സ്ഥിതിവിവരക്കണക്കുകൾ പ്രകാരം, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ ആഗോള ആവശ്യം 1.3 ബില്യണിലെത്തി, ആപ്ലിക്കേഷൻ ഏരിയകളുടെ തുടർച്ചയായ വിപുലീകരണത്തോടെ, ഈ കണക്ക് വർഷം തോറും വർദ്ധിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. ഇക്കാരണത്താൽ, വിവിധ വ്യവസായങ്ങളിൽ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ ഉപയോഗം അതിവേഗം കുതിച്ചുയരുന്നതോടെ, ബാറ്ററിയുടെ സുരക്ഷാ പ്രകടനം കൂടുതൽ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്നു, ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികളുടെ മികച്ച ചാർജിംഗും ഡിസ്ചാർജ് പ്രകടനവും മാത്രമല്ല, ഉയർന്ന നിലവാരവും ആവശ്യമാണ്. സുരക്ഷാ പ്രകടനത്തിൻ്റെ. ആ ലിഥിയം ബാറ്ററികൾ എന്തിനാണ് തീയും സ്ഫോടനവും പോലും, എന്ത് നടപടികൾ ഒഴിവാക്കാനും ഇല്ലാതാക്കാനും കഴിയും?
ഒന്നാമതായി, ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ മെറ്റീരിയൽ ഘടന മനസ്സിലാക്കാം. ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ പ്രവർത്തനം പ്രധാനമായും ഉപയോഗിക്കുന്ന ബാറ്ററികളുടെ ആന്തരിക വസ്തുക്കളുടെ ഘടനയെയും പ്രകടനത്തെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ ആന്തരിക ബാറ്ററി മെറ്റീരിയലുകളിൽ നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് മെറ്റീരിയൽ, ഇലക്ട്രോലൈറ്റ്, ഡയഫ്രം, പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് മെറ്റീരിയൽ എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. അവയിൽ, പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ തിരഞ്ഞെടുപ്പും ഗുണനിലവാരവും ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികളുടെ പ്രകടനവും വിലയും നേരിട്ട് നിർണ്ണയിക്കുന്നു. അതിനാൽ, വിലകുറഞ്ഞതും ഉയർന്ന പ്രകടനശേഷിയുള്ളതുമായ പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഗവേഷണം ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററി വ്യവസായത്തിൻ്റെ വികസനത്തിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു.
നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് മെറ്റീരിയൽ സാധാരണയായി കാർബൺ മെറ്റീരിയലായി തിരഞ്ഞെടുക്കപ്പെടുന്നു, നിലവിൽ വികസനം താരതമ്യേന പക്വതയുള്ളതാണ്. കാഥോഡ് സാമഗ്രികളുടെ വികസനം ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററിയുടെ കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തലുകളും വില കുറയ്ക്കലും പരിമിതപ്പെടുത്തുന്ന ഒരു പ്രധാന ഘടകമായി മാറിയിരിക്കുന്നു. ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ നിലവിലെ വാണിജ്യ ഉൽപ്പാദനത്തിൽ, കാഥോഡ് മെറ്റീരിയലിൻ്റെ വില മൊത്തം ബാറ്ററി ചെലവിൻ്റെ 40% വരും, കാഥോഡ് മെറ്റീരിയലിൻ്റെ വില കുറയുന്നത് ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ വില കുറയ്ക്കുന്നത് നേരിട്ട് നിർണ്ണയിക്കുന്നു. ലിഥിയം അയൺ പവർ ബാറ്ററികൾക്ക് ഇത് പ്രത്യേകിച്ചും സത്യമാണ്. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു സെൽ ഫോണിനുള്ള ഒരു ചെറിയ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററിക്ക് ഏകദേശം 5 ഗ്രാം കാഥോഡ് മെറ്റീരിയൽ മാത്രമേ ആവശ്യമുള്ളൂ, അതേസമയം ഒരു ബസ് ഓടിക്കാൻ ലിഥിയം അയൺ പവർ ബാറ്ററിക്ക് 500 കിലോ കാഥോഡ് മെറ്റീരിയൽ ആവശ്യമായി വന്നേക്കാം.
