किया जा सकता है; सतह सक्रिय सामग्री की केवल थोड़ी मात्रा ही लिथियम आयन सम्मिलन/निष्कर्षण प्रतिक्रिया में भाग ले सकती है, जबकि आंतरिक सक्रिय सामग्री की एक बड़ी मात्रा "निष्क्रिय" रहती है और विद्युत रासायनिक गतिविधि नहीं कर सकती है।

संरचनात्मक दृष्टिकोण से, सकारात्मक और नकारात्मक दोनों इलेक्ट्रोड छिद्रपूर्ण होते हैं (आमतौर पर 30% और 50% के बीच छिद्र के साथ)। लिथियम आयनों को हर सक्रिय कण से संपर्क करने की अनुमति देने के लिए इलेक्ट्रोलाइट को इन छिद्रों को पूरी तरह से भरना चाहिए। यदि इलेक्ट्रोलाइट अपर्याप्त है, तो छिद्रों के भीतर एक निरंतर इलेक्ट्रोलाइट चरण नहीं बन सकता है, और लिथियम आयन केवल इलेक्ट्रोड सतह पर एक सीमित क्षेत्र के भीतर ही चल सकते हैं। यह इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले लिथियम आयनों की संख्या को काफी कम कर देता है, जिससे डिस्चार्ज के दौरान पूर्ण डिजाइन क्षमता की रिहाई को रोका जा सकता है।

इसके अलावा, कम -इलेक्ट्रोलाइट अवस्था में, पहले चार्ज के दौरान, कुछ बिना गीले सक्रिय पदार्थ एक स्थिर इंटरफेशियल फिल्म नहीं बना सकते हैं। बाद में इलेक्ट्रोलाइट पुनःपूर्ति के साथ भी, इन सक्रिय सामग्रियों की गतिविधि फिर से शुरू होने की संभावना नहीं है, जिससे अपरिवर्तनीय क्षमता में कमी आती है और चार्जिंग चक्रों के माध्यम से डिज़ाइन मूल्य में पुनर्प्राप्ति को रोका जा सकता है।

ACEY-BCT560-64Pलिथियम बैटरी क्षमता परीक्षकलिथियम{0}}आयन बैटरियों के प्रदर्शन के परीक्षण और मूल्यांकन के लिए सही समाधान है। इस अत्याधुनिक उपकरण में वोल्टेज, करंट, तापमान और अन्य सहित विभिन्न मापदंडों को सटीक रूप से मापने और उनका विश्लेषण करने के लिए उन्नत तकनीक की सुविधा है।

लिथियम बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध में मुख्य रूप से तीन भाग होते हैं: ओमिक प्रतिरोध, चार्ज ट्रांसफर प्रतिरोध और प्रसार प्रतिरोध। अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट बाद के दो में उल्लेखनीय वृद्धि की ओर जाता है, अंततः कुल बैटरी आंतरिक प्रतिरोध में तेज वृद्धि का कारण बनता है, जो बदले में चार्ज/डिस्चार्ज दक्षता और आउटपुट प्रदर्शन को प्रभावित करता है।

एक ओर, बढ़ा हुआ चार्ज ट्रांसफर प्रतिरोध: चार्ज ट्रांसफर प्रतिरोध मुख्य रूप से इलेक्ट्रोड/इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस पर होता है, जो चार्ज ट्रांसफर के लिए एक स्थिर इंटरफेसियल फिल्म और पर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट पर निर्भर करता है। जब इलेक्ट्रोलाइट अपर्याप्त होता है, तो इलेक्ट्रोड की सतह पर्याप्त रूप से गीली नहीं होती है, और इंटरफेशियल फिल्म (एसईआई फिल्म, सीईआई फिल्म) को समान रूप से कवर नहीं किया जा सकता है। इलेक्ट्रोड सतह पर लिथियम आयन सम्मिलन/निष्कर्षण का प्रतिरोध बढ़ जाता है, जिससे चार्ज स्थानांतरण धीमा हो जाता है और चार्ज स्थानांतरण प्रतिरोध तेजी से बढ़ जाता है। दूसरी ओर, प्रसार प्रतिरोध में वृद्धि: इलेक्ट्रोलाइट में लिथियम आयनों की प्रसार दर सीधे इलेक्ट्रोलाइट की निरंतरता और एकाग्रता से संबंधित है। अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट से असमान इलेक्ट्रोलाइट सांद्रण होता है, यहां तक ​​कि कुछ क्षेत्र "इलेक्ट्रोलाइट मुक्त" रिक्त क्षेत्र भी बन जाते हैं। लिथियम आयनों का प्रसार पथ अवरुद्ध हो जाता है, प्रसार दूरी लंबी हो जाती है, और प्रसार प्रतिरोध काफी बढ़ जाता है।

