थैली कोशिकाएं क्यों सूज जाती हैं?

ऐसे कई कारण हैं जिनकी वजह से पाउच {{0}टाइप लिथियम {{1}आयन बैटरियां फूल जाती हैं। प्रायोगिक अनुसंधान एवं विकास अनुभव के आधार पर, सूजन के कारणों को तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: पहला, साइकिल चलाने के दौरान बैटरी इलेक्ट्रोड शीट के विस्तार के कारण मोटाई में वृद्धि; दूसरा, इलेक्ट्रोलाइट के ऑक्सीडेटिव अपघटन के परिणामस्वरूप गैस उत्पादन के कारण होने वाली सूजन; और तीसरा, विनिर्माण दोषों के कारण होने वाली सूजन, जैसे खराब सीलिंग के कारण नमी का प्रवेश या कोशिका के कोनों में क्षति।

बैटरी की मोटाई में बदलाव लाने वाले प्रमुख कारक अलग-अलग बैटरी केमिस्ट्री में अलग-अलग होते हैं। उदाहरण के लिए, लिथियम टाइटेनेट (एलटीओ) एनोड का उपयोग करने वाली बैटरियों में, गैस उत्पादन सूजन का प्राथमिक कारण है; इसके विपरीत, ग्रेफाइट एनोड वाली बैटरियों के लिए, इलेक्ट्रोड शीट का विस्तार और गैस उत्पादन दोनों सूजन में योगदान करते हैं।

ग्रेफाइट एनोड विस्तार को प्रभावित करने वाले कारकों और तंत्रों पर चर्चा

लिथियम आयन बैटरियों की चार्जिंग के दौरान सेल की मोटाई में वृद्धि मुख्य रूप से एनोड के विस्तार के कारण होती है; कैथोड की विस्तार दर केवल 2-4% है। एनोड आमतौर पर ग्रेफाइट, एक बाइंडर और प्रवाहकीय कार्बन से बने होते हैं, ग्रेफाइट सामग्री स्वयं लगभग 10% की विस्तार दर प्रदर्शित करती है। ग्रेफाइट एनोड की विस्तार दर को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारकों में एसईआई (सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़) फिल्म निर्माण, चार्ज की स्थिति (एसओसी), प्रक्रिया पैरामीटर और अन्य चर शामिल हैं।

(1) एसईआई फिल्म निर्माण
लिथियम आयन बैटरी के प्रारंभिक चार्ज {{0}डिस्चार्ज चक्र के दौरान, ठोस {2}तरल इंटरफ़ेस पर इलेक्ट्रोलाइट और ग्रेफाइट कणों के बीच एक कमी प्रतिक्रिया होती है, जिससे इलेक्ट्रोड सामग्री पर एक निष्क्रियता परत (एसईआई फिल्म) बनती है। एसईआई फिल्म के निर्माण से एनोड की मोटाई में उल्लेखनीय वृद्धि होती है, जिससे सेल की मोटाई में लगभग 4% की समग्र वृद्धि होती है। लंबी अवधि की साइकिलिंग के दौरान, ग्रेफाइट की भौतिक संरचना और विशिष्ट सतह क्षेत्र मौजूदा एसईआई के विघटन और नए एसईआई के गठन से जुड़ी एक गतिशील प्रक्रिया को प्रभावित करते हैं; उदाहरण के लिए, फ्लेक ग्रेफाइट गोलाकार ग्रेफाइट की तुलना में उच्च विस्तार दर प्रदर्शित करता है।

(2) प्रभारी राज्य (एसओसी)
साइक्लिंग प्रक्रिया के दौरान, ग्रेफाइट एनोड का आयतन विस्तार सेल के एसओसी के साथ एक मजबूत आवधिक कार्यात्मक संबंध प्रदर्शित करता है। विशेष रूप से, जैसे-जैसे लिथियम आयन ग्रेफाइट में घुलते जाते हैं, आयतन धीरे-धीरे बढ़ता जाता है (सेल का एसओसी बढ़ता है); इसके विपरीत, जब लिथियम आयन ग्रेफाइट एनोड से अंतर्संबंधित होते हैं, तो सेल का एसओसी कम हो जाता है, और ग्रेफाइट एनोड की मात्रा तदनुसार सिकुड़ जाती है।

