মাধ্যমিক ব্যাটারি প্রযুক্তির একটি নতুন প্রজন্ম হিসাবে, লিথিয়াম - আয়ন ব্যাটারি ক্যাডমিয়াম -}}}}- নিকেল ব্যাটারি প্রতিস্থাপনের পরে তাদের শক্তি ঘনত্বের সুবিধার কারণে দ্রুত বিকাশ অর্জন করেছে এবং বিস্তৃত প্রয়োগের সম্ভাবনা দেখিয়েছে। যাইহোক, তাদের চার্জ এবং স্রাব চক্রের দুর্বল স্থিতিশীলতা পারফরম্যান্সের উন্নতি সীমাবদ্ধ করে একটি মূল বাধা হয়ে দাঁড়িয়েছে। এই কাগজটি নিয়মিতভাবে লিথিয়াম -} আয়ন ব্যাটারিগুলিতে ক্ষমতা অবক্ষয়ের প্রক্রিয়াটি অনুসন্ধান করে, ওভারচার্জিং, ইলেক্ট্রোলাইট পচন এবং স্ব -} স্রাবের মতো মূল প্রভাবিতকারী কারণগুলি বিশ্লেষণে মনোনিবেশ করে।
ধনাত্মক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডগুলির ভর অনুপাত ব্যাটারি পারফরম্যান্সের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। যখন ভর অনুপাত খুব ছোট হয়, তখন নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানের সক্রিয় পদার্থগুলি পুরোপুরি ব্যবহার করা যায় না, ফলে সংস্থানগুলির অপচয় হয়; যখন ভর অনুপাত খুব বড় হয়, তখন নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড চার্জিংয়ের সময় অতিরিক্ত চার্জ করার ঝুঁকিপূর্ণ হয়, একটি সুরক্ষার বিপত্তি তৈরি করে। অতএব, কেবলমাত্র যখন ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডগুলির ভর অনুপাতটি সর্বোত্তম মানতে পৌঁছায় তখন ব্যাটারির কার্যকারিতা সর্বাধিক করা যেতে পারে।
একটি আদর্শ লিথিয়াম - আয়ন ব্যাটারি সিস্টেমে, ক্ষমতা ভারসাম্যটি চক্র জুড়ে স্থির থাকে এবং প্রতিটি চক্রের প্রাথমিক ক্ষমতা তুলনামূলকভাবে স্থিতিশীল। তবে প্রকৃত ব্যাটারি অপারেশন তত্ত্বের চেয়ে অনেক জটিল। লিথিয়াম আয়ন বা ইলেক্ট্রনগুলির উত্পাদন এবং ব্যবহার জড়িত যে কোনও পক্ষের প্রতিক্রিয়া মূল ক্ষমতা ভারসাম্য ব্যাহত করবে। এটি লক্ষণীয় যে একবার এই ভারসাম্যপূর্ণ অবস্থাটি ধ্বংস হয়ে গেলে এটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে পুনরুদ্ধার করা যায় না এবং প্রভাবটি চক্রের সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে জমে থাকবে। লিথিয়াম - আয়ন ব্যাটারিগুলির ক্রিয়াকলাপের সময়, সাধারণ লিথিয়াম সন্নিবেশ এবং অপসারণ রেডক্সের মূল প্রতিক্রিয়া ছাড়াও, ইলেক্ট্রোলাইট পচন, সক্রিয় উপাদান দ্রবীভূতকরণ এবং ধাতব লিথিয়াম জমা দেওয়ার মতো অনেকগুলি পার্শ্ব প্রতিক্রিয়াও রয়েছে। এই পার্শ্ব প্রতিক্রিয়াগুলির অবিচ্ছিন্ন ঘটনাটি ক্ষমতা ভারসাম্যের ভারসাম্যহীনতা এবং ব্যাটারির কার্যকারিতা হ্রাসের গুরুত্বপূর্ণ কারণ।
কারণ 1: ওভারচার্জিং
যখন লিথিয়াম - আয়ন ব্যাটারিগুলি অতিরিক্ত চার্জ করা হয়, তখন ধনাত্মক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে পার্শ্ব প্রতিক্রিয়াগুলি সক্ষমতা হ্রাসকে উল্লেখযোগ্যভাবে তীব্র করবে। নির্দিষ্ট প্রকাশগুলি নিম্নরূপ:
1। গ্রাফাইট অ্যানোড এবং লিথিয়াম ধাতু জমার ওভারচার্জিং।
