बैटरी इलेक्ट्रोड पर गड़गड़ाहट के कारण होने वाले शॉर्ट सर्किट का पता कैसे लगाएं

यह लेख शून्य वोल्टेज के कारणों का विश्लेषण करता है। इलेक्ट्रोड बर्र के कारण बैटरी में शून्य वोल्टेज की घटना पर ध्यान केंद्रित किया गया है। शॉर्ट सर्किट के कारण की पहचान करके, हमारा उद्देश्य समस्या को ठीक से हल करना और उत्पादन के दौरान इलेक्ट्रोड बर्र को नियंत्रित करने के महत्व को बेहतर ढंग से समझना है।

प्रयोग

1. बैटरी की तैयारी

इस प्रयोग में सकारात्मक सक्रिय पदार्थ के रूप में लिथियम निकल कोबाल्ट मैंगनेट पदार्थ (NCM111) का उपयोग किया गया है। घोल बनाने के लिए सकारात्मक सक्रिय पदार्थ, SP कार्बन ब्लैक, PVDF बाइंडर और NMP विलायक को 66:2:2:30 के द्रव्यमान अनुपात में मिलाएं। घोल को 15 μm मोटी कार्बन-लेपित एल्यूमीनियम पन्नी पर लेपित किया जाता है, और एक तरफ कोटिंग की मात्रा 270 g/m2 होती है। सकारात्मक इलेक्ट्रोड को 24 घंटे के लिए सूखने के लिए (120±3) डिग्री के तापमान पर ओवन में रखें, और फिर इलेक्ट्रोड का सघन घनत्व 3.28g/cm3 बनाने के लिए कैलेंडरिंग प्रक्रिया की जाती है। नकारात्मक सक्रिय पदार्थ लिथियम टाइटेनेट पदार्थ Li4Ti5O12 का उपयोग करता है। घोल बनाने के लिए 52:2:2:44 के द्रव्यमान अनुपात के अनुसार नकारात्मक सक्रिय पदार्थ, एसपी कार्बन ब्लैक कंडक्टिव एजेंट, पीवीडीएफ बाइंडर और एनएमपी विलायक को मिलाएं। एनोड घोल को 15 माइक्रोन मोटी कार्बन-लेपित एल्यूमीनियम पन्नी पर लेपित किया जाता है, और एक तरफ कोटिंग की मात्रा 214 ग्राम/मी2 होती है। 24 घंटे के लिए सूखने के लिए (110±3) डिग्री के तापमान पर ओवन में नकारात्मक इलेक्ट्रोड को रखें, और फिर इलेक्ट्रोड टुकड़े के संकुचित घनत्व को 1.85 ग्राम/सेमी3 बनाने के लिए रोलिंग प्रक्रिया करें। सूखे इलेक्ट्रोड को (136.0±1.0) मिमी की चौड़ाई के साथ टुकड़ों में काटा जाता है, और इलेक्ट्रोड की गड़गड़ाहट 12μm से अधिक नहीं होनी चाहिए। इलेक्ट्रोलाइट 1mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC (वॉल्यूम अनुपात 1:1:1) का उपयोग करता है। विभाजक 20 माइक्रोन मोटी पॉलीइथाइलीन (पीई) छिद्रपूर्ण विभाजक है। उपरोक्त सामग्रियों को 45Ah की डिज़ाइन क्षमता के साथ 66160 कोशिकाओं में इकट्ठा किया जाता है। घुमाव और संयोजन के बाद, एल्यूमीनियम खोल के शीर्ष कवर को वेल्डेड और सील कर दिया गया था, और प्रयोगात्मक कोशिकाओं को 24 घंटे के लिए सूखने के लिए (85 ± 3) डिग्री के तापमान पर एक ओवन में रखा गया था।

सुखाने के बाद, बैटरी सेल भरें, और इलेक्ट्रोलाइट की मात्रा 200 ग्राम है। इलेक्ट्रोलाइट भरने के बाद, सेल को 72 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर खड़े रहने के लिए छोड़ दिया गया। खड़े रहने के बाद, सभी प्रायोगिक सेल को ओपन सर्किट वोल्टेज (OCV) के लिए परीक्षण किया गया, और बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध और वोल्टेज को रिकॉर्ड किया गया।

