ব্যাটারি কর্মক্ষমতা উপর গঠন প্রক্রিয়া পরামিতি প্রভাব

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করে এমন একটি মূল কারণ হল কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেস (SEI) ফিল্ম যা ইলেক্ট্রোলাইটের পচন দ্বারা নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে গঠিত হয়। ব্যাটারি গঠন প্রক্রিয়ার প্রথম চার্জ-ডিসচার্জ চক্রের সময় SEI ফিল্ম গঠিত হয়। একটি স্থিতিশীল SEI ফিল্ম পরবর্তী ইলেক্ট্রোলাইট পচনের সময় নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডকে গ্রাস করা থেকে রক্ষা করে এবং গ্রাফাইট শেডিং প্রতিরোধ করে। অতএব,ব্যাটারি গঠন সরঞ্জামলিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি উত্পাদন প্রক্রিয়ার একটি গুরুত্বপূর্ণ মেশিন।

গঠন প্রক্রিয়ার মধ্যে রয়েছে একটি যোগ্য ব্যাটারি, ইলেক্ট্রোলাইট ইনজেকশন এবং নিষ্পত্তি করার পরে, তার প্রথম চার্জ-ডিসচার্জ চক্রের সাথে, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে SEI ফিল্ম গঠন করে। ব্যাটারি গঠন প্রক্রিয়ায় প্রধানত চারটি অংশ থাকে: ওপেন-এন্ড চার্জিং (প্রি-চার্জ বা ভেন্টিং), ক্লোজড-এন্ড চার্জিং, ক্লোজড-এন্ড এজিং এবং ক্লোজ-এন্ড ডিসচার্জিং। বিভিন্ন গঠন প্রক্রিয়ার ফলে বিভিন্ন SEI ফিল্ম স্টেট তৈরি হয় এবং এই ভিন্ন SEI ফিল্ম স্টেটগুলির ব্যাটারির পারফরম্যান্সের উপর ভিন্ন ভিন্ন প্রভাব রয়েছে। অতএব, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির কর্মক্ষমতার উপর বিভিন্ন গঠন প্রক্রিয়ার বিভিন্ন প্রভাব রয়েছে। এই পার্থক্যগুলির মধ্যে প্রধানত চার্জ-ডিসচার্জ কারেন্ট, গঠনের চার্জ-ডিসচার্জ সময়, গঠন চার্জ-ডিসচার্জ কাটঅফ ভোল্টেজ এবং গঠনের বার্ধক্যের সময় এবং তাপমাত্রার পরিবর্তন অন্তর্ভুক্ত। ব্যাটারি কর্মক্ষমতা প্রধানত চক্র কর্মক্ষমতা, ভোল্টেজ, অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের, এবং উচ্চ-তাপমাত্রা স্টোরেজ কর্মক্ষমতা অন্তর্ভুক্ত।

1. ব্যাটারি পারফরম্যান্সের উপর ফর্মেশন চার্জ/ডিসচার্জ কারেন্টের প্রভাব

গঠন চার্জ/ডিসচার্জ কারেন্টে প্রধানত প্রথম অংশ (ওপেন-সার্কিট চার্জিং, বা ভেন্টিং) কারেন্ট, দ্বিতীয় অংশ (ক্লোজড-সার্কিট চার্জিং) এবং চতুর্থ অংশ (ক্লোজড-সার্কিট ডিসচার্জিং) অন্তর্ভুক্ত থাকে।

প্রথম অংশ, ওপেন-সার্কিট গঠন (প্রি-চার্জিং বা ভেন্টিং), প্রধানত একটি স্থিতিশীল এবং ঘন SEI ফিল্ম তৈরি করতে কম-কারেন্ট চার্জিং জড়িত, যা ইলেক্ট্রোলাইটে সংযোজনগুলির প্রতিক্রিয়া দ্বারা উত্পন্ন গ্যাসগুলিকে পালাতে দেয়, এইভাবে ব্যাটারি চক্রের কর্মক্ষমতা এবং রেট কর্মক্ষমতার উপর প্রভাব হ্রাস করে। তদ্ব্যতীত, ইলেক্ট্রোলাইট অ্যাডিটিভের ধরন এবং পরিমাণ, প্রতিক্রিয়া সম্ভাবনা এবং সময় সবই প্রয়োজনীয় চার্জিং হারকে প্রভাবিত করে। অতএব, এই পর্যায়টি প্রাথমিকভাবে একটি স্টেপড চার্জিং মোড ব্যবহার করে, অর্থাৎ, প্রথম ধাপে একটি কম-কারেন্ট চার্জ, পরবর্তী ধাপগুলি পূর্ববর্তী ধাপের উপর ভিত্তি করে কারেন্ট বৃদ্ধি করে।

