लिथियम बैटरी सेल्फ-डिस्चार्ज: कारण, परीक्षण विधियाँ और रोकथाम

लिथियम-आयन बैटरी का व्यापक रूप से इलेक्ट्रिक वाहनों, ऊर्जा भंडारण प्रणालियों, पावर टूल्स, लैपटॉप और पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोग किया जाता है। अधिकांश अनुप्रयोगों में, बैटरी मॉड्यूल और पैक बनाने के लिए व्यक्तिगत सेल को श्रृंखला या समानांतर में जोड़ा जाता है।

हालांकि, बैटरी पैक के लिए, अंतिम पैक का प्रदर्शन केवल सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन करने वाले सेल द्वारा निर्धारित नहीं होता है।सेल की स्थिरता बैटरी की क्षमता, जीवनकाल और सुरक्षा को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारकों में से एक है।एक महत्वपूर्ण कारक जो सेल की स्थिरता को कम कर सकता है वह है सेल्फ-डिस्चार्ज।

जब पूरी तरह से चार्ज किए गए लिथियम-आयन सेल को बाहरी लोड के बिना संग्रहीत किया जाता है, तो उसका वोल्टेज और चार्ज की स्थिति (SOC) धीरे-धीरे कम हो सकती है। इस घटना को सेल्फ-डिस्चार्ज के रूप में जाना जाता है। यदि एक ही बैटरी पैक में सेल की सेल्फ-डिस्चार्ज दर काफी भिन्न होती है, तो भंडारण के दौरान उनकी SOC तेजी से असंतुलित हो सकती है, जो पैक की क्षमता, चक्र जीवन और सुरक्षा को प्रभावित कर सकती है।यह लेख लिथियम बैटरी सेल्फ-डिस्चार्ज के मुख्य कारणों, सामान्य सेल्फ-डिस्चार्ज परीक्षण विधियों और लिथियम बैटरी निर्माण के दौरान सेल्फ-डिस्चार्ज को नियंत्रित करने के व्यावहारिक तरीकों की व्याख्या करता है।इलेक्ट्रोड और सेपरेटर के बीच स्थानीय दोष

लिथियम बैटरी सेल्फ-डिस्चार्ज का तात्पर्य बैटरी को बाहरी लोड से कनेक्ट न होने पर संग्रहीत ऊर्जा के क्रमिक नुकसान से है।

आदर्श रूप से, एक बैटरी को भंडारण के दौरान अपेक्षाकृत स्थिर ओपन-सर्किट वोल्टेज (OCV) बनाए रखना चाहिए। वास्तविकता में, आंतरिक रासायनिक प्रतिक्रियाएं और छोटे रिसाव करंट धीरे-धीरे सक्रिय लिथियम का उपभोग कर सकते हैं और बैटरी की संग्रहीत ऊर्जा को कम कर सकते हैं।

बैटरी रसायन विज्ञान और इलेक्ट्रोड सामग्री

चार्ज की स्थिति (SOC)

भंडारण तापमान

• इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड साइड रिएक्शन
• नमी और अशुद्धियाँ
• सेपरेटर की स्थिति
• विनिर्माण दोष
• आंतरिक माइक्रो-शॉर्ट सर्किट
• बैटरी निर्माताओं के लिए, सबसे महत्वपूर्ण मुद्दा अक्सर यह नहीं होता है कि सेल में सेल्फ-डिस्चार्ज है या नहीं, बल्कि यह है कि क्या विभिन्न सेल की सेल्फ-डिस्चार्ज दरें काफी भिन्न हैं।
• यही कारण है कि सेल्फ-डिस्चार्ज परीक्षण लिथियम बैटरी सेल ग्रेडिंग और बैटरी पैक स्थिरता से निकटता से संबंधित है।
• लिथियम बैटरी सेल्फ-डिस्चार्ज का कारण क्या है?

