پاؤچ-قسم کی لتیم-آئن بیٹریاں پھولنے کی بہت سی وجوہات ہیں۔ تجرباتی R&D کے تجربے کی بنیاد پر، سوجن کی وجوہات کو تین اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: پہلا، سائیکلنگ کے دوران بیٹری الیکٹروڈ شیٹس کی توسیع کی وجہ سے موٹائی میں اضافہ؛ دوسرا، الیکٹرولائٹ کے آکسیڈیٹیو سڑن کے نتیجے میں گیس کی پیداوار کی وجہ سے سوجن؛ اور تیسرا، مینوفیکچرنگ نقائص کی وجہ سے سوجن، جیسے سیل کے کونوں میں خراب سیلنگ یا نقصان کی وجہ سے نمی کا داخل ہونا۔
بیٹری کی موٹائی میں تبدیلی لانے والے اہم عوامل مختلف بیٹری کیمسٹریوں میں مختلف ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، لیتھیم ٹائٹینیٹ (LTO) اینوڈس استعمال کرنے والی بیٹریوں میں، سوجن کی بنیادی وجہ گیس پیدا کرنا ہے۔ اس کے برعکس، گریفائٹ اینوڈز والی بیٹریوں کے لیے، الیکٹروڈ شیٹ کی توسیع اور گیس کی پیداوار دونوں سوجن میں حصہ ڈالتے ہیں۔
I. الیکٹروڈ شیٹ کی موٹائی میں تبدیلیاں
گریفائٹ انوڈ کی توسیع کو متاثر کرنے والے عوامل اور طریقہ کار پر بحث
لیتھیم-آئن بیٹریوں کی چارجنگ کے دوران سیل کی موٹائی میں اضافہ بنیادی طور پر اینوڈ کی توسیع سے منسوب ہے۔ کیتھوڈ کی توسیع کی شرح صرف 2–4% ہے۔ انوڈس عام طور پر گریفائٹ، ایک بائنڈر، اور کنڈکٹیو کاربن پر مشتمل ہوتے ہیں، جس میں گریفائٹ مواد ہی تقریباً 10% کی توسیع کی شرح کو ظاہر کرتا ہے۔ گریفائٹ انوڈس کی توسیع کی شرح کو متاثر کرنے والے کلیدی عوامل میں SEI (ٹھوس الیکٹرولائٹ انٹرفیس) فلم کی تشکیل، چارج کی حالت (SOC)، عمل کے پیرامیٹرز، اور دیگر متغیرات شامل ہیں۔
(1) SEI فلم کی تشکیل
ابتدائی چارج-لیتھیم-آئن بیٹری کے ڈسچارج سائیکل کے دوران، ٹھوس-مائع انٹرفیس پر الیکٹرولائٹ اور گریفائٹ کے ذرات کے درمیان ایک کمی کا رد عمل ہوتا ہے، جو الیکٹروڈ مواد کے اوپر ایک پاسیویشن پرت (SEI فلم) بناتا ہے۔ SEI فلم کی تشکیل انوڈ کی موٹائی میں نمایاں اضافہ کا باعث بنتی ہے، جس سے سیل کی موٹائی میں تقریباً 4% اضافہ ہوتا ہے۔ طویل مدتی سائیکلنگ کے دوران، گریفائٹ کی جسمانی ساخت اور مخصوص سطح کا رقبہ ایک متحرک عمل کو متاثر کرتا ہے جس میں موجودہ SEI کی تحلیل اور نئے SEI کی تشکیل شامل ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، فلیک گریفائٹ کروی گریفائٹ سے زیادہ توسیع کی شرح کو ظاہر کرتا ہے۔