(3) प्रक्रिया पैरामीटर
प्रक्रिया मापदंडों के संबंध में, संघनन घनत्व ग्रेफाइट एनोड को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है। इलेक्ट्रोड शीट के ठंडे दबाव के दौरान, ग्रेफाइट एनोड कोटिंग परत के भीतर पर्याप्त संपीड़न तनाव विकसित होता है; उच्च तापमान बेकिंग जैसे बाद के चरणों के दौरान इस तनाव से पूरी तरह छुटकारा पाना मुश्किल है। चार्ज {3}डिस्चार्ज साइक्लिंग के दौरान, लिथियम {4}आयन इंटरकलेशन / डी {{5} इंटरकलेशन और इलेक्ट्रोलाइट {{6} के संयुक्त प्रभाव से बाइंडर की सूजन के कारण कोटिंग के भीतर तनाव मुक्त हो जाता है, जिससे विस्तार में वृद्धि होती है। इसके अलावा, संघनन घनत्व एनोड कोटिंग के भीतर शून्य मात्रा निर्धारित करता है। एक बड़ी शून्य मात्रा इलेक्ट्रोड शीट के विस्तार को प्रभावी ढंग से समायोजित कर सकती है।

इसके विपरीत, यदि रिक्त स्थान छोटा है, तो विस्तार को अवशोषित करने के लिए अपर्याप्त जगह है; परिणामस्वरूप, विस्तार को बाहर की ओर मजबूर किया जाता है, जो एनोड शीट की कुल मात्रा में वृद्धि के रूप में प्रकट होता है।

(4) अन्य कारक
एनोड विस्तार को प्रभावित करने वाले अन्य कारकों में बाइंडर आसंजन शक्ति (विशेष रूप से बाइंडर, ग्रेफाइट कण, प्रवाहकीय कार्बन और वर्तमान कलेक्टर के बीच इंटरफेशियल आसंजन), चार्ज -डिस्चार्ज दर, इलेक्ट्रोलाइट में बाइंडर का सूजन व्यवहार, ग्रेफाइट कणों का आकार और पैकिंग घनत्व, और साइकिल चालन के दौरान बाइंडर गिरावट के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोड की मात्रा में वृद्धि शामिल है।

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बैटरी के भीतर गैस बनना सूजन का एक और प्रमुख कारण है।

कमरे या उच्च तापमान पर, साथ ही उच्च तापमान भंडारण के दौरान बैटरियों में गैस उत्पादन और सूजन की अलग-अलग डिग्री का अनुभव होता है।

प्रारंभिक चार्ज -डिस्चार्ज चक्र के दौरान, इलेक्ट्रोड सतह पर एक सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़ (एसईआई) फिल्म बनती है। एनोड पर एसईआई (सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़) परत का निर्माण मुख्य रूप से ईसी (एथिलीन कार्बोनेट) के रिडक्टिव अपघटन के परिणामस्वरूप होता है; एल्काइल लिथियम और Li2CO3 का उत्पादन CO और C2H4 की महत्वपूर्ण मात्रा के उत्पादन के साथ होता है। डीएमसी (डाइमिथाइल कार्बोनेट) और ईएमसी (एथाइल मिथाइल कार्बोनेट) जैसे सॉल्वैंट्स भी फिल्म निर्माण में योगदान करते हैं, जिससे सीएच4, सी2एच6, सी3एच8 और सीओ जैसी गैसों के साथ-साथ आरएलआईसीओ3 और आरओएलआई का उत्पादन होता है। पीसी (प्रोपलीन कार्बोनेट) आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स में, गैस उत्पादन अपेक्षाकृत अधिक होता है, मुख्य रूप से पीसी कमी से सी3एच8 गैस के उत्पादन के कारण। LiFePO4 पाउच कोशिकाओं के लिए, प्रारंभिक 0.1C चार्ज चक्र के पूरा होने के बाद गैस की सूजन सबसे गंभीर होती है।