चक्र प्रदर्शन लिथियम बैटरी जीवनकाल का एक मुख्य संकेतक है, जो बार-बार चार्ज होने के दौरान स्थिर क्षमता बनाए रखने की बैटरी की क्षमता को संदर्भित करता है। अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट से चक्र प्रदर्शन में तेज गिरावट आती है और एकल चक्र के बाद क्षमता में अचानक और महत्वपूर्ण गिरावट जैसी असामान्य घटनाएं होने का खतरा होता है। यह मूलतः बढ़े हुए आंतरिक प्रतिरोध के कारण उत्पन्न होने वाला एक दुष्चक्र है।

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट से आंतरिक प्रतिरोध बढ़ जाता है। बढ़े हुए आंतरिक प्रतिरोध का मुख्य परिणाम बैटरी चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान तीव्र स्थानीयकृत हीटिंग है (जूल के नियम Q=I²Rt के अनुसार, निरंतर वर्तमान के साथ, उच्च आंतरिक प्रतिरोध के परिणामस्वरूप अधिक गर्मी उत्पन्न होती है)। उच्च तापमान पर स्थानीयकृत ओवरहीटिंग इलेक्ट्रोलाइट अपघटन को तेज करती है। इसके साथ ही, उच्च तापमान इलेक्ट्रोड/इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस पर स्थिर फिल्म को भी नुकसान पहुंचाता है (एसईआई फिल्म टूट जाएगी और पुनर्निर्माण करेगी)। टूटी हुई एसईआई फिल्म खुद को ठीक करने के लिए फिर से लिथियम आयनों और इलेक्ट्रोलाइट का उपभोग करेगी, जिससे चार्ज ट्रांसफर प्रतिरोध में और वृद्धि होगी।

"कम इलेक्ट्रोलाइट स्तर → बढ़ा हुआ आंतरिक प्रतिरोध → स्थानीय हीटिंग → इलेक्ट्रोलाइट अपघटन → कम इलेक्ट्रोलाइट स्तर का बढ़ना" का यह दुष्चक्र साइकिल चलाने के दौरान बैटरी की क्षमता में लगातार गिरावट का कारण बनता है, और गिरावट की दर तेज हो जाती है। जब चक्रों की संख्या एक निश्चित स्तर तक पहुंच जाती है, तो इंटरफेशियल फिल्म पूरी तरह से विफल हो जाती है, या इलेक्ट्रोलाइट समाप्त हो जाता है, क्षमता में एक महत्वपूर्ण गिरावट होती है। इसके अलावा, कम इलेक्ट्रोलाइट स्तर भी बैटरी साइक्लिंग के दौरान खराब क्षमता स्थिरता का कारण बनता है। एक बहु-सेल श्रृंखला बैटरी पैक में, कम इलेक्ट्रोलाइट स्तर वाले सेल पहले कम हो जाएंगे, जिससे पूरे बैटरी पैक का प्रदर्शन और जीवनकाल कम हो जाएगा।

अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट के कारण उत्पन्न गर्मी प्रदर्शन में गिरावट और सुरक्षा विफलता के बीच एक महत्वपूर्ण कड़ी है। गर्मी का उत्पादन मुख्य रूप से दो स्रोतों से होता है, जिसका संचयी प्रभाव होता है, जिससे बैटरी का तापमान असामान्य रूप से बढ़ जाता है और थर्मल रनवे का संभावित प्रारंभिक जोखिम पैदा होता है।

• आंतरिक प्रतिरोध के कारण उत्प्रेरक ऊष्मा उत्पादन

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट से आंतरिक प्रतिरोध में तेज वृद्धि होती है, जिससे चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान उत्पन्न जूल गर्मी में काफी वृद्धि होती है। इसके अलावा, अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट के कारण, इसकी स्वयं की गर्मी अपव्यय क्षमता भी कम हो जाती है (इलेक्ट्रोलाइट में एक निश्चित गर्मी अपव्यय कार्य भी होता है, जो इलेक्ट्रोड द्वारा उत्पन्न गर्मी को बैटरी आवरण तक ले जाता है)।

• असामान्य प्रतिक्रिया ऊष्मा उत्पादन

अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट इलेक्ट्रोड इंटरफ़ेस फिल्म में अस्थिरता का कारण बनता है, जिससे इसमें साइड रिएक्शन होने का खतरा होता है। यह चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान बैटरी आवरण तापमान में उल्लेखनीय वृद्धि के रूप में प्रकट होता है (सामान्य चार्ज और डिस्चार्ज तापमान आमतौर पर 20 - 45 डिग्री होता है, लेकिन अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट बैटरी 50 डिग्री से ऊपर बढ़ सकती है), विशेष रूप से चार्जिंग के दौरान ध्यान देने योग्य, कभी-कभी "स्पर्श करने पर गर्म" भी हो जाती है। यदि बैटरी उच्च-दर चार्ज और डिस्चार्ज के तहत है, तो गर्मी उत्पादन और तेज हो जाएगा, संभावित रूप से इलेक्ट्रोलाइट अपघटन तापमान (आमतौर पर 60 डिग्री से ऊपर) से अधिक हो जाएगा, इलेक्ट्रोलाइट अपघटन और इलेक्ट्रोड उम्र बढ़ने में तेजी आएगी, जिससे बाद की विफलताओं के लिए संभावित सुरक्षा खतरा पैदा होगा। इसके अलावा, लंबे समय तक गर्मी उत्पन्न होने से बैटरी के आवरण में विकृति आ सकती है और सीलेंट पुराना हो सकता है, जिससे संभावित रूप से इलेक्ट्रोलाइट रिसाव हो सकता है और बैटरी की स्थिति और भी खराब हो सकती है।

ACEY-BCT506-512Hबैटरी चार्ज डिस्चार्ज परीक्षण उपकरणवास्तविक समय में वास्तविक समय वोल्टेज, वर्तमान, क्षमता, ऊर्जा, गठन की स्थिति और वितरित बैटरी निर्माण के अन्य मापदंडों की निगरानी करने, दोषों का निदान और प्रबंधन करने, प्रासंगिक डेटा को रिकॉर्ड करने और विश्लेषण करने के लिए मैन्युअल काम के बजाय आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक निगरानी और नियंत्रण उपकरणों का उपयोग करता है, ताकि गठन प्रक्रिया में अप्राप्य और बैच प्रसंस्करण का एहसास हो सके, केंद्रीकृत निगरानी और उपकरणों के रखरखाव के लिए कंप्यूटर नियंत्रण सॉफ्टवेयर।

यह अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट का सबसे गंभीर नकारात्मक प्रभाव है, जो सीधे बैटरी सुरक्षा को प्रभावित करता है और कम से कम इलेक्ट्रोलाइट बैटरी के लिए प्राथमिक विफलता मोड में से एक का प्रतिनिधित्व करता है। लिथियम चढ़ाना का मुख्य कारण यह है: अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट से नकारात्मक इलेक्ट्रोड का खराब स्थानीय गीलापन होता है, जिसके परिणामस्वरूप एसईआई फिल्म का असमान गठन होता है। लिथियम आयन ग्रेफाइट परतों के बीच ठीक से एम्बेड नहीं हो सकते हैं और केवल नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह (यानी, "लिथियम प्लेटिंग") पर धात्विक लिथियम जमा कर सकते हैं, जिससे बैटरी के अंदर सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच सीधा संपर्क होता है, जिससे आंतरिक शॉर्ट सर्किट शुरू हो जाता है।