(2) اسٹیٹ آف چارج (SOC)
سائیکلنگ کے عمل کے دوران، گریفائٹ انوڈ کے حجم کی توسیع سیل کے ایس او سی کے ساتھ ایک مضبوط متواتر فنکشنل تعلق کو ظاہر کرتی ہے۔ خاص طور پر، حجم بتدریج پھیلتا ہے کیونکہ لیتھیم آئنز گریفائٹ میں داخل ہوتے ہیں (خلیہ کے ایس او سی میں اضافہ)؛ اس کے برعکس، جب لیتھیم آئنز گریفائٹ انوڈ سے انٹرکیلیٹ ہو جاتے ہیں، سیل کی SOC کم ہو جاتی ہے، اور گریفائٹ انوڈ کا حجم اسی کے مطابق سکڑ جاتا ہے۔
(3) عمل کے پیرامیٹرز
عمل کے پیرامیٹرز کے بارے میں، کمپیکشن کثافت گریفائٹ انوڈ کو نمایاں طور پر متاثر کرتی ہے۔ الیکٹروڈ شیٹ کے کولڈ پریسنگ کے دوران، گریفائٹ اینوڈ کوٹنگ پرت کے اندر کافی کمپریسیو تناؤ پیدا ہوتا ہے۔ اس تناؤ کو بعد کے مراحل جیسے کہ اعلی-درجہ حرارت پر بیکنگ کے دوران مکمل طور پر دور کرنا مشکل ہے۔ چارج-ڈسچارج سائیکلنگ کے دوران، لیتھیم کے مشترکہ اثرات-آئن انٹرکلیشن/ڈی-انٹرکلیشن اور الیکٹرولائٹ-بائنڈر کی سوجن کی وجہ سے کوٹنگ کے اندر دباؤ جاری ہوتا ہے، جس کی وجہ سے پھیلاؤ میں اضافہ ہوتا ہے۔ مزید برآں، کمپیکشن کثافت انوڈ کوٹنگ کے اندر باطل حجم کا تعین کرتی ہے۔ ایک بڑا باطل حجم مؤثر طریقے سے الیکٹروڈ شیٹ کی توسیع کو ایڈجسٹ کرسکتا ہے۔
اس کے برعکس، اگر صفر کا حجم چھوٹا ہے، تو توسیع کو جذب کرنے کے لیے جگہ ناکافی ہے۔ اس کے نتیجے میں، توسیع کو باہر کی طرف مجبور کیا جاتا ہے، جو انوڈ شیٹ کے مجموعی حجم میں اضافے کے طور پر ظاہر ہوتا ہے۔
(4) دیگر عوامل
انوڈ کی توسیع کو متاثر کرنے والے دیگر عوامل میں بائنڈر کی چپکنے والی طاقت (خاص طور پر بائنڈر، گریفائٹ کے ذرات، کنڈکٹیو کاربن، اور موجودہ کلیکٹر کے درمیان انٹرفیشل آسنجن)، چارج- خارج ہونے والے مادہ کی شرح، الیکٹرولائٹ میں بائنڈر کا سوجن والا سلوک، شکل اور پیکنگ کے نتیجے میں کثافت میں اضافہ، گرافائٹ کے حجم میں اضافہ سائیکلنگ کے دوران.