যখন ব্যাটারিটি অতিরিক্ত চার্জ করা হয়, তখন লিথিয়াম আয়নগুলির হ্রাসের হার এম্বেডিং হারকে ছাড়িয়ে যায়, যার ফলে লিথিয়াম ধাতু (এলআইই) অ্যানোডের পৃষ্ঠে জমা হয়। ক্ষমতার উপর প্রভাব অন্তর্ভুক্ত:
সক্রিয় লিথিয়াম ক্ষতি:জমা হওয়া লিথিয়াম এম্বেডিংয়ের সাইক্লিং সিস্টেম ছেড়ে দেয় এবং পুনরায় - এম্বেডিং করে, সরাসরি মোবাইল লিথিয়াম আয়নগুলির মোট পরিমাণ হ্রাস করে;
ইন্টারফেসের পাশের প্রতিক্রিয়া:লিথিয়াম ধাতু ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে প্রতিক্রিয়া জানায় (যেমন সলভেন্ট ডিএমসি, ইলেক্ট্রোলাইট লিপফ ₆) যেমন লিকিও, এলআইএফ ইত্যাদির মতো শক্ত পণ্য গঠনের জন্য, সক্রিয় পদার্থ গ্রহণ এবং ইলেক্ট্রোড ছিদ্রগুলি ব্লকিং করে;
অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ বৃদ্ধি:লিথিয়াম ডেনড্রাইটগুলি নেতিবাচক বৈদ্যুতিন - বিভাজক ইন্টারফেসে বৃদ্ধি পায়, সম্ভবত বিভাজক ছিদ্রগুলিতে প্রবেশ করে, আয়ন সংক্রমণের প্রতিরোধকে বাড়িয়ে তোলে;
ইলেক্ট্রোলাইট সেবন:অ্যাক্টিভ লিথিয়াম ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে প্রতিক্রিয়া অব্যাহত রাখে, ফলস্বরূপ দ্রাবক এবং লিথিয়াম লবণের ঘনত্ব হ্রাস পায়, আয়ন চালনার দক্ষতা হ্রাস করে।
মূল প্রভাবক কারণ:
মেরুকরণের প্রভাব:দ্রুত চার্জিং (উচ্চ বর্তমান ঘনত্ব) অ্যানোডের মেরুকরণকে তীব্র করে তোলে, এমনকি ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডগুলিতে সক্রিয় পদার্থের অনুপাত স্বাভাবিক হলেও এটি লিথিয়াম ডেনড্রাইটগুলির বৃদ্ধিকে ট্রিগার করতে পারে;
অনুপাত ভারসাম্যহীনতা:যখন ইতিবাচক সক্রিয় পদার্থটি অতিরিক্ত হয় (= M⁺/M⁻=অনুকূল মান), তখন নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের উপলব্ধ লিথিয়াম ক্ষমতা অপর্যাপ্ত, এবং ওভারচার্জিংয়ের ঝুঁকি উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়।
2। ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড ওভারচার্জ প্রতিক্রিয়া
যখন নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড সক্রিয় উপাদানের সাথে ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড সক্রিয় উপাদানগুলির অনুপাত খুব কম হয়, তখন ধনাত্মক ইলেক্ট্রোডের অতিরিক্ত চার্জিং হওয়ার সম্ভাবনা থাকে।
ইতিবাচক ইলেক্ট্রোডকে অতিরিক্ত চার্জ করার ফলে সৃষ্ট সক্ষমতা হ্রাস মূলত বৈদ্যুতিন রাসায়নিক জড় পদার্থ (যেমন CO3O4, MN2O3 ইত্যাদি) উত্পন্ন করে ফলাফল, যা ইলেক্ট্রোডগুলির মধ্যে সক্ষমতা ভারসাম্য ব্যাহত করে এবং অপরিবর্তনীয়।
3। ওভারচার্জিংয়ের সময় ইলেক্ট্রোলাইটের জারণ প্রতিক্রিয়া
যখন ভোল্টেজ 4.5V ছাড়িয়ে যায়, তখন ইলেক্ট্রোলাইটটি দ্রবীভূত পদার্থ (যেমন LI2CO3) এবং গ্যাসগুলি অক্সিডাইজ এবং উত্পন্ন করবে। এই অদৃশ্য পদার্থগুলি ইলেক্ট্রোডগুলির মাইক্রোপোরগুলি আটকে দেবে, লিথিয়াম আয়নগুলির স্থানান্তরকে বাধা দেয় এবং সাইক্লিং প্রক্রিয়া চলাকালীন ক্ষমতা হ্রাস করে।