एक आंतरिक शॉर्ट सर्किट तुरंत बड़ी मात्रा में गर्मी उत्पन्न करता है, जिससे बैटरी का तापमान तेजी से बढ़ जाता है (तुरंत 100 डिग्री से अधिक), जिससे थर्मल रनवे हो जाता है। उच्च तापमान के कारण इलेक्ट्रोलाइट तेजी से विघटित होता है, जिससे बड़ी मात्रा में ज्वलनशील और विस्फोटक गैसें (जैसे CO और CH4) उत्पन्न होती हैं। बैटरी का आंतरिक दबाव तेजी से बढ़ता है, जिससे अंततः बैटरी आवरण फट जाता है और रिसाव होने लगता है। यदि गैस हवा के संपर्क में आती है, या यदि आंतरिक तापमान इलेक्ट्रोलाइट या इलेक्ट्रोड सामग्री के ज्वलन बिंदु तक पहुंच जाता है, तो यह प्रज्वलित हो सकता है या विस्फोट भी हो सकता है। इसके अलावा, आंतरिक शॉर्ट सर्किट के बिना भी, जमा धातु लिथियम इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करेगा, इलेक्ट्रोलाइट और लिथियम आयन दोनों का उपभोग करेगा, जिससे बैटरी के प्रदर्शन में गिरावट और सुरक्षा खतरों में और तेजी आएगी। गंभीर रूप से अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट वाली बैटरी को अलग करते समय, धातु लिथियम जमा को नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर सीधे भी देखा जा सकता है, और इसके जलने का खतरा होता है।

लिथियम बैटरियों में अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट कोई "मामूली दोष" नहीं है, बल्कि बैटरी को अंदर से बाहर तक अपरिवर्तनीय क्षति पहुंचाता है, जिससे प्रदर्शन, जीवनकाल और सुरक्षा प्रभावित होती है। इसका प्रभाव एक "श्रृंखला प्रतिक्रिया" विशेषता प्रदर्शित करता है: अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट → अपर्याप्त गीलापन → बाधित लिथियम आयन परिवहन → आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि → गर्मी उत्पादन में वृद्धि → इलेक्ट्रोलाइट अपघटन → बिगड़ती अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट → लिथियम जमाव → आंतरिक शॉर्ट सर्किट → आग और विस्फोट। वास्तविक उत्पादन और उपयोग में, उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइट की मात्रा को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए, आमतौर पर अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट समस्याओं से बचने के लिए इलेक्ट्रोड सरंध्रता और बैटरी वॉल्यूम जैसे मापदंडों के आधार पर सटीक गणना की जानी चाहिए।

यदि बैटरी रेंज में महत्वपूर्ण कमी (क्षमता में 20% से अधिक की कमी), चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान असामान्य हीटिंग, अत्यधिक उच्च चार्जिंग वोल्टेज, अत्यधिक कम डिस्चार्जिंग वोल्टेज, या साइकिल चलाने के दौरान क्षमता में तेज गिरावट प्रदर्शित करती है, तो यह अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट का संकेत हो सकता है। बैटरी की आगे की क्षति या सुरक्षा घटनाओं को रोकने के लिए समय पर निरीक्षण और रखरखाव महत्वपूर्ण है। पावर बैटरी और ऊर्जा भंडारण बैटरी जैसे बड़े बैटरी पैक के लिए, अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट पूरे सिस्टम की स्थिरता को भी प्रभावित कर सकता है, जिस पर ध्यान केंद्रित करने और रोकथाम की आवश्यकता होती है।

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