यह स्पष्ट है कि एसईआई का गठन अनिवार्य रूप से पर्याप्त मात्रा में गैस के उत्पादन के साथ होता है। H2O अशुद्धियों की उपस्थिति LiPF6 में P-F बांड को अस्थिर कर देती है, जिससे HF का निर्माण होता है; यह बैटरी प्रणाली को अस्थिर कर देता है और गैस उत्पन्न करता है। अत्यधिक H2O Li+ आयनों का उपभोग करता है, जिससे LiOH, LiO2 और H2 का उत्पादन होता है, जिसके परिणामस्वरूप गैस का विकास भी होता है। गैस का उत्पादन भंडारण और लंबे समय तक चार्ज करने के दौरान भी होता है {{10}डिस्चार्ज साइक्लिंग; सीलबंद लिथियम आयन बैटरियों में, महत्वपूर्ण गैस संचय से सूजन हो जाती है, जिससे बैटरी का प्रदर्शन ख़राब हो जाता है और उसकी सेवा का जीवन छोटा हो जाता है। भंडारण के दौरान गैस उत्पन्न होने के प्राथमिक कारण इस प्रकार हैं:

(1) बैटरी सिस्टम में मौजूद H2O से HF का निर्माण होता है, जो SEI परत को नुकसान पहुंचाता है। सिस्टम में ऑक्सीजन (O2) इलेक्ट्रोलाइट को ऑक्सीकरण कर सकती है, जिसके परिणामस्वरूप बड़ी मात्रा में CO2 उत्पन्न हो सकती है;
(2) यदि प्रारंभिक सक्रियण (गठन) के दौरान बनी एसईआई परत अस्थिर है, तो यह भंडारण के दौरान ख़राब हो सकती है; एसईआई परत की बाद की मरम्मत से मुख्य रूप से हाइड्रोकार्बन युक्त गैसें निकलती हैं। लंबे समय तक चार्ज होने के दौरान, कैथोड सामग्री की क्रिस्टलीय संरचना में परिवर्तन और इलेक्ट्रोड सतह पर गैर-समान संभावित वितरण स्थानीयकृत उच्च क्षमता का कारण बन सकता है। इससे इलेक्ट्रोड इंटरफ़ेस पर इलेक्ट्रोलाइट की स्थिरता कम हो जाती है; सतह की फिल्म के लगातार गाढ़ा होने से इंटरफेसियल प्रतिरोध बढ़ जाता है, जिससे प्रतिक्रिया क्षमता और बढ़ जाती है। यह इलेक्ट्रोलाइट अपघटन और गैस उत्पादन को ट्रिगर करता है, जबकि कैथोड सामग्री स्वयं भी गैस छोड़ सकती है।

बैटरियां अपने रासायनिक प्रणालियों के आधार पर सूजन की अलग-अलग डिग्री प्रदर्शित करती हैं। ग्रेफाइट एनोड का उपयोग करने वाली बैटरियों में, गैस उत्पादन और सूजन के प्राथमिक कारण हैं {{1}जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है {{2}एसईआई परत का निर्माण, सेल के भीतर अत्यधिक नमी की मात्रा, निर्माण प्रक्रिया में विसंगतियां, और खराब सीलिंग। इसके विपरीत, लिथियम टाइटेनेट (एलटीओ) एनोड प्रणाली के भीतर, उद्योग आम तौर पर नमी को अवशोषित करने के लिए सामग्री की अंतर्निहित प्रवृत्ति के लिए Li4Ti5O12 बैटरी में गैस उत्पादन का श्रेय देता है, हालांकि इस परिकल्पना की पुष्टि करने के लिए कोई निश्चित सबूत नहीं है।

1. ख़राब सीलिंग:सीलिंग दोषों के कारण होने वाली सूजन कोशिकाओं की घटनाओं में काफी कमी आई है। दोष किसी भी सीलिंग पक्ष पर हो सकते हैं, शीर्ष सीलिंग और डीगैसिंग सील सबसे आम समस्या क्षेत्र हैं; शीर्ष सीलिंग मुद्दों में आमतौर पर टैब क्षेत्र शामिल होता है, जबकि डीगैसिंग मुद्दों में अक्सर प्रदूषण शामिल होता है। खराब सीलिंग वायुमंडलीय नमी को कोशिका में प्रवेश करने की अनुमति देती है, जिससे इलेक्ट्रोलाइट अपघटन और गैस उत्पादन शुरू हो जाता है।

2. थैली की सतह की क्षति:उत्पादन लाइन प्रवाह के दौरान, थैली आकस्मिक या मानवीय प्रेरित क्षति (जैसे कि पिनहोल) को सहन कर सकती है, जिससे नमी कोशिका के अंदरूनी हिस्से में प्रवेश कर सकती है।