लिथियम-आयन बैटरी सेल्फ-डिस्चार्ज को आम तौर पर दो प्रमुख तंत्रों से जोड़ा जा सकता है: आंतरिक रिसाव या माइक्रो-शॉर्ट सर्किट और इलेक्ट्रोकेमिकल साइड रिएक्शन।1. आंतरिक रिसाव और माइक्रो-शॉर्ट सर्किटइलेक्ट्रोड और सेपरेटर के बीच स्थानीय दोष

संभावित कारणों में शामिल हैं:

कटाई के दौरान उत्पन्न इलेक्ट्रोड बर्र्सइलेक्ट्रोड धूल या मलबासेल असेंबली के दौरान प्रवेश करने वाले विदेशी कणसेपरेटर क्षतिइलेक्ट्रोड और सेपरेटर के बीच स्थानीय दोष

आंतरिक माइक्रो-शॉर्ट से प्रभावित सेल भंडारण के दौरान सामान्य सेल की तुलना में काफी अधिक वोल्टेज ड्रॉप दिखा सकते हैं।

2. इलेक्ट्रोकेमिकल साइड रिएक्शन

• दूसरा प्रमुख तंत्र सेल के अंदर होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं से संबंधित है।
• उदाहरणों में शामिल हैं:
• इलेक्ट्रोलाइट ऑक्सीकरण या कमी
• SEI परत का निरंतर निर्माण और मरम्मत
• नमी और इलेक्ट्रोलाइट घटकों से जुड़ी प्रतिक्रियाएं
• कैथोड/इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस प्रतिक्रियाएं

इलेक्ट्रोड सामग्री का क्षरण

लिथियम-आयन बैटरी निर्माण में नमी विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। अतिरिक्त पानी इलेक्ट्रोलाइट घटकों के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है और अम्लीय प्रजातियों के निर्माण में योगदान कर सकता है, जो इंटरफ़ेस क्षरण को तेज कर सकता है और सक्रिय लिथियम का उपभोग कर सकता है।

बैटरी पैक के लिए सेल्फ-डिस्चार्ज क्यों महत्वपूर्ण है?

जब कई सेल एक साथ जुड़े होते हैं तो सेल्फ-डिस्चार्ज विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो जाता है।

• कल्पना कीजिए कि कई सेल की प्रारंभिक क्षमता समान है लेकिन सेल्फ-डिस्चार्ज दर थोड़ी भिन्न है। भंडारण की अवधि के बाद, उनकी SOC स्तर अब समान नहीं रह सकते हैं।
• इससे यह हो सकता है:
• 1. SOC असंतुलन
• विभिन्न सेल भंडारण के बाद विभिन्न वोल्टेज और SOC स्तर तक पहुंच सकते हैं।
• श्रृंखला-कनेक्टेड बैटरी पैक में, सबसे कमजोर या सबसे अधिक डिस्चार्ज किया गया सेल चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान सीमित सेल बन सकता है।

2. कम प्रयोज्य क्षमता

बैटरी पैक की प्रयोज्य क्षमता उन सेल की स्थिरता से दृढ़ता से प्रभावित होती है जिनका उपयोग इसे असेंबल करने के लिए किया जाता है।

3. बढ़ी हुई बैटरी पैक परीक्षण आवश्यकताएं

बैटरी निर्माताओं को कई परीक्षण प्रक्रियाओं को संयोजित करने की आवश्यकता हो सकती है, जिनमें शामिल हैं:

सेल गठन → क्षमता ग्रेडिंग → सेल्फ-डिस्चार्ज/भंडारण परीक्षण → OCV/IR छँटाई → बैटरी पैक स्पॉट वेल्डिंग → पैक असेंबली → पैक परीक्षण → एजिंग

4. दीर्घकालिक भंडारण समस्याएँ

जब बैटरी को हफ्तों या महीनों तक संग्रहीत किया जाता है तो सेल्फ-डिस्चार्ज विशेष रूप से ध्यान देने योग्य हो सकता है।

लिथियम बैटरी सेल्फ-डिस्चार्ज का परीक्षण कैसे किया जाता है?

