लिथियम-आयन बैटरी विशेषताएँ

लिथियम रासायनिक आवर्त सारणी पर सबसे छोटी और सबसे सक्रिय धातु है। अपने छोटे आकार और उच्च क्षमता घनत्व के कारण, उपभोक्ताओं और इंजीनियरों द्वारा इसका व्यापक रूप से स्वागत किया जाता है। हालांकि, रासायनिक गुण बहुत सक्रिय हैं, जो अत्यधिक उच्च जोखिम लाता है। जब लिथियम धातु हवा के संपर्क में आती है, तो यह ऑक्सीजन के साथ हिंसक रूप से प्रतिक्रिया करेगी और फट जाएगी। सुरक्षा और वोल्टेज में सुधार के लिए, वैज्ञानिकों ने लिथियम परमाणुओं को संग्रहीत करने के लिए ग्रेफाइट और लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड जैसी सामग्रियों का आविष्कार किया। इन सामग्रियों की आणविक संरचना एक नैनो-स्तरीय लघु भंडारण ग्रिड बनाती है जिसका उपयोग लिथियम परमाणुओं को संग्रहीत करने के लिए किया जा सकता है। इस तरह, भले ही बैटरी खोल फट जाए और ऑक्सीजन प्रवेश कर जाए, ऑक्सीजन के अणु इन छोटे भंडारण कोशिकाओं में प्रवेश करने के लिए बहुत बड़े होंगे, जिससे लिथियम परमाणु ऑक्सीजन के संपर्क में नहीं आएंगे और विस्फोट से बचेंगे। लिथियम-आयन बैटरी का यह सिद्धांत लोगों को उच्च क्षमता घनत्व प्राप्त करते हुए सुरक्षा प्राप्त करने में सक्षम बनाता है।

एक विद्युत विस्फोट-सबूत परीक्षण

जब लिथियम-आयन बैटरी को चार्ज किया जाता है, तो सकारात्मक इलेक्ट्रोड में लिथियम परमाणु इलेक्ट्रॉनों को खो देते हैं और लिथियम आयनों में ऑक्सीकृत हो जाते हैं। लिथियम आयन इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से नकारात्मक इलेक्ट्रोड में तैरते हैं, नकारात्मक इलेक्ट्रोड के भंडारण सेल में प्रवेश करते हैं, और एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त करते हैं, जो लिथियम परमाणुओं में कम हो जाता है। डिस्चार्ज करते समय, पूरी प्रक्रिया उलट जाती है। बैटरी के सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुवों को सीधे छूने और शॉर्ट-सर्किटिंग से रोकने के लिए, शॉर्ट-सर्किटिंग को रोकने के लिए बैटरी में कई छिद्रों वाला एक डायाफ्राम पेपर जोड़ा जाता है। बैटरी का तापमान बहुत अधिक होने पर एक अच्छा डायाफ्राम पेपर भी स्वचालित रूप से छिद्रों को बंद कर सकता है, ताकि लिथियम आयन गुजर न सकें, ताकि वे खतरे को रोकने के लिए अपने स्वयं के मार्शल आर्ट का उपयोग कर सकें।

रक्षा

लिथियम बैटरी सेल को 4.2V से अधिक वोल्टेज पर चार्ज करने के बाद, साइड इफेक्ट होने लगेंगे। ओवरचार्ज वोल्टेज जितना अधिक होगा, जोखिम उतना ही अधिक होगा। जब लिथियम बैटरी सेल का वोल्टेज 4.2V से अधिक होता है, तो सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री में शेष लिथियम परमाणुओं की संख्या आधे से कम होती है। इस समय, सेल अक्सर गिर जाता है, जिससे बैटरी की क्षमता में स्थायी कमी आती है। यदि आप चार्ज करना जारी रखते हैं, चूंकि नकारात्मक इलेक्ट्रोड की सेल पहले से ही लिथियम परमाणुओं से भरी हुई है, बाद में लिथियम धातु नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की सतह पर जमा हो जाएगी। ये लिथियम परमाणु नकारात्मक इलेक्ट्रोड की सतह से लिथियम आयनों की दिशा की ओर डेंड्राइट विकसित करेंगे। ये लिथियम धातु क्रिस्टल विभाजक कागज और शॉर्ट-सर्किट सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड से गुजरेंगे। कभी-कभी शॉर्ट सर्किट होने से पहले बैटरी फट जाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ओवरचार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, इलेक्ट्रोलाइट और अन्य सामग्री गैस का उत्पादन करने के लिए फट जाएगी, जिससे बैटरी खोल या दबाव वाल्व फूल जाएगा और टूट जाएगा, जिससे ऑक्सीजन नकारात्मक इलेक्ट्रोड की सतह पर जमा लिथियम परमाणुओं के साथ प्रवेश और प्रतिक्रिया कर सकेगा। और फिर फट गया। इसलिए, लिथियम बैटरी चार्ज करते समय, ऊपरी वोल्टेज सीमा निर्धारित की जानी चाहिए ताकि एक ही समय में बैटरी जीवन, क्षमता और सुरक्षा को ध्यान में रखा जा सके। चार्जिंग वोल्टेज की सबसे आदर्श ऊपरी सीमा 4.2V है। लिथियम बैटरी को डिस्चार्ज करते समय कम वोल्टेज की सीमा भी होती है। जब सेल वोल्टेज 2.4V से कम होता है, तो कुछ सामग्री नष्ट होने लगेगी। साथ ही, चूंकि बैटरी सेल्फ-डिस्चार्ज होगी, यह जितनी देर बचेगी, वोल्टेज उतना ही कम होगा। इसलिए, जब बैटरी को 2.4V पर डिस्चार्ज किया जाता है, तो रुकना नहीं सबसे अच्छा है। उस अवधि के दौरान जब लिथियम बैटरी को 3.0V से 2.4V तक डिस्चार्ज किया जाता है, जारी की गई ऊर्जा केवल बैटरी क्षमता का लगभग 3% होती है। इसलिए, 3.0V एक आदर्श डिस्चार्ज कट-ऑफ वोल्टेज है।