কারণ 2: ইলেক্ট্রোলাইট পচন (হ্রাস)
1। ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠের ইলেক্ট্রোলাইটের অক্সিডেশন পচন
যখন ভোল্টেজটি 4.5V (বনাম লি/লি ⁺) ছাড়িয়ে যায়, তখন ইলেক্ট্রোলাইট ইতিবাচক বৈদ্যুতিনে একটি জারণ প্রতিক্রিয়া সহ্য করতে পারে, যেমন লিকিও এবং এলআইএফের মতো দ্রবণীয় পণ্য তৈরি করে। এই পণ্যগুলি ইলেক্ট্রোড ছিদ্রগুলি আটকে দেবে, লিথিয়াম আয়নগুলির স্থানান্তরকে বাধা দেয় এবং সক্ষমতা অবক্ষয়ের দিকে পরিচালিত করে। তদুপরি, জারণ প্রতিক্রিয়াটি গ্যাসগুলি (যেমন CO₂ এবং o₂) প্রকাশের সাথে থাকে, যার ফলে ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ চাপ বৃদ্ধি হয় এবং সম্ভাব্য সুরক্ষা বিপদ তৈরি হয়।
2। নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে ইলেক্ট্রোলাইটের হ্রাস পচন
গ্রাফাইট এবং অন্যান্য লিথিয়ামের পৃষ্ঠের উপরে - আন্তঃক্ল্যাটিং কার্বন নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডগুলি, ইলেক্ট্রোলাইটের হ্রাস পচন একটি মূল প্রক্রিয়া যা ব্যাটারির কার্যকারিতা প্রভাবিত করে:
- প্রাথমিক ফিল্ম গঠন:
প্রথম চার্জিংয়ের সময়, ইলেক্ট্রোলাইট (যেমন ইসি -} ভিত্তিক দ্রাবক) নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠের উপর হ্রাস করা হয়, একটি সলিড ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেস ঝিল্লি (এসইআই ঝিল্লি) লিওকো, লিওকোলি, এলআইএফ, এলআইএফের মাধ্যমে রোধ করে এবং স্টাওলির মাধ্যমে ইন্টেন্টস ইন্টেকশন রয়েছে) বৈদ্যুতিন কাঠামো;
- অপরিবর্তনীয় ক্ষমতা হ্রাস:
ফিল্ম গঠনের প্রক্রিয়া চলাকালীন, সক্রিয় লিথিয়াম (ইলেক্ট্রোলাইট লিথিয়াম লবণ থেকে বা লিথিয়ামের ইতিবাচক ইলেক্ট্রোডের এক্সফোলিয়েশন থেকে) গ্রাস করা হয়, যার ফলে প্রথম চার্জিং এবং ডিসচার্জ দক্ষতা (কুলম্ব দক্ষতা) 100%এর চেয়ে কম হয়। সাধারণত, গ্রাফাইট নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডগুলির প্রথম কুলম্ব দক্ষতা 90% থেকে 95%;
- সাইক্লিং স্থায়িত্ব:
সাধারণ সাইক্লিংয়ের সময়, এসইআই ঝিল্লি একটি গতিশীল ভারসাম্য বজায় রাখে এবং ইলেক্ট্রোড ভলিউম পরিবর্তনের কারণে (যেমন লিথিয়াম আন্তঃকরণের প্রসারণ) কারণে ঝিল্লিটি ফেটে যায় কেবল তখনই সামান্য মেরামত ঘটে। অতএব, ইলেক্ট্রোলাইট খরচ তুলনামূলকভাবে নিম্ন স্তরে নিয়ন্ত্রণ করা হয়।
3। ইলেক্ট্রোলাইট হ্রাস
এটি সাধারণত কার্বন ইলেক্ট্রোডের পৃষ্ঠের ঝিল্লি গঠনে জড়িত বলে মনে করা হয় এবং ইলেক্ট্রোলাইটের ধরণ এবং ঘনত্ব কার্বন ইলেক্ট্রোডের কার্যকারিতা প্রভাবিত করবে। কিছু ক্ষেত্রে, ইলেক্ট্রোলাইট হ্রাস কার্বন পৃষ্ঠকে স্থিতিশীল করতে এবং প্রয়োজনীয় প্যাসিভেশন স্তর গঠনে সহায়তা করে। এটি সাধারণত বিবেচনা করা হয় যে সমর্থনকারী ইলেক্ট্রোলাইট দ্রাবকের চেয়ে হ্রাসের ঝুঁকিতে বেশি। নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড ডিপোজিশন ফিল্মে মিশ্রিত হ্রাস পণ্যগুলি ব্যাটারির সক্ষমতা ক্ষয়কে প্রভাবিত করবে।