एक सामान्य दृष्टिकोण नियंत्रित भंडारण अवधि से पहले और बाद में बैटरी के विद्युत मापदंडों की तुलना करना है।

चार्ज → आराम → OCV मापें → स्टोर करें → OCV फिर से मापें → वोल्टेज परिवर्तन की गणना करें → सेल वर्गीकृत करें

1. प्रारंभिक SOC को नियंत्रित करें

विभिन्न SOC बिंदु विभिन्न वोल्टेज प्रतिक्रियाएं उत्पन्न कर सकते हैं, इसलिए निर्माताओं को बैटरी रसायन विज्ञान और परीक्षण उद्देश्य के अनुसार एक उपयुक्त SOC का चयन करना चाहिए।

अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि तुलना किए जा रहे सभी सेल का परीक्षण समान परिस्थितियों में किया जाना चाहिए।

चार्जिंग के तुरंत बाद, मापा गया वोल्टेज ध्रुवीकरण से प्रभावित हो सकता है।

इसलिए, प्रारंभिक OCV माप से पहले सेल को सामान्य रूप से एक परिभाषित अवधि के लिए आराम करने की अनुमति दी जानी चाहिए।

3. स्थिर तापमान बनाए रखें

इस कारण से, सेल्फ-डिस्चार्ज परीक्षण नियंत्रित पर्यावरणीय परिस्थितियों में किया जाना चाहिए।

महत्वपूर्ण मापदंडों में शामिल हैं:

परिवेश का तापमान

SOC

प्रारंभिक वोल्टेज

अंतिम वोल्टेज

माप उपकरण सटीकता

4. भंडारण से पहले और बाद में वोल्टेज मापें

निर्दिष्ट भंडारण अवधि के बाद, सेल वोल्टेज को फिर से मापा जाता है।

• एक साधारण तुलना को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
• वोल्टेज ड्रॉप = प्रारंभिक OCV - अंतिम OCV
• अधिक विस्तृत विश्लेषण के लिए, निर्माता एक परिभाषित भंडारण अवधि में वोल्टेज परिवर्तन की गणना कर सकते हैं:
• सेल्फ-डिस्चार्ज संकेतक = वोल्टेज ड्रॉप / भंडारण समय
• इस मान की व्याख्या बैटरी रसायन विज्ञान, SOC, तापमान और परीक्षण स्थितियों के साथ की जानी चाहिए, न कि सार्वभौमिक पास/असफल सीमा के रूप में।
• धातु संदूषण को नियंत्रित करना
• सेल्फ-डिस्चार्ज परीक्षण और सेल ग्रेडिंग संबंधित हैं लेकिन वे बिल्कुल एक ही प्रक्रिया नहीं हैं।

क्षमता

चार्ज प्रदर्शन

वोल्टेज

उद्देश्य समान विद्युत विशेषताओं वाले सेल को एक ही ग्रेड में वर्गीकृत करना है।

उदाहरण के लिए, ACEY का लिथियम सेल ग्रेडिंग उपकरण स्वतंत्र चैनल नियंत्रण, चार्ज/डिस्चार्ज परीक्षण, डेटा रिकॉर्डिंग और सेल वर्गीकरण का समर्थन करता है। कुछ मॉडल डिस्चार्ज परीक्षण के दौरान ऊर्जा की खपत को कम करने के लिए ऊर्जा प्रतिक्रिया का भी समर्थन करते हैं।

बेलनाकार बैटरी पैक को असेंबल करने वाले निर्माताओं के लिए, 5V 20A 256-चैनल लिथियम सेल ग्रेडिंग मशीन का उपयोग लगभग 18-32 मिमी व्यास और 65-140 मिमी लंबाई की सीमा में सेल के चार्ज/डिस्चार्ज परीक्षण और क्षमता वर्गीकरण के लिए किया जा सकता है।प्रिज्मीय लिथियम बैटरी के लिए, ACEY 5V 30A 128-चैनल बैटरी चार्ज डिस्चार्ज टेस्टर भी प्रदान करता है जो प्रिज्मीय सेल के क्षमता ग्रेडिंग और चार्ज/डिस्चार्ज परीक्षण के लिए डिज़ाइन किया गया है।