चार्ज और डिस्चार्ज करते समय, वोल्टेज सीमा के अलावा, वर्तमान सीमा भी आवश्यक है। जब करंट बहुत बड़ा होता है, तो लिथियम आयनों के पास स्टोरेज सेल में प्रवेश करने का समय नहीं होगा और यह सामग्री की सतह पर जमा हो जाएगा। इन लिथियम आयनों के इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने के बाद, वे सामग्री की सतह पर लिथियम परमाणु क्रिस्टल का उत्पादन करेंगे, जो कि ओवरचार्जिंग के समान है, जो खतरनाक है। यदि बैटरी आवरण फट जाता है, तो यह फट जाएगा।

इसलिए, लिथियम-आयन बैटरी की सुरक्षा में कम से कम तीन आइटम शामिल होने चाहिए: चार्जिंग वोल्टेज की ऊपरी सीमा, डिस्चार्ज वोल्टेज की निचली सीमा और करंट की ऊपरी सीमा। सामान्य तौर पर, लिथियम बैटरी पैक में, लिथियम बैटरी कोर के अलावा, एक सुरक्षात्मक बोर्ड होगा। यह सुरक्षात्मक बोर्ड मुख्य रूप से ये तीन सुरक्षा प्रदान करता है। हालांकि, सुरक्षा बोर्ड की ये तीन सुरक्षा स्पष्ट रूप से पर्याप्त नहीं हैं, और दुनिया भर में लिथियम बैटरी के लगातार विस्फोट अभी भी होते हैं। बैटरी सिस्टम की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए, बैटरी विस्फोट के कारण का अधिक सावधानी से विश्लेषण किया जाना चाहिए।

विस्फोट प्रकार विश्लेषण

बैटरी सेल विस्फोट के प्रकारों को तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: बाहरी शॉर्ट सर्किट, आंतरिक शॉर्ट सर्किट और ओवरचार्ज। बैटरी पैक के खराब आंतरिक इन्सुलेशन डिज़ाइन के कारण शॉर्ट सर्किट सहित, यहां बाहरी बैटरी सेल के बाहर को संदर्भित करता है।

जब सेल के बाहर शॉर्ट सर्किट होता है और इलेक्ट्रॉनिक घटक सर्किट को काटने में विफल होते हैं, तो सेल के अंदर उच्च गर्मी उत्पन्न होगी, जिससे इलेक्ट्रोलाइट का हिस्सा वाष्पीकृत हो जाएगा और बैटरी शेल का विस्तार होगा। जब बैटरी का आंतरिक तापमान 135 डिग्री सेल्सियस जितना अधिक होता है, तो एक अच्छी गुणवत्ता वाला डायाफ्राम पेपर छिद्रों को बंद कर देगा, विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया समाप्त हो जाएगी या लगभग समाप्त हो जाएगी, करंट तेजी से गिर जाएगा, और तापमान धीरे-धीरे गिर जाएगा, इस प्रकार बचना एक विस्फोट। हालांकि, रोमछिद्रों के बंद होने की दर बहुत खराब है, या छिद्र बिल्कुल भी बंद नहीं हैं। डायाफ्राम पेपर बैटरी के तापमान में वृद्धि जारी रखेगा, अधिक इलेक्ट्रोलाइट वाष्पीकृत हो जाएगा, और अंत में बैटरी खोल टूट जाएगा, या यहां तक ​​​​कि बैटरी का तापमान भी बढ़ जाएगा सामग्री जलती है और फट जाती है। आंतरिक शॉर्ट सर्किट मुख्य रूप से तांबे की पन्नी और एल्यूमीनियम पन्नी की गड़गड़ाहट के कारण होता है जो डायाफ्राम को छेदता है, या लिथियम परमाणुओं के डेंड्राइटिक क्रिस्टल डायाफ्राम को छेदते हैं। ये छोटी सुई जैसी धातुएं माइक्रो शॉर्ट सर्किट का कारण बन सकती हैं। चूंकि सुई बहुत पतली है और इसका एक निश्चित प्रतिरोध मान है, इसलिए जरूरी नहीं कि करंट बड़ा हो।