ലി-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡായി ഉപയോഗിക്കാവുന്ന നിരവധി തരം മെറ്റീരിയലുകൾ സൈദ്ധാന്തികമായി ഉണ്ടെങ്കിലും, സാധാരണ പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് മെറ്റീരിയലിൻ്റെ പ്രധാന ഘടകം LiCoO2 ആണ്. ചാർജുചെയ്യുമ്പോൾ, ബാറ്ററിയുടെ രണ്ട് ധ്രുവങ്ങളിൽ ചേർക്കുന്ന വൈദ്യുത പൊട്ടൻഷ്യൽ പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിൻ്റെ സംയുക്തത്തെ ലിഥിയം അയോണുകൾ പുറത്തുവിടാൻ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു, അവ നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിൻ്റെ കാർബണിൽ ലാമെല്ലാർ ഘടനയിൽ ഉൾച്ചേർക്കുന്നു. ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, ലിഥിയം അയോണുകൾ കാർബണിൻ്റെ ലാമെല്ലാർ ഘടനയിൽ നിന്ന് പുറത്തേക്ക് ഒഴുകുകയും പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിലെ സംയുക്തവുമായി വീണ്ടും സംയോജിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ലിഥിയം അയോണുകളുടെ ചലനം ഒരു വൈദ്യുത പ്രവാഹം സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ലിഥിയം ബാറ്ററികൾ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു എന്നതിൻ്റെ തത്വമാണിത്.
തത്വം ലളിതമാണെങ്കിലും, യഥാർത്ഥ വ്യാവസായിക ഉൽപ്പാദനത്തിൽ, പരിഗണിക്കേണ്ട കൂടുതൽ പ്രായോഗിക പ്രശ്നങ്ങൾ ഉണ്ട്: പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിൻ്റെ മെറ്റീരിയലിന് ഒന്നിലധികം ചാർജിംഗിൻ്റെയും ഡിസ്ചാർജിംഗിൻ്റെയും പ്രവർത്തനം നിലനിർത്താൻ അഡിറ്റീവുകൾ ആവശ്യമാണ്, കൂടാതെ നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിൻ്റെ മെറ്റീരിയൽ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട് കൂടുതൽ ലിഥിയം അയോണുകളെ ഉൾക്കൊള്ളാൻ തന്മാത്രാ ഘടന നില; പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡുകൾക്കിടയിൽ നിറച്ച ഇലക്ട്രോലൈറ്റിന്, സ്ഥിരത നിലനിർത്തുന്നതിനു പുറമേ, നല്ല വൈദ്യുതചാലകത ഉണ്ടായിരിക്കുകയും ബാറ്ററിയുടെ ആന്തരിക പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കുകയും വേണം.
ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററിക്ക് മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ച എല്ലാ ഗുണങ്ങളും ഉണ്ടെങ്കിലും, പ്രൊട്ടക്ഷൻ സർക്യൂട്ടിനുള്ള അതിൻ്റെ ആവശ്യകതകൾ താരതമ്യേന ഉയർന്നതാണെങ്കിലും, ഈ പ്രക്രിയയുടെ ഉപയോഗത്തിൽ അമിത ചാർജ്ജിംഗ്, ഓവർ-ഡിസ്ചാർജ് പ്രതിഭാസം എന്നിവ ഒഴിവാക്കാൻ കർശനമായിരിക്കണം, ഡിസ്ചാർജ് കറൻ്റ് പാടില്ല. വളരെ വലുതായിരിക്കും, പൊതുവേ, ഡിസ്ചാർജ് നിരക്ക് 0.2 സിയിൽ കൂടുതലാകരുത്. ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ ചാർജിംഗ് പ്രക്രിയ ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഒരു ചാർജിംഗ് സൈക്കിളിൽ, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ ബാറ്ററിയുടെ വോൾട്ടേജും താപനിലയും കണ്ടെത്തേണ്ടതുണ്ട്, ചാർജിംഗ് ആരംഭിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് അത് ചാർജ് ചെയ്യാൻ കഴിയുമോ എന്ന് നിർണ്ണയിക്കും. ബാറ്ററി വോൾട്ടേജോ താപനിലയോ നിർമ്മാതാവ് അനുവദിക്കുന്ന പരിധിക്ക് പുറത്താണെങ്കിൽ, ചാർജ് ചെയ്യുന്നത് നിരോധിച്ചിരിക്കുന്നു. അനുവദനീയമായ ചാർജിംഗ് വോൾട്ടേജ് ശ്രേണി: ഓരോ ബാറ്ററിക്കും 2.5V~4.2V.