দ্বিতীয় অংশ, ক্লোজড-সার্কিট গঠন, প্রধানত প্রথম অংশের উপর ভিত্তি করে চার্জিং কারেন্ট বাড়ানো জড়িত। প্রথম অংশে, ইলেক্ট্রোলাইটের কিছু সংযোজন ইতিমধ্যে প্রতিক্রিয়া করেছে, এবং একটি ঘন SEI ফিল্ম গঠিত হয়েছে। যাইহোক, একটি অত্যধিক ঘন SEI ফিল্ম প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া চলাকালীন লিথিয়াম-আয়ন পরিবহনকে প্রভাবিত করতে পারে। অতএব, গঠিত SEI ফিল্মকে ঘন থেকে ছিদ্রে রূপান্তরিত করার জন্য কারেন্টকে ধীরে ধীরে বাড়ানো দরকার। চার্জিং কারেন্ট বাড়ানো ব্যাটারি চার্জ করার সময়কে ছোট করতে পারে এবং উত্পাদন দক্ষতা উন্নত করতে পারে। যাইহোক, অতিরিক্ত চার্জিং কারেন্ট ব্যাটারির তাপমাত্রা বাড়াতে পারে, SEI ফিল্মের ক্ষতি করতে পারে এবং এটিকে দ্রবীভূত করতে এবং সংস্কার করতে পারে। এটি ব্যাটারির ক্ষমতা ক্ষয়, চক্রের দুর্বল কার্যকারিতা এবং এমনকি নিরাপত্তা দুর্ঘটনার দিকে পরিচালিত করে।

চতুর্থ অংশ, ক্লোজড-এন্ড ডিসচার্জ, সম্পূর্ণরূপে চার্জ করা ব্যাটারির প্রথম স্রাব জড়িত, পুরো ব্যাটারি সক্রিয়করণ প্রক্রিয়াটি সম্পূর্ণ করে। স্রাবের আগে, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠের SEI ফিল্মটি মূলত গঠিত হয়, তাই এই অংশের জন্য স্রাব কারেন্ট দ্বিতীয় অংশে চার্জিং কারেন্টের সমান বা সামান্য বেশি হতে পারে। যাইহোক, স্রোত খুব বেশি হওয়া উচিত নয়, কারণ এটি গুরুতর ব্যাটারি মেরুকরণ এবং অত্যধিক দ্রুত তাপমাত্রা বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করবে। উপরন্তু, ব্যাটারির সামঞ্জস্য নিশ্চিত করতে, বড়-কারেন্ট স্রাবের পরে একটি ছোট-কারেন্ট স্রাব করা উচিত।

2. ব্যাটারি কর্মক্ষমতা উপর গঠন চার্জ-ডিসচার্জ সময়ের প্রভাব

গঠনের চার্জ-ডিসচার্জ সময় প্রধানত প্রথম অংশ, ওপেন-এন্ড চার্জিং (প্রি-চার্জ বা ভেন্টিং) সময়, দ্বিতীয় অংশ, ক্লোজড-এন্ড চার্জিং সময় এবং চতুর্থ অংশ, ক্লোজ-এন্ড ডিসচার্জ সময় অন্তর্ভুক্ত করে।

প্রথম অংশ, ওপেন-এন্ড চার্জিং (প্রি-চার্জ বা ভেন্টিং) সময়, একটি ছোট-বর্তমান চার্জিং সময় এবং খুব বেশি দীর্ঘ হওয়া উচিত নয়, কারণ দীর্ঘায়িত ছোট-কারেন্ট চার্জিং গঠিত SEI ফিল্মের প্রতিবন্ধকতা বাড়িয়ে তুলবে এবং ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়িয়ে তুলবে। লিথিয়াম আয়রন ফসফেট ক্যাথোড এবং গ্রাফাইট অ্যানোড পাওয়ার ব্যাটারিতে ব্যাটারির কার্যক্ষমতার উপর গঠনের চার্জিং সময়ের প্রভাব অধ্যয়ন করে, এটি পাওয়া গেছে যে একই চার্জিং কারেন্টের অধীনে গঠনের সময় যথাযথভাবে হ্রাস করা ব্যাটারি অ্যানোডের পৃষ্ঠে SEI ফিল্ম গঠনের জন্য উপকারী। এই চার্জিং পদ্ধতি ব্যবহার করে অ্যানোড পৃষ্ঠটি মসৃণ, কার্যকরভাবে ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ, চক্র কার্যক্ষমতা এবং উচ্চ-তাপমাত্রা স্টোরেজ কার্যক্ষমতা উন্নত করে।

