লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি কিভাবে তৈরি করা হয়?
আমরা প্রতিদিন যেসব স্মার্টফোন ধরে থাকি, যেসব ই-বাইকে আমরা যাতায়াত করি, যেসব বাড়ির শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা, এমনকি মহাকাশযানগুলোও একটি অদৃশ্য হৃদয়ের ওপর নির্ভর করে: লিথিয়াম ব্যাটারি।
হালকা ওজনের, কার্যকর এবং পুনরায় চার্জযোগ্য লিথিয়াম ব্যাটারি আধুনিক নতুন শক্তি শিল্পের সমৃদ্ধ বিকাশকে সমর্থন করে। কিন্তু আপনি কি জানেন?কাঁচামাল পাউডার থেকে সমাপ্ত পণ্যএর মধ্যে রয়েছে কয়েক দশক ধরে ব্যবহৃত পরিপক্ক প্রযুক্তি এবং শিল্পকে নতুন রূপ দিচ্ছে এমন উদ্ভাবন।
আজকে আমরা জটিল প্রযুক্তিগত জারগন একপাশে রেখে পুরো লিথিয়াম ব্যাটারি উৎপাদন প্রক্রিয়াকে সহজ ভাষায় তুলে ধরব।পাশাপাশি বর্তমানে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি উৎপাদন লাইনে শিল্পের রূপান্তর ঘটছে.
১. লিথিয়াম ব্যাটারি উৎপাদনের মূল কাঠামোঃ লিথিয়াম ব্যাটারি উৎপাদনের তিনটি প্রধান পর্যায়
লিথিয়াম ব্যাটারি তৈরি অত্যন্ত সুনির্দিষ্ট একটি কারুশিল্পের উৎসবের মতো। পুরো প্রক্রিয়াটি কঠোর তাপমাত্রা এবং আর্দ্রতা নিয়ন্ত্রণের সাথে ধুলো মুক্ত পরিবেশে পরিচালিত হতে হবে।যেকোনো ধাপের সামান্যতম বিচ্যুতিও ব্যাটারির ক্ষমতাকে প্রভাবিত করতে পারে, জীবনকাল, এবং নিরাপত্তা।
সামগ্রিকভাবে, সম্পূর্ণ ব্যাটারি সেল উত্পাদন প্রক্রিয়াটি তিনটি মূল পর্যায়ে বিভক্ত করা যেতে পারেঃ ফ্রন্ট-এন্ড ইলেকট্রোড উত্পাদন, মাঝারি পর্যায়ে সেল সমাবেশ, এবং ব্যাক-এন্ড গঠন এবং ক্ষমতা গ্রেডিং.প্রতিটি পর্যায়ে কঠোর প্রযুক্তিগত প্রয়োজনীয়তা রয়েছে এবং এটি সামগ্রিক লিথিয়াম ব্যাটারি উত্পাদন প্রক্রিয়াটির জন্য গুরুত্বপূর্ণ।
II. ফ্রন্ট-এন্ড ইলেক্ট্রোড উত্পাদনঃ লিথিয়াম ব্যাটারি উত্পাদনে পারফরম্যান্সের সীমা নির্ধারণকারী ¢ ফাউন্ডেশন ¢
ক্যাথোড এবং অ্যানোড সহ ইলেকট্রোডগুলি লিথিয়াম ব্যাটারির মূল উপাদান, যা শক্তি বহনকারী হিসাবে কাজ করে।তাদের উৎপাদন প্রক্রিয়া সরাসরি ব্যাটারির শক্তি ঘনত্ব এবং চক্র জীবন নির্ধারণ করেএটি পুরো লিথিয়াম ব্যাটারি উৎপাদন প্রক্রিয়ার প্রথম স্তর।
এটি মূলত চারটি মূল প্রক্রিয়া অন্তর্ভুক্ত করেঃ
1মিশ্রণঃ যেমন প্রস্তুত ¢ ¢ শক্তি ব্যাটার ¢ ¢ নির্ভুলতা হল মূল
এই ধাপটি বাড়িতে মাখন মিশ্রণের অনুরূপ, তবে উপকরণগুলি আরও বিশেষ এবং অনুপাতগুলি অনেক বেশি কঠোর।
ক্যাথোড উপকরণ (যেমন লিথিয়াম আয়রন ফসফেট এবং টার্নারি উপকরণ), অ্যানোড উপকরণ (যেমন গ্রাফাইট এবং সিলিকন-কার্বন), পাশাপাশি পরিবাহী এজেন্ট, বাঁধক এবং দ্রাবক,একটি সিল করা মিশ্রণ ট্যাংকে দেওয়া হয়উচ্চ গতির আলোড়ন, ছড়িয়ে পড়া এবং সমকামিতার মাধ্যমে, একটি অভিন্ন এবং স্থিতিশীল স্লারি গঠিত হয়।
যদিও এটি সহজ বলে মনে হচ্ছে, তবে এটি অনেক প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ লুকিয়ে রাখেঃ
এমনকি সামান্যতম বিচ্যুতিও পরবর্তী পর্যায়ে লেপ ত্রুটির দিকে পরিচালিত করতে পারে, যা ব্যাটারির কর্মক্ষমতাকে প্রভাবিত করে।এই ধাপটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি উৎপাদন লাইনে একটি শক্ত ভিত্তি স্থাপনের মতো যদি ভিত্তিটি অস্থির হয়, কোন পরে স্পষ্টতা ক্ষতিপূরণ করতে পারে না.