2. चार्जिंग परीक्षण

आंतरिक प्रतिरोध और वोल्टेज विश्लेषण करते समय, परीक्षण के लिए AC आंतरिक प्रतिरोध परीक्षक का उपयोग करें। बैटरी के चार्जिंग प्रदर्शन का परीक्षण करने के लिए 5V-50A उच्च परिशुद्धता बैटरी प्रदर्शन परीक्षण प्रणाली का उपयोग करें। भरने के बाद खड़ी रहने वाली कोशिकाओं के लिए, वोल्टेज परीक्षण करते समय, पहले सेल को शॉर्ट-सर्किट करें ताकि उसका वोल्टेज 0 तक कम हो जाए, जो एक शून्य-वोल्टेज सेल है।

फिर शून्य-वोल्टेज सेल पर चार्जिंग परीक्षण करें। जब परिवेश का तापमान (25±3) डिग्री होता है, तो चार्जिंग के लिए अलग-अलग धाराओं (जैसे 1A, 2A और 3A) का उपयोग किया जाता है। प्रयोग छोटे से बड़े करंट और छोटे से लंबे समय के क्रम में किए गए थे। चार्जिंग का समय क्रमशः 5 सेकंड, 10 सेकंड और 25 सेकंड पर सेट किया गया था। प्रत्येक चार्जिंग समय के बाद बैटरी वोल्टेज में परिवर्तन का निरीक्षण करें।

3.स्व-निर्वहन परीक्षण

इलेक्ट्रोड बर्र विश्लेषण के लिए दो-आयामी परीक्षक का उपयोग करें। आंतरिक प्रतिरोध और वोल्टेज विश्लेषण के लिए एसी आंतरिक प्रतिरोध परीक्षक का उपयोग करें। विद्युत प्रदर्शन का परीक्षण करने के लिए 5V-50A उच्च परिशुद्धता बैटरी प्रदर्शन परीक्षण प्रणाली का उपयोग करें। सेल के तापमान को नियंत्रित करने के लिए उच्च और निम्न तापमान बॉक्स का उपयोग करें। गठन से पहले शून्य-वोल्टेज सेल चार्ज होने के बाद, बर्र फ़्यूज़ हो जाता है और शून्य वोल्टेज अब दिखाई नहीं देता है। इस बैटरी की सामान्य गठन प्रक्रिया का परीक्षण करें। गठन प्रक्रिया इस प्रकार है:

①उच्च तापमान बॉक्स का तापमान 120 डिग्री तक पहुंचने के बाद, 120 मिनट तक प्रतीक्षा करें।

② 2.8V के कट-ऑफ वोल्टेज तक 1.0 गुना C करंट से चार्ज करें, फिर निरंतर वोल्टेज चार्जिंग पर स्विच करें। चार्जिंग कट-ऑफ समय 2 घंटे है।

③10 मिनट तक प्रतीक्षा करें.

④1.0 गुना C करंट के साथ 1.5V के कट-ऑफ वोल्टेज पर डिस्चार्ज करें, और फिर निरंतर वोल्टेज डिस्चार्ज पर स्विच करें। डिस्चार्ज कट-ऑफ समय 2 घंटे है।

⑤10 मिनट तक प्रतीक्षा करें.

⑥चरण 2 से 5 3 बार दोहराएं।

⑦1.0 गुना C करंट से चार्ज करें, चार्जिंग का समय 0.7 घंटे है, फिर 2.3V स्थिर वोल्टेज से चार्ज करें, कट-ऑफ करंट 0.45A है। निर्मित कोशिकाओं पर स्व-निर्वहन परीक्षण करें। स्थिर वोल्टेज परीक्षण की विधि का उपयोग करें और कम से कम दो महीने तक वोल्टेज का परीक्षण करें। कोशिकाओं को कमरे के तापमान (25±5) डिग्री पर 24 घंटे तक खड़े रहने के बाद, ओपन सर्किट वोल्टेज का परीक्षण किया जाता है और रिकॉर्ड किया जाता है। इसके बाद, कोशिकाओं को एक महीने और दो महीने तक कमरे के तापमान पर खड़ा रखा गया, और फिर ओपन सर्किट वोल्टेज का परीक्षण किया गया और फिर से रिकॉर्ड किया गया।