• गठन और एजिंग को अनुकूलित करना
• इसलिए इन प्रणालियों का उपयोग व्यापक बैटरी सेल गुणवत्ता-नियंत्रण प्रक्रिया के एक महत्वपूर्ण हिस्से के रूप में किया जा सकता है।
• निर्माता लिथियम बैटरी सेल्फ-डिस्चार्ज को कैसे कम कर सकते हैं?
• सबसे प्रभावी तरीका विनिर्माण चरण में सेल्फ-डिस्चार्ज को नियंत्रित करना है, न कि केवल अंतिम निरीक्षण पर निर्भर रहना।
• 1. धातु संदूषण को नियंत्रित करें

कच्चे माल की तैयारी और इलेक्ट्रोड निर्माण के दौरान धातु संदूषण को नियंत्रित किया जाना चाहिए।

संभावित नियंत्रण उपायों में शामिल हैं:कच्चे माल का निरीक्षणचुंबकीय धातु संदूषण का पता लगाना

स्लरी निस्पंदन

इलेक्ट्रोड सतह निरीक्षण

उपकरण की सफाईविदेशी कण नियंत्रणधातु कणों पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए जो सेल के अंदर प्रवाहकीय पथ बना सकते हैं।

2. इलेक्ट्रोड बर्र्स और धूल को कम करें

इलेक्ट्रोड कटाई और हैंडलिंग से बर्र्स और कण उत्पन्न हो सकते हैं।

स्लिटिंग पैरामीटर

इलेक्ट्रोड हैंडलिंग

वाइंडिंग या स्टैकिंग प्रक्रियाएं

• धूल संग्रह
• उत्पादन-लाइन की सफाई
• कणों और बर्र्स को कम करने से आंतरिक दोषों की संभावना को कम करने में मदद मिल सकती है।
• 3. नमी को नियंत्रित करें
• लिथियम बैटरी निर्माण का एक और महत्वपूर्ण हिस्सा नमी नियंत्रण है।
• अनुशंसित उपायों में शामिल हैं:

उचित इलेक्ट्रोड सुखाने

ड्राई-रूम आर्द्रता नियंत्रण

सुखाने के बाद एक्सपोजर समय को कम करना

• इलेक्ट्रोलाइट फिलिंग की स्थिति को नियंत्रित करना
• अनावश्यक WIP भंडारण को कम करना
• असेंबली से पहले सामग्री की नमी की निगरानी करना
• सुसंगत नमी नियंत्रण अवांछित इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड साइड रिएक्शन को कम करने में मदद करता है।
• 4. सेल गठन और एजिंग प्रक्रियाओं में सुधार करें
• स्थिर इलेक्ट्रोकेमिकल विशेषताओं की स्थापना के लिए गठन और एजिंग महत्वपूर्ण चरण हैं।

उत्पादन के दौरान, निर्माता निगरानी कर सकते हैं:

चार्जिंग करंट

डिस्चार्जिंग करंट

• सेल तापमान
• आराम का समय
• OCV परिवर्तन
• क्षमता
• आंतरिक प्रतिरोध
• इन चरणों के दौरान पहचाने गए असामान्य सेल को बैटरी पैक असेंबली प्रक्रिया में प्रवेश करने से पहले अलग किया जा सकता है।
• 5. क्षमता ग्रेडिंग को वोल्टेज और IR छँटाई के साथ मिलाएं

केवल क्षमता सेल स्थिरता की पूरी तस्वीर प्रदान नहीं करती है।

क्षमता ग्रेडिंग → OCV/IR छँटाई → सेल मिलान → पैक असेंबली

यह दृष्टिकोण विशेष रूप से बेलनाकार और प्रिज्मीय बैटरी पैक के लिए उपयोगी है जहां सेल स्थिरता सीधे पैक प्रदर्शन को प्रभावित करती है।