2. লেপঃ ¢ পেইন্টিং ¢ বর্তমান সংগ্রাহক ¢ অভিন্নতা মূল বিষয়
মিশ্রণের পর, স্লারিটি ক্যারিয়ারের উপর প্রয়োগ করা হয়, যা বর্তমান সংগ্রাহক ক্যাথোড অ্যালুমিনিয়াম ফয়েল ব্যবহার করে, এবং অ্যানোড তামার ফয়েল ব্যবহার করে, ব্যাটারির স্কেলেট হিসাবে কাজ করে।
একটি লেপ মেশিন ব্যবহার করে, স্লারিটি সমানভাবে বর্তমান সংগ্রাহকের উপর লেপ দেওয়া হয়, তারপরে দ্রাবকগুলি অপসারণের জন্য শুকানোর জন্য একটি চুলায় প্রেরণ করা হয়, একটি পাতলা ইলেক্ট্রোড স্তর গঠন করে।
এই ধাপের মূল চাবিকাঠি হল অভিন্নতা:
ফাঁকা ফোল্ডার, ঘন প্রান্ত, পিনহোলস এবং উপাদান ছড়িয়ে পড়ার মতো ত্রুটিগুলি এড়ানো উচিত।
একই সময়ে, কর্মশালার উচ্চ স্তরের ধুলো নিয়ন্ত্রণের সাথে ধ্রুবক তাপমাত্রা এবং আর্দ্রতা বজায় রাখতে হবে যাতে কণা বা আর্দ্রতা ইলেকট্রোডের সাথে সংযুক্ত হতে পারে এবং পরিবাহিতা প্রভাবিত করতে পারে।
ঐতিহ্যগতভাবে শুকানোর পর্যায়ে উৎপাদন লাইন স্পেস 70~80% এবং এটি একটি বড় পরিমাণে শক্তি খরচ করে,এটি লিথিয়াম ব্যাটারি উৎপাদন প্রক্রিয়ায় একটি প্রধান শক্তি-সমৃদ্ধ পদক্ষেপ.
3. ক্যালেন্ডারিংঃ ¢ ইলেক্ট্রোড কম্প্রেস ¢ ভারসাম্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ
শুকানোর পর, ইলেক্ট্রোড অপেক্ষাকৃত loose এবং উচ্চ স্পষ্টতা ব্যবহার করে কম্প্রেস করা আবশ্যকরোলিং প্রেস মেশিন, যাকে বলা হয় ক্যালেন্ডারিং প্রসেস।
এর উদ্দেশ্য হলঃ
এটি একটি ঘন শীট মধ্যে fluffy তুলা সংকোচন অনুরূপ হয়, আয়ন পরিবহন জন্য উপাদান যোগাযোগ উন্নত যখন স্থান সংরক্ষণ।
এখানে মূল চাবিকাঠি হল ভারসাম্য:
একই সময়ে, ব্যাটারি সেল উত্পাদন প্রক্রিয়ার সমস্ত ইলেকট্রোড জুড়ে সামঞ্জস্যতা নিশ্চিত করার জন্য, wrinkles এবং বিকৃতি এড়ানোর জন্য ইলেকট্রোড সমতা পর্যবেক্ষণ করা আবশ্যক।
4. স্লিটিংঃ ¢ আকারের উপর কাটা ¢ সঠিকতা নিরাপত্তা নির্ধারণ করে
ক্যালেন্ডারযুক্ত ইলেকট্রোডটি বড় আকারের এবং সেল ডিজাইনের স্পেসিফিকেশন অনুসারে আরও সংকীর্ণ স্ট্রিপগুলিতে কেটে ফেলা উচিত।
এই ধাপের নির্ভুলতা সরাসরি ব্যাটারির নিরাপত্তা প্রভাবিত করেঃ
অতএব, কাটার নির্ভুলতা এবং গতি কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রিত হতে হবে এবং দূষণ রোধে ধুলো অপসারণ অব্যাহত রাখা প্রয়োজন,লিথিয়াম ব্যাটারি উৎপাদনের প্রক্রিয়াতে সকল ইলেক্ট্রোডের মাত্রিক সহনশীলতা এবং প্রান্ত মানের মান পূরণ নিশ্চিত করা.