Acey New Energy لیتھیم-آئن بیٹریوں کے لیے اعلی-آلات کی تحقیق اور تیاری میں مہارت رکھتی ہے۔ ہم لیبارٹری- پیمانے کے لیے ایک-اسٹاپ حل فراہم کر سکتے ہیں۔بیٹری کی پیداوار لائنبیلناکار بیٹری، سکے سیل، پاؤچ سیل کے لیے
II گیس پیدا ہونے کی وجہ سے سوجن
سوجن کی ایک اور بڑی وجہ بیٹری کے اندر گیس کا پیدا ہونا ہے۔
بیٹریاں کمرے یا زیادہ درجہ حرارت پر سائیکل چلانے کے ساتھ ساتھ اعلی-درجہ حرارت ذخیرہ کرنے کے دوران مختلف درجے کی گیس پیدا کرنے اور سوجن کا تجربہ کرتی ہیں۔
ابتدائی چارج-ڈسچارج سائیکل کے دوران، الیکٹروڈ کی سطح پر ایک سالڈ الیکٹرولائٹ انٹرفیس (SEI) فلم بنتی ہے۔ انوڈ پر SEI (ٹھوس الیکٹرولائٹ انٹرفیس) پرت کی تشکیل بنیادی طور پر EC (ایتھیلین کاربونیٹ) کے تخفیف سڑن کے نتیجے میں ہوتی ہے۔ الکائل لیتھیم اور Li2CO3 کی نسل CO اور C2H4 کی نمایاں مقدار کی پیداوار کے ساتھ ہے۔ DMC (Dimethyl Carbonate) اور EMC (Ethyl Methyl Carbonate) جیسے سالوینٹس بھی فلم کی تشکیل میں حصہ ڈالتے ہیں، جس سے RLiCO3 اور ROLi پیدا ہوتے ہیں جیسے کہ CH4، C2H6، C3H8، اور CO۔ پی سی کی کمی سے C3H8 گیس۔ LiFePO4 پاؤچ سیلز کے لیے، ابتدائی 0.1C چارج سائیکل کی تکمیل کے بعد گیس کی سوجن سب سے زیادہ شدید ہوتی ہے۔
یہ واضح ہے کہ SEI کی تشکیل لامحالہ گیس کی کافی مقدار میں پیدا ہونے کے ساتھ ہوتی ہے۔ H2O نجاست کی موجودگی LiPF6 میں P-F بانڈز کو غیر مستحکم کرتی ہے، جس سے HF کی تشکیل ہوتی ہے۔ یہ بیٹری کے نظام کو غیر مستحکم کرتا ہے اور گیس پیدا کرتا ہے۔ ضرورت سے زیادہ H2O Li+ آئنوں کو استعمال کرتا ہے، جس سے LiOH، LiO2، اور H2 پیدا ہوتا ہے، جس کے نتیجے میں گیس کا ارتقا بھی ہوتا ہے۔ گیس کی پیداوار اسٹوریج اور طویل چارج{10}}ڈسچارج سائیکلنگ کے دوران بھی ہوتی ہے۔ سیل شدہ لتیم-آئن بیٹریوں میں، کافی گیس جمع ہونے سے سوجن ہوتی ہے، جس سے بیٹری کی کارکردگی خراب ہوتی ہے اور اس کی سروس لائف کم ہوتی ہے۔ اسٹوریج کے دوران گیس پیدا ہونے کی بنیادی وجوہات درج ذیل ہیں:
(1) بیٹری سسٹم میں موجود H2O HF کی تشکیل کا باعث بنتا ہے، جو SEI پرت کو نقصان پہنچاتا ہے۔ نظام میں آکسیجن (O2) الیکٹرولائٹ کو آکسائڈائز کر سکتی ہے، جس کے نتیجے میں CO2 کی بڑی مقدار پیدا ہوتی ہے۔