উদাহরণস্বরূপ, লিথিয়াম হেক্সাফ্লুওরোফসফেট, লিথিয়াম পার্ক্লোরেট এবং লিথিয়াম বিস (ট্রাইফ্লোরোমেথেনসালফোনিলিমাইড) এর ইলেক্ট্রোলাইটগুলি সমর্থন করে যা কার্বন ইলেক্ট্রোডের পৃষ্ঠের উপর হ্রাস প্রতিক্রিয়া সহ্য করে। লিফ, ক্লো এবং টিএফএসএ -এর মতো উত্পাদিত পণ্যগুলি ইন্টারফেস ফিল্মে এম্বেড করা হবে। যদি এই পণ্যগুলি একটি ঘন এবং আয়ন - পরিবাহী ফিল্ম স্তর তৈরি করতে পারে তবে এটি বৈদ্যুতিনটির অবিচ্ছিন্ন অনুপ্রবেশকে বাধা দিতে পারে। বিপরীতে, এটি ঝিল্লি কাঠামোর সমস্যা বা জারা দ্বারা - পণ্য দ্বারা ক্ষয়ক্ষতির কারণে ক্ষমতা ক্ষয় হতে পারে। অতএব, ইলেক্ট্রোলাইটের প্রকারগুলি, ঘনত্বের সাথে মিল রেখে এবং হ্রাসের পথকে গাইড করার জন্য কার্যকরী পদার্থ যুক্ত করে ইন্টারফেস ফিল্মের গুণমানটি ক্ষমতা ধরে রাখার হার এবং ইন্টারফেসের স্থিতিশীলতার ভারসাম্য বজায় রাখতে অনুকূলিত করা যেতে পারে।
4 .. অমেধ্য হ্রাস
যখন ইলেক্ট্রোলাইটের পানির পরিমাণ খুব বেশি থাকে, তখন জলের অণুগুলি ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠের উপর হ্রাস প্রতিক্রিয়া সহ্য করে, এলআইওএইচ এবং লিওও ডিপোজিশন স্তরগুলি তৈরি করে। সম্পর্কিত প্রতিক্রিয়াগুলির মধ্যে রয়েছে H₂O OH⁻ এবং H₂ গঠনের জন্য ইলেক্ট্রন অর্জনের অন্তর্ভুক্ত, OH⁻ LI⁺ এর সাথে একত্রিত হয়ে লিও সলিড গঠন করে এবং লিওএইচ আরও লিও এবং এইচ গঠনে প্রতিক্রিয়া দেখায় ₂ এই পণ্যগুলি ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠের উপর একটি উচ্চ - প্রতিরোধের ফিল্ম স্তর গঠন করে, গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডে লিথিয়াম আয়নগুলির সন্নিবেশকে বাধা দেয়, ফলে অপরিবর্তনীয় ক্ষমতা হ্রাস পায়। তবে দ্রাবকটিতে অল্প পরিমাণে জল (100-300 × 10⁻⁶) গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডের কার্য সম্পাদনে কোনও উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে না।
দ্রাবকটিতে CO₂ CO গ্যাস এবং Lieco₃ শক্ত গঠনে নেতিবাচক বৈদ্যুতিনে হ্রাস করা হয়। সিও ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ চাপ বাড়ায়, যখন Lieco₃ ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ায়। দ্রাবকটিতে অক্সিজেনের উপস্থিতি লিওও গঠনে হ্রাস প্রতিক্রিয়াগুলি অতিক্রম করে। ধাতব লিথিয়াম এবং সম্পূর্ণ লিথিয়েটেড কার্বনের মধ্যে ছোট সম্ভাব্য পার্থক্যের কারণে, কার্বন ইলেক্ট্রোডে ইলেক্ট্রোলাইটের হ্রাস আচরণ ধাতব লিথিয়াম পৃষ্ঠের সাথে সমান। অমেধ্য হ্রাস দ্বারা উত্পাদিত বিভিন্ন পণ্যগুলি প্রতিরোধের ছায়াছবি গঠন, গ্যাস তৈরি করা বা ইন্টারফেসের বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন করার মতো পথের মাধ্যমে ব্যাটারির ক্ষমতা এবং চক্রের কার্যকারিতা প্রভাবিত করে।
কারণ 3: স্ব - স্রাব