परिणाम और चर्चा

1. निर्माण से पहले बैटरी वोल्टेज की तुलना

चित्र 1 में 1A और 2A चार्जिंग के दौरान और चार्जिंग बंद करने के बाद बैटरी वोल्टेज में होने वाले बदलावों को दिखाया गया है। चित्र से यह देखा जा सकता है कि शून्य-वोल्टेज बैटरी को लगभग आंतरिक गड़गड़ाहट के कारण होने वाले शॉर्ट सर्किट के रूप में माना जा सकता है। बैटरी 1 मिनट के भीतर 2A से कम के करंट टेस्ट को झेल सकती है। जब चार्जिंग करंट 1A और 2A होता है, तो आंतरिक गड़गड़ाहट के कारण होने वाले शॉर्ट सर्किट के कारण वोल्टेज एक स्थिर मान पर पहुँच जाता है और अब और नहीं बदलता है। जब चार्जिंग बंद कर दी जाती है, तो वोल्टेज जल्दी से 0 पर वापस आ जाता है।

चार्जिंग करंट को बढ़ाना जारी रखें, चार्जिंग करंट को 3A में बदलें, और चार्जिंग समय को क्रमशः 5s, 10s और 25s पर सेट करें। बैटरी चार्जिंग टेस्ट कर्व चित्र 2 में दिखाया गया है।

चित्र 2 में अवलोकन के अनुसार, जब चार्जिंग करंट 3A तक पहुँच जाता है, तो बैटरी का वोल्टेज परिवर्तन 5 सेकंड और 10 सेकंड के चार्जिंग समय के तहत 1A और 2A चार्जिंग के समान होता है। जैसे-जैसे चार्जिंग समय बढ़ता है, जब चार्जिंग समय 10 सेकंड से अधिक हो जाता है, तो वोल्टेज धीरे-धीरे बढ़ता है। जब चार्जिंग समय 20 सेकंड तक पहुँच जाता है, तो वोल्टेज तेजी से बढ़ता है। चार्जिंग बंद होने के बाद, वोल्टेज धीरे-धीरे गिरता है, और पिछली शून्य वोल्टेज घटना थोड़े समय में दिखाई नहीं देती है।

चार्जिंग के दौरान वोल्टेज में होने वाले बदलाव की गति के आधार पर यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि चार्जिंग से उत्पन्न गर्मी के कारण बैटरी के अंदर मौजूद बर्र थर्मली फ्यूज हो गए हैं। बर्र फ्यूज होने से पहले, चार्जिंग शुरू होने के 10 से 20 सेकंड के भीतर वोल्टेज धीरे-धीरे बढ़ने लगता है।

20 सेकंड के बाद, बर्र फ़्यूज़ हो जाता है, और बैटरी वोल्टेज तेज़ी से बढ़ जाता है। चार्जिंग बंद करने के बाद, बैटरी वोल्टेज धीरे-धीरे कम हो जाती है। यह ध्यान देने योग्य है कि बर्र फ़्यूज़ के बाद, धातु की अशुद्धियाँ अभी भी बैटरी के अंदर रहती हैं, जिससे सामान्य बैटरी की तुलना में तेज़ी से स्व-निर्वहन होता है। इसलिए, बैटरी को सामान्य करने के बाद, इसकी स्व-निर्वहन दर का परीक्षण करना आवश्यक है।

2. निर्माण के बाद बैटरी स्व-निर्वहन की तुलना

प्रयोग के लिए चुनी गई बैटरी को उपरोक्त निर्माण प्रक्रिया के अनुसार चार्ज और डिस्चार्ज किया गया। चरण ⑦ के बाद, बैटरी की चार्ज अवस्था (SOC) लगभग 80% थी। बैटरी का स्व-निर्वहन परीक्षण कमरे के तापमान पर किया गया और उसी बैच की अशुद्धियों वाली बैटरियों से तुलना की गई। परीक्षण डेटा तालिका 1 में दिखाया गया है।