(2) اگر ابتدائی ایکٹیویشن (تشکیل) کے دوران بننے والی SEI پرت غیر مستحکم ہے، تو یہ ذخیرہ کرنے کے دوران تنزلی ہو سکتی ہے۔ SEI پرت کی بعد میں مرمت سے گیسیں خارج ہوتی ہیں جو بنیادی طور پر ہائیڈرو کاربن پر مشتمل ہوتی ہیں۔ طویل-ٹرم چارج-ڈسچارج سائیکلنگ کے دوران، کیتھوڈ میٹریل کے کرسٹل لائن ڈھانچے میں تبدیلی اور الیکٹروڈ کی سطح پر غیر-یکساں ممکنہ تقسیم مقامی ہائی پوٹینشلز کا سبب بن سکتی ہے۔ یہ الیکٹروڈ انٹرفیس پر الیکٹرولائٹ کے استحکام کو کم کرتا ہے؛ سطح کی فلم کا مسلسل گاڑھا ہونا انٹرفیشل مزاحمت کو بڑھاتا ہے، اور رد عمل کی صلاحیت کو مزید بڑھاتا ہے۔ یہ الیکٹرولائٹ گلنے اور گیس کی پیداوار کو متحرک کرتا ہے، جبکہ کیتھوڈ مواد خود بھی گیس چھوڑ سکتا ہے۔
بیٹریاں اپنے کیمیائی نظام کے لحاظ سے سوجن کی مختلف ڈگریوں کی نمائش کرتی ہیں۔ گریفائٹ اینوڈس استعمال کرنے والی بیٹریوں میں، گیس پیدا کرنے اور سوجن کی بنیادی وجوہات ہیں-جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے-SEI پرت کی تشکیل، خلیے کے اندر نمی کا زیادہ ہونا، تشکیل کے عمل میں بے ضابطگیاں، اور کمزور سیلنگ۔ اس کے برعکس، Lithium titanate (LTO) anode نظام کے اندر، صنعت عام طور پر Li4Ti5O12 بیٹریوں میں گیس کی پیداوار کو مواد کے نمی جذب کرنے کے موروثی رجحان سے منسوب کرتی ہے، حالانکہ اس مفروضے کی تصدیق کے لیے کوئی حتمی ثبوت موجود نہیں ہے۔
III عمل کی بے ضابطگیوں کی وجہ سے گیس کی پیداوار اور سوجن
1. خراب سگ ماہی:سیلنگ کے نقائص کی وجہ سے سوجن خلیوں کے واقعات میں نمایاں کمی واقع ہوئی ہے۔ نقائص کسی بھی سیلنگ سائیڈ پر ہو سکتے ہیں، جس میں سب سے زیادہ عام مسئلہ کی جگہیں سب سے اوپر سیلنگ اور ڈیگاسنگ سیل ہیں۔ سب سے اوپر سگ ماہی کے مسائل میں عام طور پر ٹیب ایریا شامل ہوتا ہے، جبکہ ڈیگاسنگ کے مسائل میں اکثر ڈیلامینیشن شامل ہوتا ہے۔ خراب سیلنگ ماحول کی نمی کو سیل میں داخل ہونے دیتی ہے، جس سے الیکٹرولائٹ گلنے اور گیس کی پیداوار شروع ہوتی ہے۔
2. تیلی کی سطح کا نقصان:پروڈکشن لائن کے بہاؤ کے دوران، تیلی حادثاتی یا انسانی-متاثرہ نقصان (جیسے پن ہولز) کو برقرار رکھ سکتی ہے، جس سے سیل کے اندرونی حصے میں نمی داخل ہو سکتی ہے۔
3. کونے کا نقصان:تہہ شدہ کونوں پر ایلومینیم کی تہہ کی مخصوص خرابی کی وجہ سے، گیس بیگ کی حرکت کونے کو موڑ سکتی ہے، ایلومینیم کو نقصان پہنچا سکتی ہے (بڑے گیس کے تھیلوں والے بڑے خلیے اس کا زیادہ شکار ہوتے ہیں) اور نمی کی رکاوٹ سے سمجھوتہ کر سکتے ہیں۔ کونوں پر کریپ ٹیپ یا گرم-پگھلا ہوا چپکنے والا لگانے سے اس خطرے کو کم کرنے میں مدد مل سکتی ہے۔ مزید برآں، سب سے اوپر سیل کرنے کے بعد گیس بیگ کے ذریعے سیلز کو سنبھالنا ممنوع ہے۔ آپریشن کے دوران خاص احتیاط کی جانی چاہیے تاکہ عمر بڑھنے کے دوران خلیات کو ڈولنے سے روکا جا سکے۔