III. মিড-স্টেজ সেল সমাবেশঃ ব্যাটারি সেল উত্পাদন মধ্যে স্পষ্টতা ইন্টিগ্রেশন
ইলেকট্রোড উত্পাদন করার পরে, প্রক্রিয়াটি সেল সমাবেশ পর্যায়ে প্রবেশ করে, যেখানে ইলেকট্রোড, বিভাজক এবং কেসিং উপাদানগুলি সুনির্দিষ্টভাবে সংহত করা হয়।এই পর্যায়ে আধুনিক লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি উৎপাদন লাইনে ত্রুটির জন্য প্রায় কোন জায়গা ছাড়াই মাইক্রন স্তরের নির্ভুলতার প্রয়োজন.
এটি মূলত চারটি মূল প্রক্রিয়া অন্তর্ভুক্ত করেঃ
1. উইন্ডিং / স্ট্যাকিংঃ ¢ কভার্ট মত স্তর ¢ বিচ্ছেদ হল মূল
এই ধাপে, কাটা ক্যাথোড এবং অ্যানোড ইলেকট্রোডগুলি একটি খালি সেল গঠনের জন্য বিভাজকগুলির সাথে বিকল্পভাবে স্তরযুক্ত হয়।
বিভাজকটি একটি আইসোলেশন স্তর হিসাবে কাজ করে, যা লিথিয়াম আয়নগুলিকে পাস করার অনুমতি দিয়ে শর্ট সার্কিট প্রতিরোধ করে।
ব্যাটারির ধরন অনুযায়ীঃ
পদ্ধতি নির্বিশেষে, মূল প্রয়োজনীয়তা হল নির্ভুলতাঃ
অন্যথায়, অভ্যন্তরীণ শর্ট সার্কিট দেখা দিতে পারে, যা ব্যাটারি সেল উত্পাদন প্রক্রিয়ার নিরাপত্তা এবং সামগ্রিক কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করে।
2. ওয়েল্ডিং: ¢ ¢ সার্কিট সংযোগ ¢ ¢ শক্তি হল চাবি
খালি সেল গঠনের পর, ট্যাব, ক্যাপ এবং বাসবারগুলি বিদ্যুৎ প্রবাহ সক্ষম করতে ওয়েল্ড করা হয়।
এই প্রক্রিয়াতে উচ্চ-নির্ভুলতা কৌশল যেমন লেজার ওয়েল্ডিং এবংআল্ট্রাসোনিক ওয়েল্ডিং.
এর মধ্যে রয়েছেঃ
লিথিয়াম ব্যাটারি তৈরির প্রক্রিয়াতে দূষণ এড়াতে ওয়েল্ডিংয়ের সময় উত্পাদিত ধাতব ধুলোও সময়মতো সরিয়ে ফেলা উচিত।
3. কেসিং: ¢ সুরক্ষা পোশাক পরা ¢ ¢ সুরক্ষা মূল বিষয়
সমন্বিত সেলটি অ্যালুমিনিয়াম, ইস্পাত, বা প্যাচ (অ্যালুমিনিয়াম-ল্যামিনেটেড ফিল্ম) কেসিংয়ে স্থাপন করা হয়।
এই ধাপে বলা হয়েছেঃ
প্যাকেজিংয়ের সময়, কোষ এবং হাউজিংয়ের মধ্যে ফিটটি নিয়ন্ত্রণ করা উচিত যাতে বিকৃতি এড়ানো যায়।লিথিয়াম ব্যাটারি উৎপাদন প্রক্রিয়ার মধ্যে ফুটো বা ক্ষতি রোধে সিলিং যথার্থতা বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ.