স্ব - লিথিয়ামের স্রাব - আয়ন ব্যাটারিগুলি সেই ঘটনাটিকে বোঝায় যেখানে ব্যাটারির ক্ষমতা স্বাভাবিকভাবেই সময়মতো হ্রাস পায় যখন এটি ব্যবহার না করে খোলা -} সার্কিট অবস্থায় থাকে। এই প্রক্রিয়া দ্বারা সৃষ্ট ক্ষমতা হ্রাসকে বিপরীতমুখী এবং অপরিবর্তনীয় ধরণের মধ্যে বিভক্ত করা যেতে পারে। পূর্বের চার্জিংয়ের মাধ্যমে পুনরুদ্ধার করা যেতে পারে, যখন পরবর্তীটি পুনরুদ্ধার করা যায় না কারণ এটি ব্যাটারির মধ্যে স্থায়ী রাসায়নিক বিক্রিয়া বা কাঠামোগত ক্ষতির ফলে ফলাফল হয়।
অপরিবর্তনীয় ক্ষমতা হ্রাস মূলত চার্জিংয়ের সময় ধনাত্মক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে মাইক্রো - কোষের প্রতিক্রিয়া থেকে উদ্ভূত হয়।
উদাহরণস্বরূপ, লিথিয়াম - ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইড পজিটিভ ইলেক্ট্রোড কার্বন ব্ল্যাক বা বর্তমান সংগ্রাহকের পৃষ্ঠের দ্রাবক পিসির সাথে প্রতিক্রিয়া দেখায়, রেডক্স প্রতিক্রিয়াগুলির মধ্য দিয়ে এবং দ্রাবক অণুগুলি ফ্রি র্যাডিক্যালগুলি তৈরি করতে জারণ করা হয়। একই সময়ে, লিথিয়াম আয়নগুলি ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড উপাদান থেকে সজ্জিত হয় এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের সক্রিয় উপাদানগুলি লিপফ এবং অন্যান্য ইলেক্ট্রোলাইটযুক্ত ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে প্রতিক্রিয়া দেখায়, পিএফ ₆⁻ পচন এবং লিথিয়াম এম্বেড করা এবং কার্বনকে ডেসারবড এবং অক্সিডাইজ করা হচ্ছে। এই প্রক্রিয়াগুলি সক্রিয় উপকরণগুলি গ্রাস করে এবং ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডগুলির মধ্যে সক্ষমতা ভারসাম্য ব্যাহত করে, চার্জিংয়ের সময় পুনরুদ্ধার থেকে সক্ষমতা রোধ করে।
স্ব - স্রাবের হার অনেক কারণ দ্বারা প্রভাবিত হয়। ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড উপাদানগুলির উত্পাদন প্রক্রিয়াতে, আরও পৃষ্ঠের ত্রুটি এবং বৃহত্তর নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রযুক্ত কণাগুলি স্ব -স্ব -{2}} দ্রুত স্রাব করবে। ব্যাটারি উত্পাদন প্রক্রিয়াটির যথার্থতা ইন্টারফেসের যোগাযোগ এবং অপরিষ্কার মিশ্রণকে প্রভাবিত করে। ইলেক্ট্রোলাইটে দ্রাবকের জারণ স্থায়িত্ব একটি শীর্ষস্থানীয় ভূমিকা পালন করে। উদাহরণস্বরূপ, পিসি সহজেই অক্সিডাইজড হয় যখন ইসির স্থিতিশীল ফিল্ম গঠনের থাকে। লিথিয়াম লবণের ধরণটি পাশের প্রতিক্রিয়া পথকে প্রভাবিত করে। তাপমাত্রা বৃদ্ধি স্ব স্ব - স্রাব গতিবিদ্যাগুলিকে উল্লেখযোগ্যভাবে ত্বরান্বিত করবে। ঘরের তাপমাত্রায় স্ব - স্রাবের হার সাধারণত প্রতি মাসে 2% ~ 5% হয়, তবে এটি উচ্চ তাপমাত্রায় প্রতি মাসে 10% এরও বেশি বাড়তে পারে। সময় জমাগুলি উপজাতগুলির জমা দেওয়ার ক্ষেত্রে আরও বাড়িয়ে তুলবে। যদিও ডায়াফ্রাম ফুটো কারেন্টটি স্ব -16}}} স্রাবের কারণ হতে পারে, তবে এর হার অত্যন্ত কম এবং তাপমাত্রার সাথে কিছুই করার নেই, তাই এটি মূল প্রক্রিয়া নয়।