ബാറ്ററി ഡീപ് ഡിസ്‌ചാർജിലാണെങ്കിൽ, ചാർജറിന് ഒരു പ്രീ-ചാർജ് പ്രോസസ് ആവശ്യമാണ്, അങ്ങനെ ബാറ്ററി അതിവേഗ ചാർജിംഗിനുള്ള വ്യവസ്ഥകൾ പാലിക്കുന്നു; തുടർന്ന്, ബാറ്ററി നിർമ്മാതാവ് ശുപാർശ ചെയ്യുന്ന ഫാസ്റ്റ് ചാർജിംഗ് നിരക്ക് അനുസരിച്ച്, സാധാരണയായി 1C, ചാർജർ സ്ഥിരമായ കറൻ്റ് ഉപയോഗിച്ച് ബാറ്ററി ചാർജ് ചെയ്യുകയും ബാറ്ററി വോൾട്ടേജ് സാവധാനത്തിൽ ഉയരുകയും ചെയ്യുന്നു; ബാറ്ററി വോൾട്ടേജ് സെറ്റ് ടെർമിനേഷൻ വോൾട്ടേജിൽ (സാധാരണയായി 4.1V അല്ലെങ്കിൽ 4.2V) എത്തിയാൽ, സ്ഥിരമായ കറൻ്റ് ചാർജിംഗ് അവസാനിപ്പിക്കുകയും ചാർജിംഗ് കറൻ്റ് ബാറ്ററി വോൾട്ടേജ് സെറ്റ് ടെർമിനേഷൻ വോൾട്ടേജിൽ (സാധാരണയായി 4.1V അല്ലെങ്കിൽ 4.2V) എത്തുമ്പോൾ, സ്ഥിരമായ നിലവിലെ ചാർജിംഗ് അവസാനിക്കുന്നു, ചാർജിംഗ് കറൻ്റ് അതിവേഗം ക്ഷയിക്കുകയും ചാർജിംഗ് പൂർണ്ണ ചാർജിംഗ് പ്രക്രിയയിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു; പൂർണ്ണ ചാർജ്ജിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ, ചാർജിംഗ് നിരക്ക് C/10-ൽ താഴെയായി കുറയുന്നത് വരെ ചാർജിംഗ് കറൻ്റ് ക്രമേണ ക്ഷയിക്കുന്നു അല്ലെങ്കിൽ പൂർണ്ണ ചാർജിംഗ് സമയം കവിയുന്നു, തുടർന്ന് അത് ടോപ്പ് കട്ട്-ഓഫ് ചാർജിംഗായി മാറുന്നു; ടോപ്പ് കട്ട്-ഓഫ് ചാർജിംഗ് സമയത്ത്, ചാർജർ വളരെ ചെറിയ ചാർജിംഗ് കറൻ്റ് ഉപയോഗിച്ച് ബാറ്ററി നിറയ്ക്കുന്നു. ടോപ്പ് കട്ട്ഓഫ് ചാർജ്ജിംഗ് കാലയളവിന് ശേഷം, ചാർജ് ഓഫാക്കി.
പോസ്റ്റ് സമയം: നവംബർ-15-2022