4. বেকিং: ¢ আর্দ্রতা অপসারণ ¢ শুষ্কতা হল মূল
আর্দ্রতা লিথিয়াম ব্যাটারির 'মৃত্যুজনক শত্রু'। এটি ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে বিক্রিয়া করতে পারে, ফোলা, গ্যাস উত্পাদন বা এমনকি আগুন এবং বিস্ফোরণ সৃষ্টি করতে পারে।
অতএব, অবশিষ্ট আর্দ্রতা এবং দ্রাবক অপসারণের জন্য কোষগুলি একটি ভ্যাকুয়াম বেকিং ওভেনের মধ্যে স্থাপন করা উচিত।
মূল পরামিতিগুলির মধ্যে রয়েছেঃ
ব্যাটারি তৈরির প্রক্রিয়া শুরু করার আগে এটি মান পূরণ না হওয়া পর্যন্ত আর্দ্রতা ধারণক্ষমতা ক্রমাগত পর্যবেক্ষণ করা আবশ্যক।
৪. ব্যাক-এন্ড ফর্মেশন ও ক্যাপাসিটি গ্রেডিংঃ লিথিয়াম ব্যাটারি উৎপাদনের গুরুত্বপূর্ণ পর্যায়ে
একত্রিত হওয়ার পরেও, সেলটি এখনও একটি অর্ধ-সমাপ্ত পণ্য। এটি বৈদ্যুতিক রাসায়নিক কর্মক্ষমতা সক্রিয় করতে এবং ত্রুটিযুক্ত ইউনিটগুলি ফিল্টার করতে গঠন এবং গ্রেডিংয়ের মধ্য দিয়ে যেতে হবে।এটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি উত্পাদন প্রক্রিয়ার চূড়ান্ত মান নিয়ন্ত্রণের পর্যায়.
এটি মূলত পাঁচটি মূল প্রক্রিয়া অন্তর্ভুক্ত করেঃ
1. ইলেক্ট্রোলাইট ভরাটঃ ¢ রক্ত যোগ করা ¢ ¢ সঠিকতা মূল বিষয়
ইলেক্ট্রোলাইট হল লিথিয়াম ব্যাটারির রক্ত, যা লিথিয়াম-আয়ন পরিবহনের জন্য দায়ী এবং ক্ষমতা, চক্রের জীবন এবং নিম্ন তাপমাত্রায় পারফরম্যান্সকে সরাসরি প্রভাবিত করে।
এই ধাপটি কম আর্দ্রতার পরিবেশে সম্পন্ন করা উচিত, সেলটিতে একটি সুনির্দিষ্ট পরিমাণে ইলেক্ট্রোলাইট ইনজেকশন করা উচিত।
মূল নিয়ন্ত্রণঃ
খুব বেশি বা খুব কম ইলেক্ট্রোলাইট কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করবে, এবং অত্যধিক আর্দ্রতা ইলেক্ট্রোলাইটকে হ্রাস করতে পারে যা এটি লিথিয়াম ব্যাটারি উত্পাদন প্রক্রিয়াতে একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ করে তোলে।
বিশেষ করে, ইলেক্ট্রোলাইট প্রযুক্তির সাম্প্রতিক অগ্রগতিগুলি ব্যাটারিগুলিকে -50 ডিগ্রি সেলসিয়াস থেকে +70 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত স্থিতিশীলভাবে কাজ করতে সক্ষম করেছে, উল্লেখযোগ্যভাবে শক্তি ঘনত্ব উন্নত করেছে।
2বিশ্রামঃ পূর্ণ অনুপ্রবেশের অনুমতি ∙ অভিন্নতা মূল বিষয়
ভরাট করার পর, সেলটি বিশ্রামের জন্য ছেড়ে দেওয়া হয়, যার ফলে ইলেক্ট্রোলাইটটি সম্পূর্ণরূপে ইলেক্ট্রোড এবং বিভাজকগুলিতে নিমজ্জিত হয়।
পরিবেশের তাপমাত্রা, আর্দ্রতা এবং বিশ্রামের সময়কে নিয়ন্ত্রিত করতে হবে যাতে অভিন্ন অনুপ্রবেশ নিশ্চিত হয়।