• निष्कर्ष
• लिथियम बैटरी सेल्फ-डिस्चार्ज आंतरिक रिसाव, माइक्रो-शॉर्ट दोषों और इलेक्ट्रोकेमिकल साइड रिएक्शन के संयोजन के कारण होता है। समस्या की गंभीरता बैटरी रसायन विज्ञान, सामग्री, विनिर्माण गुणवत्ता, SOC, तापमान और भंडारण की स्थिति पर निर्भर करती है।
• बैटरी निर्माताओं के लिए, सेल्फ-डिस्चार्ज को नियंत्रित करना केवल भंडारण के बाद वोल्टेज मापने का मामला नहीं है। एक अधिक पूर्ण रणनीति में शामिल होना चाहिए:
• धातु संदूषण को नियंत्रित करना
• इलेक्ट्रोड बर्र्स और कणों को कम करना
• नमी को नियंत्रित करना
• गठन और एजिंग को अनुकूलित करना
• सटीक चार्ज/डिस्चार्ज परीक्षण करना

उनकी विद्युत विशेषताओं के अनुसार सेल को ग्रेड करना

एक विश्वसनीय लिथियम सेल ग्रेडिंग मशीन इस प्रक्रिया में नियंत्रित चार्ज/डिस्चार्ज परीक्षण, सटीक डेटा संग्रह और स्वचालित सेल वर्गीकरण प्रदान करके एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकती है।

विनिर्माण-प्रक्रिया नियंत्रण को व्यवस्थित बैटरी परीक्षण के साथ संयोजित करके, निर्माता सेल स्थिरता में सुधार कर सकते हैं और ईवी, ईएसएस, पावर टूल्स और अन्य अनुप्रयोगों के लिए अधिक विश्वसनीय लिथियम-आयन बैटरी पैक बना सकते हैं।

लिथियम बैटरी सेल्फ-डिस्चार्ज क्या है?

लिथियम बैटरी सेल्फ-डिस्चार्ज का परीक्षण कैसे करें?

एक सामान्य विधि सेल को एक नियंत्रित SOC तक चार्ज करना, ध्रुवीकरण को ठीक होने देना, प्रारंभिक OCV को मापना, सेल को नियंत्रित परिस्थितियों में संग्रहीत करना और फिर OCV को फिर से मापना है। भंडारण अवधि में वोल्टेज परिवर्तन का उपयोग सेल्फ-डिस्चार्ज व्यवहार के संकेतक के रूप में किया जा सकता है।

• क्या एक सेल ग्रेडिंग मशीन सेल्फ-डिस्चार्ज का परीक्षण कर सकती है?
• एक सेल ग्रेडिंग मशीन मुख्य रूप से एक समर्पित दीर्घकालिक सेल्फ-डिस्चार्ज परीक्षण को बदलने के बजाय नियंत्रित चार्ज/डिस्चार्ज और क्षमता परीक्षण करती है। हालांकि, इसके सटीक वोल्टेज, करंट, क्षमता और डेटा-रिकॉर्डिंग फ़ंक्शन व्यापक सेल स्थिरता और गुणवत्ता-नियंत्रण प्रक्रिया का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हो सकते हैं।
• बैटरी पैक के लिए सेल स्थिरता क्यों महत्वपूर्ण है?
• विभिन्न क्षमताओं, आंतरिक प्रतिरोध या सेल्फ-डिस्चार्ज विशेषताओं वाले सेल श्रृंखला या समानांतर में जुड़े होने पर तेजी से असंतुलित हो सकते हैं। बेहतर सेल मिलान बैटरी पैक प्रदर्शन, प्रयोज्य क्षमता और दीर्घकालिक विश्वसनीयता में सुधार करने में मदद करता है।