দ্বিতীয় অংশ, ক্লোজড-এন্ড চার্জিং টাইম, ভোল্টেজের সীমাবদ্ধতা ছাড়াই, খুব বেশিক্ষণ চার্জ করা হলে অতিরিক্ত চার্জের দিকে পরিচালিত করে, যখন অল্প চার্জিং সময় ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ ইলেক্ট্রোডের সক্রিয় উপাদানগুলির অসম্পূর্ণ সক্রিয়করণের ফলে, একটি অসম্পূর্ণ এবং কম ঘন SEI ফিল্মের দিকে পরিচালিত করে, ব্যাটারির কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করে। অতএব, চার্জিং সময়ের এই অংশটি চার্জিং কাট-অফ ভোল্টেজের সাথে একত্রে নিয়ন্ত্রণ করা উচিত।

চতুর্থ অংশ, ক্লোজ-এন্ড ডিসচার্জ সময়, ব্যাটারির স্রাবের গভীরতার সাথে সম্পর্কিত। ডিসচার্জ কাট-অফ ভোল্টেজ সীমাবদ্ধতা ছাড়া, ব্যাটারি ডিসচার্জের সময় যত বেশি হবে, স্রাব তত গভীর হবে, যার ফলে অতিরিক্ত স্রাব হবে এবং জীবনকাল সংক্ষিপ্ত হবে।

3. ব্যাটারি পারফরম্যান্সের উপর ফর্মেশন চার্জ/ডিসচার্জ কাট-অফ ভোল্টেজের প্রভাব

প্রথম অংশ, ওপেন-এন্ড চার্জিং (প্রি-ফর্মেশন) কাট-অফ ভোল্টেজ, প্রি-চার্জিংয়ের পরে কাট-অফ ভোল্টেজ। প্রাক গঠনের উদ্দেশ্য হল অমেধ্য অপসারণ করা এবং SEI ফিল্ম গঠন করা। অমেধ্যের মধ্যে রয়েছে আর্দ্রতা, ট্রেস উপাদান এবং ধাতব অমেধ্যের পরিমাণ। গঠন কাটঅফ ভোল্টেজ SEI ফিল্ম গঠনের প্রতিক্রিয়া পথকে প্রভাবিত করে।

দ্বিতীয় অংশটি ক্লোজড-এন্ড চার্জিং কাটঅফ ভোল্টেজের সাথে সম্পর্কিত, যেটি সেই ভোল্টেজ যেখানে ব্যাটারি সম্পূর্ণভাবে চার্জ করা হয়। অত্যধিক ভোল্টেজ অতিরিক্ত চার্জের দিকে পরিচালিত করে, যার ফলে অতিরিক্ত লিথিয়াম আয়ন ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড সক্রিয় উপাদান থেকে মুক্তি পায় এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে জমা হয়, লিথিয়াম ডেনড্রাইট গঠন করে। অতিরিক্ত চার্জ করার ফলে ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড পচে যায়, অক্সিজেন মুক্তি দেয়, যা ইলেক্ট্রোলাইট পচনের জন্য একটি অনুঘটক। অধিকন্তু, ইলেক্ট্রোলাইট দ্রাবক নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে জমা হওয়া সক্রিয় লিথিয়ামের সাথে প্রতিক্রিয়া দেখায়, যার ফলে ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড সক্রিয় উপাদান এবং ব্যাটারির ক্ষমতা ক্ষয় হয়।