এই পদক্ষেপটি ব্যাটারি সেল উত্পাদন প্রক্রিয়ার ধারাবাহিকতা নিশ্চিত করে।
3গঠনঃ ব্যাটারি সক্রিয় করা ∙ স্থিতিশীলতা মূল বিষয়
গঠনের সময়, কোষটি তার প্রথম নিম্ন-বর্তমান চার্জ গ্রহণ করে, অভ্যন্তরীণ ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সিস্টেম সক্রিয় করে।
ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠের উপর একটি স্থিতিশীল SEI (সলিড ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেজ) স্তর গঠন করে।
এই স্তরটি একটি "প্রতিরক্ষামূলক ঢাল" এর মত কাজ করেঃ
এর গুণ সরাসরি চক্রের জীবন নির্ধারণ করে এবং এটি ব্যাটারি গঠনের এবং শ্রেণীবদ্ধকরণের একটি মূল পদক্ষেপ।
4. সক্ষমতা শ্রেণীবিভাগঃ কর্মক্ষমতা পরিমাপ করা
কোষগুলি নিয়ন্ত্রিত অবস্থার অধীনে পরীক্ষা করা হয় যাতে পরিমাপ করা যায়ঃ
মাল্টি-চ্যানেল, উচ্চ-কার্যকারিতা ব্যবহার করেলিথিয়াম সেল গ্রেডিং মেশিন, পারফরম্যান্সের মান পূরণ করে এমন সেলগুলি নির্বাচন করা হয়, যখন অপর্যাপ্ত ক্ষমতা বা অত্যধিক অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের সাথে সেলগুলি ফিল্টার করা হয়।এই প্রতিটি একক কোষের কর্মক্ষমতা ধারাবাহিকতা নিশ্চিত করে.
5. সাজানো এবং গ্রুপিংঃ ¢ টিম গঠন ¢ ¢ ধারাবাহিকতা মূল বিষয়
ব্যাটারি প্যাক (ইভি বা শক্তি সঞ্চয় করার জন্য) একাধিক কোষের সমন্বয়ে গঠিত।
অত্যন্ত সামঞ্জস্যপূর্ণ পরামিতি সহ কোষগুলি একসাথে গ্রুপ করা হয়।
যদি ধারাবাহিকতা খারাপ হয়:
লিথিয়াম ব্যাটারি উৎপাদনের প্রক্রিয়াতে প্যাকের নির্ভরযোগ্যতা নিশ্চিত করতে এই পদক্ষেপটি অপরিহার্য।
৫. প্রক্রিয়া উদ্ভাবনঃ ঊষ্ণ থেকে শুষ্ক ঃ লিথিয়াম ব্যাটারি প্রযুক্তিতে বিঘ্নজনক অগ্রগতি
কয়েক দশক ধরে, লিথিয়াম ব্যাটারি ইলেক্ট্রোড উত্পাদন ভিজা পদ্ধতিতে নির্ভর করে - লর, লেপ এবং শুকানোর মিশ্রণ।
যদিও এটি পরিপক্ক, তবে এর প্রধান অসুবিধা রয়েছেঃ
লিথিয়াম ব্যাটারি প্রযুক্তিতে একটি নতুন পদ্ধতির উদ্ভব হচ্ছে: শুকনো পদ্ধতি।
স্লারি পরিবর্তে:
এটি শুকানোর ধাপকে বাদ দেয়, এটি তৈরি করেঃ
মজার ব্যাপার হচ্ছে, এই ধারণাটি এসেছে মার্শমেলো রুটিতে।
যখন তাপ দেওয়া হয়, তখন বাইরের স্তর গলে যায় এবং আঠালো হয়ে যায়, অভ্যন্তরীণ কাঠামোটি ভেঙে না পড়ার জন্য আবদ্ধ হয়।
একইভাবে:
অন্যান্য শুষ্ক প্রক্রিয়া পদ্ধতির বিপরীতে, এই পদ্ধতিটি ঐতিহ্যগত বাঁধক সংরক্ষণ করে কিন্তু তাদের ব্যবহারের পদ্ধতি পরিবর্তন করে।
এর মানে হলঃ
বর্তমানে, এই প্রযুক্তিটি এখনও পরীক্ষাগার পর্যায়ে রয়েছে। তবে, একবার স্কেল আপ করা হলে, এটি ল