4. ضرورت سے زیادہ اندرونی نمی کا مواد:اگر نمی کی سطح حد سے تجاوز کر جائے تو الیکٹرولائٹ کم ہو جاتی ہے، جس کی وجہ سے گیس بننے یا ختم ہونے کے بعد پیدا ہوتی ہے۔ ضرورت سے زیادہ اندرونی نمی کی بنیادی وجوہات میں شامل ہیں: الیکٹرولائٹ میں نمی کا زیادہ ہونا، بیکنگ کے بعد ننگی سیل میں نمی کا زیادہ ہونا، اور خشک کمرے میں ضرورت سے زیادہ نمی۔ اگر سوجن کی وجہ کے طور پر ضرورت سے زیادہ نمی کا شبہ ہے، تو عمل کا پتہ لگانے کی جانچ کی جا سکتی ہے۔
5. تشکیل کے عمل میں تضادات:تشکیل کے غلط طریقہ کار سیل کی سوجن کا باعث بن سکتے ہیں۔
6. غیر مستحکم SEI پرت:چارج-کپیسی ٹیسٹنگ کے ڈسچارج سائیکل. 7. اوور چارج/اوور-ڈسچارج کے دوران ہلکی سوجن ہو سکتی ہے: پروسیسنگ، آلات، یا پروٹیکشن سرکٹ بورڈ (PCB) کی خرابی کی وجہ سے، بیٹری سیل اوور چارج یا ضرورت سے زیادہ ڈسچارج سے گزرتا ہے، جس کے نتیجے میں شدید سوجن (گیس کی پیداوار) ہوتی ہے۔
8. شارٹ سرکٹ:لائیو سیل ٹیبز کے درمیان رابطے کی وجہ سے آپریشنل غلطیاں شارٹ سرکٹ کی صورت میں نکلتی ہیں۔ سیل پھول جاتا ہے، وولٹیج تیزی سے گرتا ہے، اور ٹیبز جل کر سیاہ ہو جاتے ہیں۔
9. اندرونی شارٹ سرکٹ:سیل کے اندر انوڈ اور کیتھوڈ کے درمیان ایک شارٹ سرکٹ تیزی سے خارج ہونے اور گرمی پیدا کرنے کا سبب بنتا ہے، اس کے ساتھ شدید سوجن بھی ہوتی ہے۔ وجوہات میں ڈیزائن کی خامیاں شامل ہیں۔ جداکار سکڑنا، کرلنگ، یا نقصان؛ دو-خلیوں کی غلط ترتیب؛ burrs جداکار پنکچر؛ ضرورت سے زیادہ فکسچر دباؤ؛ یا زیادہ-گرمی سے کمپریشن-سیل کرنے والی مشین۔ مثال کے طور پر، ناکافی چوڑائی کے ساتھ مل کر سیل باڈی کی حرارت سے زیادہ کمپریشن-سیل کرنے والی مشین پہلے اینوڈ-کیتھوڈ کی کمی اور سوجن کا سبب بن چکی ہے۔
10. سنکنرن:سیل کا سنکنرن ایلومینیم کی تہہ کو کھا جاتا ہے، اس کی نمی کی رکاوٹ کے کام کو تباہ کر دیتا ہے اور سوجن کا باعث بنتا ہے۔
11. غیر معمولی ویکیوم ڈیگاسنگ:سسٹم یا آلات کے مسائل کے نتیجے میں ویکیوم کی غلط سطح یا نامکمل ڈیگاسنگ ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، اگر ویکیوم سیلنگ کے دوران ہیٹ ریڈی ایشن زون بہت بڑا ہے، تو ڈیگاسنگ پیئرنگ ٹول پاؤچ کو مؤثر طریقے سے پنکچر کرنے میں ناکام ہو سکتا ہے، جس کے نتیجے میں گیس کا اخراج نامکمل ہوتا ہے۔
چہارم غیر معمولی گیس کی پیداوار کو روکنے کے اقدامات
غیر معمولی گیس کی پیداوار کو دبانے کے لیے مادی ڈیزائن اور مینوفیکچرنگ کے عمل دونوں کو حل کرنے کی ضرورت ہے۔
پہلے،مواد اور الیکٹرولائٹ سسٹمز کو ایک گھنے، مستحکم سالڈ الیکٹرولائٹ انٹرفیس (SEI) فلم کی تشکیل کو یقینی بنانے، کیتھوڈ مواد کے استحکام کو بڑھانے اور غیر معمولی گیس کی پیداوار کو روکنے کے لیے بہتر بنایا جانا چاہیے۔