3. कोने की क्षति:मुड़े हुए कोनों पर एल्यूमीनियम परत की विशिष्ट विकृति के कारण, गैस बैग की गति कोने को मोड़ सकती है, एल्यूमीनियम को नुकसान पहुंचा सकती है (बड़े गैस बैग वाली बड़ी कोशिकाओं को इसका खतरा अधिक होता है) और नमी अवरोध से समझौता हो सकता है। कोनों पर क्रेप टेप या गर्म पिघला हुआ चिपकने वाला लगाने से इस जोखिम को कम करने में मदद मिल सकती है। इसके अलावा, शीर्ष सीलिंग के बाद गैस बैग द्वारा कोशिकाओं को संभालना निषिद्ध है; उम्र बढ़ने वाले रैक पर कोशिकाओं को हिलने से रोकने के लिए ऑपरेशन के दौरान विशेष देखभाल की जानी चाहिए।

4. अत्यधिक आंतरिक नमी:यदि नमी का स्तर सीमा से अधिक हो जाता है, तो इलेक्ट्रोलाइट का क्षरण होता है, जिससे बनने या नष्ट होने के बाद गैस उत्पन्न होती है। अत्यधिक आंतरिक नमी के प्राथमिक कारणों में शामिल हैं: इलेक्ट्रोलाइट में उच्च नमी सामग्री, बेकिंग के बाद नंगे सेल में उच्च नमी सामग्री, और सूखे कमरे में अत्यधिक आर्द्रता। यदि अत्यधिक नमी को सूजन के कारण के रूप में संदेह किया जाता है, तो एक प्रक्रिया ट्रैसेबिलिटी जांच आयोजित की जा सकती है।

5. गठन प्रक्रिया विसंगतियाँ:गलत गठन प्रक्रियाओं से कोशिका में सूजन हो सकती है।

6. अस्थिर SEI परत:चार्ज के दौरान थोड़ी सूजन हो सकती है {{0}क्षमता परीक्षण के डिस्चार्ज चक्र {{1} ओवरचार्ज / ओवर {{2}डिस्चार्ज: प्रक्रिया, उपकरण, या सुरक्षा सर्किट बोर्ड (पीसीबी) की खराबी के कारण, बैटरी सेल ओवरचार्ज या अत्यधिक डिस्चार्ज से गुजरती है, जिसके परिणामस्वरूप गंभीर सूजन (गैस उत्पादन) होती है।

8. शॉर्ट सर्किट:परिचालन संबंधी त्रुटियों के कारण लाइव सेल टैब के बीच संपर्क के परिणामस्वरूप शॉर्ट सर्किट होता है; सेल सूज जाता है, वोल्टेज तेजी से गिरता है, और टैब जलकर काले हो जाते हैं।

9. आंतरिक शॉर्ट सर्किट:कोशिका के अंदर एनोड और कैथोड के बीच शॉर्ट सर्किट के कारण तेजी से डिस्चार्ज और गर्मी उत्पन्न होती है, साथ ही गंभीर सूजन भी होती है। कारणों में डिज़ाइन संबंधी खामियां शामिल हैं; विभाजक सिकुड़न, कर्लिंग, या क्षति; द्वि-कोशिकाओं का गलत संरेखण; विभाजक को छेदने वाली गड़गड़ाहट; अत्यधिक स्थिरता दबाव; या हीट सीलिंग मशीन द्वारा अधिक से अधिक संपीड़न। उदाहरण के लिए, अपर्याप्त चौड़ाई और हीट सीलिंग मशीन द्वारा कोशिका शरीर के अत्यधिक संपीड़न के कारण पहले एनोड छोटा और सूजन हो गया था।

10. संक्षारण:कोशिका का क्षरण एल्युमीनियम परत को नष्ट कर देता है, जिससे इसकी नमी अवरोधक क्रिया नष्ट हो जाती है और सूजन हो जाती है।

11. असामान्य वैक्यूम डीगैसिंग:सिस्टम या उपकरण की समस्याओं के परिणामस्वरूप अनुचित वैक्यूम स्तर या अधूरा डीगैसिंग होता है। उदाहरण के लिए, यदि वैक्यूम सीलिंग के दौरान ताप विकिरण क्षेत्र बहुत बड़ा है, तो डीगैसिंग पियर्सिंग उपकरण थैली को प्रभावी ढंग से पंचर करने में विफल हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप अधूरा गैस निष्कर्षण हो सकता है।

असामान्य गैस उत्पादन को दबाने के लिए सामग्री डिजाइन और विनिर्माण प्रक्रियाओं दोनों को संबोधित करने की आवश्यकता होती है।