চতুর্থ অংশটি ক্লোজড-এন্ড ডিসচার্জ কাটঅফ ভোল্টেজের সাথে সম্পর্কিত, যা ব্যাটারির প্রথম সম্পূর্ণ স্রাবের নিয়ন্ত্রণ ভোল্টেজ। অপর্যাপ্ত ভোল্টেজ অতিরিক্ত স্রাব, ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোড বর্তমান সংগ্রাহকের ক্ষয় এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠের SEI ফিল্মের ধ্বংস ও পচনের দিকে পরিচালিত করে। পুনর্গঠিত SEI ফিল্মের খারাপ কর্মক্ষমতা রয়েছে, চার্জ এবং ডিসচার্জের শেষে ব্যাটারির প্রতিবন্ধকতা এবং মেরুকরণ বৃদ্ধি পায়, যার ফলে চার্জ এবং ডিসচার্জের দক্ষতা কমে যায় এবং চক্রের কর্মক্ষমতা আরও খারাপ হয়। অতিরিক্ত চার্জ এবং অতিরিক্ত ডিসচার্জ অবস্থায় SONY 18650 লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির থার্মাল পারফরম্যান্সের উপর পরীক্ষামূলক গবেষণায় দেখা গেছে যে ওভার-ডিসচার্জ পর্যায়ে ব্যাটারির ভোল্টেজ দ্রুত হ্রাস পায় এবং ব্যাটারির পৃষ্ঠের তাপমাত্রা ক্রমাগতভাবে 41 ডিগ্রি সেলসিয়াসে বৃদ্ধি পায়। প্রায় 250 সেকেন্ড পরে, ব্যাটারি ভোল্টেজ এবং বর্তমান যথাক্রমে প্রায় 0V এবং 0mA এ নেমে যায়। এটি অতিরিক্ত স্রাব এবং অতিরিক্ত গরম হওয়া প্রতিরোধ করার জন্য ব্যাটারির একটি স্ব-সুরক্ষা ব্যবস্থা।

4. ব্যাটারি পারফরম্যান্সে বার্ধক্যের সময় এবং তাপমাত্রার প্রভাব

বার্ধক্যের সময় হল প্রথম চার্জ এবং প্রথম স্রাবের মধ্যে ব্যবধান। প্রথম পূর্ণ চার্জের পরে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ মেরুকরণ অপসারণের জন্য একটি নির্দিষ্ট বিশ্রামের সময় প্রয়োজন, যা ব্যাটারির ক্ষমতা এবং প্রতিবন্ধকতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে। 18650 লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ব্যবহার করে অধ্যয়ন লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির চক্র কর্মক্ষমতা উপর বিশ্রাম সময়ের প্রভাব তদন্ত একটি উল্লেখযোগ্য প্রভাব দেখিয়েছে. বিশ্রামের সময় ≤2h সহ ব্যাটারিগুলি বিশ্রামের সময় ব্যতীত ব্যাটারিগুলির তুলনায় চক্রের কার্যক্ষমতা এবং প্রতিবন্ধকতায় কোনও উল্লেখযোগ্য পার্থক্য দেখায়নি৷

ব্যাটারির কার্যক্ষমতার উপর তাপমাত্রার প্রভাব প্রধানত ইলেক্ট্রোলাইট এবং অ্যাডিটিভের ত্বরিত পচন, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে SEI ফিল্মের ঘনত্ব এবং তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধিতে প্রকাশ পায়। লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ইলেক্ট্রোলাইটের প্রধান উপাদান হল LiPF6। অত্যধিক উচ্চ তাপমাত্রায়, LiPF6 তাপ পচনের মধ্য দিয়ে যায়, PF5 উৎপন্ন করে। PF5 আরও ইলেক্ট্রোলাইটে পানির সাথে বিক্রিয়া করে HF গঠন করে। এইচএফ ক্যাথোড উপাদানে লোহা দ্রবীভূত হওয়ার একটি উল্লেখযোগ্য কারণ।

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির উচ্চ-তাপমাত্রা চক্র কর্মক্ষমতা উন্নত করতে, ইলেক্ট্রোলাইটে মিথিলিন ডিসালফোনেট (MMDS) যোগ করা হয়। MMDS ঘরের তাপমাত্রা এবং উচ্চ তাপমাত্রা উভয় ক্ষেত্রেই ব্যাটারির চক্রের কার্যক্ষমতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করে এবং ক্রমবর্ধমান সংযোজন ডোজের সাথে চক্রের স্থিতিশীলতা বৃদ্ধি পায়। যাইহোক, এই সংযোজন তাপমাত্রা-সংবেদনশীল; উচ্চ-তাপমাত্রার ব্যবহার এবং সঞ্চয়স্থান এর রঙ এবং অম্লতা বৃদ্ধির কারণ হতে পারে, ব্যাটারির কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করে। অতএব, ইলেক্ট্রোলাইটের স্টোরেজ তাপমাত্রা, ফিলিং-পরবর্তী সেটলিং তাপমাত্রা এবং ব্যাটারি ডিগ্যাসিং এবং গঠনের তাপমাত্রা MMDS ব্যর্থতা রোধ করতে কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে হবে।