उत्पादन प्रक्रिया के दौरान तांबे और एल्यूमीनियम पन्नी की गड़गड़ाहट होती है। देखने योग्य घटना यह है कि बैटरी बहुत तेजी से लीक होती है, जिनमें से अधिकांश की जांच बैटरी सेल फैक्ट्री या असेंबली फैक्ट्री द्वारा की जा सकती है। इसके अलावा, छोटे गड़गड़ाहट के कारण, वे कभी-कभी जल जाते हैं, जिससे बैटरी वापस सामान्य हो जाती है। इसलिए, गड़गड़ाहट माइक्रो-शॉर्ट सर्किट के कारण विस्फोट की संभावना अधिक नहीं है। इस कथन को इस तथ्य से देखा जा सकता है कि विभिन्न बैटरी सेल कारखानों में चार्ज करने के तुरंत बाद कम वोल्टेज वाली खराब बैटरी होती है, लेकिन कुछ विस्फोट होते हैं, जो आंकड़ों द्वारा समर्थित होते हैं। इसलिए, आंतरिक शॉर्ट सर्किट के कारण होने वाला विस्फोट मुख्य रूप से ओवरचार्ज के कारण होता है। क्योंकि ओवरचार्ज के बाद, पोल के टुकड़े पर हर जगह सुई की तरह लिथियम धातु के क्रिस्टल होते हैं, पंचर बिंदु हर जगह होता है, और माइक्रो शॉर्ट सर्किट हर जगह होता है। इसलिए, बैटरी का तापमान धीरे-धीरे बढ़ेगा, और अंत में उच्च तापमान इलेक्ट्रोलाइट को गैस में बदल देगा। इस मामले में, क्या तापमान बहुत अधिक है जिससे सामग्री जलने और फटने का कारण बनती है, या बाहरी आवरण पहले टूट जाता है, जिससे हवा लिथियम धातु में प्रवेश करती है और ऑक्सीकरण करती है, यह एक विस्फोट है।

हालांकि, ओवरचार्जिंग के कारण आंतरिक शॉर्ट सर्किट के कारण होने वाला विस्फोट चार्जिंग के समय जरूरी नहीं है। यह संभव है कि जब बैटरी का तापमान सामग्री को जलाने के लिए पर्याप्त न हो और उत्पन्न गैस बैटरी के आवरण को तोड़ने के लिए पर्याप्त न हो, तो उपभोक्ता चार्ज करना बंद कर देगा और मोबाइल फोन को बाहर निकाल देगा। इस समय, कई माइक्रो-शॉर्ट सर्किट द्वारा उत्पन्न गर्मी धीरे-धीरे बैटरी का तापमान बढ़ाती है, और यह कुछ समय बाद फट जाती है। उपभोक्ताओं का सामान्य विवरण यह है कि जब वे फोन उठाते हैं, तो वे पाते हैं कि फोन बहुत गर्म है और इसे फेंकने के बाद फट जाता है।

उपरोक्त प्रकार के विस्फोटों के आधार पर, हम विस्फोट संरक्षण के तीन पहलुओं पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं: अधिभार की रोकथाम, बाहरी शॉर्ट सर्किट की रोकथाम, और सेल सुरक्षा में सुधार। उनमें से, ओवरचार्ज की रोकथाम और बाहरी शॉर्ट सर्किट की रोकथाम इलेक्ट्रॉनिक सुरक्षा से संबंधित है, जिसका बैटरी सिस्टम डिज़ाइन और बैटरी असेंबली के साथ अधिक संबंध है। बैटरी सेल सुरक्षा बढ़ाने का फोकस रासायनिक और यांत्रिक सुरक्षा है, जिसका बैटरी सेल निर्माताओं के साथ अधिक संबंध है।