الیکٹرولائٹ ٹریٹمنٹ کے حوالے سے، SEI فلم کو زیادہ یکساں اور گھنے بنانے کے لیے فلم بنانے والے ایڈیٹیو کی تھوڑی مقدار-کا استعمال کیا جاتا ہے۔ یہ بیٹری کے استعمال کے دوران SEI فلم سے لاتعلقی اور دوبارہ تخلیق کی وجہ سے گیس کی پیداوار کو کم کرتا ہے، اس طرح سوجن کو کم کرتا ہے۔ اس طرح کے طریقوں کو تحقیق میں دستاویز کیا گیا ہے اور عملی طور پر لاگو کیا گیا ہے۔
تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ EC (ethylene carbonate) اور VC (vinylene carbonate) کے ذریعہ بننے والے SEI فلم کے اجزاء لکیری لیتھیم الکائل کاربونیٹ پر مشتمل ہوتے ہیں۔ زیادہ درجہ حرارت پر، لیتھیئڈ کاربن (LiC) سے منسلک لیتھیم الکائل کاربونیٹ غیر مستحکم ہوتے ہیں اور گیسیں (جیسے CO2) پیدا کرنے کے لیے گل جاتے ہیں، جس سے بیٹری سوجن ہوتی ہے۔ PS کی طرف سے بنائی گئی SEI فلم لیتھیم الکائل سلفونیٹ پر مشتمل ہے۔ اگرچہ فلم میں نقائص ہیں، لیکن یہ ایک مخصوص دو- جہتی ساخت کی حامل ہے اور اعلی درجہ حرارت پر بھی LiC سطح پر نسبتاً مستحکم رہتی ہے۔ جب PS اور VC کو ملا کر استعمال کیا جاتا ہے، PS کم وولٹیج پر انوڈ کی سطح پر ایک خراب دو جہتی ڈھانچہ بناتا ہے۔ جیسے جیسے وولٹیج بڑھتا ہے، VC ایک لکیری-سٹرکچرڈ لتیم الکائل کاربونیٹ بناتا ہے جو دو-جہتی ڈھانچے میں موجود نقائص کو بھرتا ہے، جس کے نتیجے میں LiC پر ایک مستحکم، نیٹ ورک-ساخت شدہ SEI فلم بنتی ہے۔ اس قسم کی SEI فلم کا ڈھانچہ نمایاں طور پر استحکام کو بڑھاتا ہے اور فلم کے سڑنے کی وجہ سے گیس کی پیداوار کو مؤثر طریقے سے دباتا ہے۔
مزید برآں،لتیم کوبالٹ آکسائڈ کیتھوڈ مواد اور الیکٹرولائٹ کے درمیان تعاملات سڑنے والی مصنوعات کا باعث بنتے ہیں جو الیکٹرولائٹ سالوینٹس کے ٹوٹنے کو متحرک کرتے ہیں۔ نتیجتاً، کیتھوڈ کے مواد پر سطح کی کوٹنگ لگانے سے نہ صرف ساختی استحکام بہتر ہوتا ہے بلکہ کیتھوڈ اور الیکٹرولائٹ کے درمیان رابطے کو بھی کم کیا جاتا ہے، اس طرح کیتھوڈ کی کیٹلیٹک سڑن کی سرگرمی سے چلنے والی گیس کی پیداوار کو کم کرتا ہے۔ لہذا، کیتھوڈ مواد کے ذرات کی سطح پر ایک مستحکم، برقرار کوٹنگ پرت کی تشکیل موجودہ ترقی کے لیے ایک اہم سمت کی نمائندگی کرتی ہے۔
ہمارے بارے میں
Acey نئی توانائیESS، UAV، E-بائیک، E-سکوٹر، پاور ٹولز، ٹو/تھری وہیلر، وغیرہ میں استعمال ہونے والے لیتھیم بیٹری پیک کے نیم-خودکار/مکمل-خودکار اسمبلی لائنوں کے لیے ایک-ایک اسٹاپ حل فراہم کرنے میں مہارت رکھتا ہے۔ لتیم آئن بیٹری پروڈکشن لائن یا لتیم آئنبیٹری پیک اسمبلی لائن، ہم آپ کو پیشہ ورانہ تکنیکی مدد اور رہنمائی فراہم کر سکتے ہیں، براہ کرم ہم سے بلا جھجھک رابطہ کریں!