पहला,घने, स्थिर सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़ (एसईआई) फिल्म के निर्माण को सुनिश्चित करने, कैथोड सामग्री स्थिरता को बढ़ाने और असामान्य गैस उत्पादन को रोकने के लिए सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट प्रणालियों को अनुकूलित किया जाना चाहिए।

इलेक्ट्रोलाइट उपचार के संबंध में, एसईआई फिल्म को अधिक समान और घना बनाने के लिए अक्सर छोटी मात्रा में फिल्म बनाने वाले एडिटिव्स का उपयोग किया जाता है। यह बैटरी उपयोग के दौरान एसईआई फिल्म पृथक्करण और पुनर्जनन के कारण होने वाले गैस उत्पादन को कम करता है, जिससे सूजन कम हो जाती है; ऐसी विधियों को अनुसंधान में प्रलेखित किया गया है और व्यवहार में लागू किया गया है।

अनुसंधान इंगित करता है कि ईसी (एथिलीन कार्बोनेट) और वीसी (विनीलीन कार्बोनेट) द्वारा गठित एसईआई फिल्म घटकों में रैखिक लिथियम एल्काइल कार्बोनेट होते हैं। उच्च तापमान पर, लिथियेटेड कार्बन (LiC) से जुड़े लिथियम एल्काइल कार्बोनेट अस्थिर होते हैं और विघटित होकर गैसें (जैसे CO2) उत्पन्न करते हैं, जिससे बैटरी में सूजन आ जाती है। पीएस द्वारा बनाई गई एसईआई फिल्म में लिथियम एल्काइल सल्फोनेट होता है; हालाँकि फिल्म में दोष हैं, इसमें एक निश्चित द्वि-आयामी संरचना है और यह उच्च तापमान पर भी LiC सतह पर अपेक्षाकृत स्थिर रहती है। जब पीएस और वीसी को संयोजन में उपयोग किया जाता है, तो पीएस कम वोल्टेज पर एनोड सतह पर एक दोषपूर्ण द्वि-आयामी संरचना बनाता है; जैसे ही वोल्टेज बढ़ता है, वीसी एक रैखिक संरचित लिथियम एल्काइल कार्बोनेट बनाता है जो दो आयामी संरचना में दोषों को भरता है, जिसके परिणामस्वरूप LiC पर एक स्थिर, नेटवर्क संरचित एसईआई फिल्म बनती है। इस प्रकार की एसईआई फिल्म संरचना स्थिरता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाती है और फिल्म अपघटन के कारण होने वाले गैस उत्पादन को प्रभावी ढंग से दबा देती है।

आगे,लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड कैथोड सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट के बीच परस्पर क्रिया से अपघटन उत्पाद बनते हैं जो इलेक्ट्रोलाइट सॉल्वैंट्स के टूटने को उत्प्रेरित करते हैं। नतीजतन, कैथोड सामग्री पर सतह कोटिंग लगाने से न केवल संरचनात्मक स्थिरता में सुधार होता है, बल्कि कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट के बीच संपर्क भी कम हो जाता है, जिससे कैथोड की उत्प्रेरक अपघटन गतिविधि द्वारा संचालित गैस उत्पादन कम हो जाता है। इसलिए, कैथोड सामग्री कणों की सतह पर एक स्थिर, अक्षुण्ण कोटिंग परत का गठन वर्तमान विकास के लिए एक प्रमुख दिशा का प्रतिनिधित्व करता है।

ऐसी नई ऊर्जाईएसएस, यूएवी, ई{{3}बाइक, ई{4}}स्कूटर, पावर टूल्स, टू/थ्री व्हीलर इत्यादि में उपयोग किए जाने वाले लिथियम बैटरी पैक की अर्ध-{1}स्वचालित/पूरी तरह से {{2}स्वचालित असेंबली लाइनों के लिए एक {{0}स्टॉप समाधान प्रदान करने में माहिर हैं। यदि आप लिथियम आयन बैटरी उद्योग में नए हैं, और अपनी खुद की लिथियम आयन बैटरी उत्पादन लाइन या लिथियम आयन बनाना चाहते हैंबैटरी पैक असेंबली लाइन, हम आपको पेशेवर तकनीकी सहायता और मार्गदर्शन प्रदान कर सकते हैं, कृपया बेझिझक हमसे संपर्क करें!

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