तालिका 1 से देखा जा सकता है कि बर्र के कारण बैटरी का स्व-निर्वहन होता है और इसका बैटरी की चार्ज प्रतिधारण क्षमता पर प्रभाव पड़ता है। चार्जिंग करंट के माध्यम से स्व-निर्वहन असामान्यताओं के कारणों का विश्लेषण करने से विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान इलेक्ट्रोड बर्र की असामान्य स्थिति को सहज रूप से दर्शाया जा सकता है।

इससे पता चलता है कि उत्पादन प्रक्रिया के दौरान प्रक्रिया नियंत्रण आवश्यकताओं को और मजबूत करना और बैटरी के प्रदर्शन को सुनिश्चित करने और सुरक्षा खतरों को कम करने के लिए समय पर कटर का रखरखाव करना आवश्यक है। गड़गड़ाहट के बाद, इलेक्ट्रोड के अंदर अभी भी धातु की अशुद्धियाँ हैं।

बैटरी की क्षमता मापने के बाद स्व-निर्वहन डेटा के अनुसार, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि एक सामान्य बैटरी को एक महीने के लिए कमरे के तापमान पर छोड़ने के बाद, वोल्टेज लगभग 7mV कम हो जाता है; दो महीने के बाद, वोल्टेज लगभग 10mV कम हो जाता है। इससे पता चलता है कि अत्यधिक गड़गड़ाहट वाली बैटरियों की स्व-निर्वहन दर सामान्य बैटरियों की तुलना में अधिक है। गठन से पहले वोल्टेज और क्षमता विभाजन के बाद स्व-निर्वहन डेटा विश्लेषण को ध्यान में रखते हुए, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि अत्यधिक गड़गड़ाहट असामान्य बैटरी चार्ज प्रतिधारण प्रदर्शन को जन्म देगी। बैटरी इलेक्ट्रोड पर मौजूद गड़गड़ाहट पूरी तरह से गायब नहीं होगी और लंबी अवधि में बैटरी के प्रदर्शन को प्रभावित करेगी।

संक्षेप में, गड़गड़ाहट का बैटरी के प्रदर्शन पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है, इसलिए बैटरी के प्रदर्शन और सुरक्षा को सुनिश्चित करने के लिए विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान गड़गड़ाहट के गठन को कम करने के उपाय किए जाने की आवश्यकता है।

निष्कर्ष

बैटरी निर्माण प्रक्रिया में, इलेक्ट्रोड बर्र के आकार को नियंत्रित करना एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। जब बर्र शॉर्ट सर्किट का कारण बनता है, तो बैटरी का वोल्टेज भरने के बाद 0 हो जाएगा। बर्र के कारण शॉर्ट-सर्किट बैटरी को कम करंट से चार्ज करके, एक स्थिर वोल्टेज देखा जा सकता है। जब करंट बर्र फ्यूज वैल्यू तक पहुँच जाता है, तो बैटरी के अंदर अभी भी धातु की अशुद्धियाँ होती हैं, जो बैटरी के सेल्फ-डिस्चार्ज को प्रभावित करती रहेंगी, जिसके परिणामस्वरूप सामान्य बैटरी की तुलना में सेल्फ-डिस्चार्ज दर अधिक होती है। इस विधि का उपयोग बैटरी निर्माण के दौरान बर्र के कारण बैटरी शॉर्ट सर्किट की पहचान करने के लिए किया जा सकता है। वोल्टेज में परिवर्तन को देखकर, हम बैटरी उत्पादन प्रक्रिया के दौरान स्लिटिंग, डाई-कटिंग और वाइंडिंग उपकरणों के निरीक्षण को मजबूत करने का मार्गदर्शन कर सकते हैं ताकि बड़ी मात्रा में अयोग्य बैटरी के उत्पादन से बचा जा सके। इसलिए, बर्र के कारण शॉर्ट-सर्किट बैटरी को कम करंट से चार्ज करके और वोल्टेज परिवर्तनों की निगरानी करके, बैटरी निर्माण प्रक्रिया में समस्याओं को प्रभावी ढंग से पहचाना जा सकता है और बैटरी की गुणवत्ता और प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए प्रासंगिक प्रक्रिया नियंत्रणों को निर्देशित किया जा सकता है।