I. प्रस्तावना
लिथियम बैटरी, एक महत्वपूर्ण ऊर्जा भंडारण उपकरण के रूप में, आधुनिक समाज में व्यापक रूप से लागू की गई है, जैसे कि इलेक्ट्रिक वाहनों और पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में। हालांकि, लिथियम बैटरी उपयोग के दौरान शॉर्ट सर्किट का अनुभव कर सकती है, जो न केवल बैटरी के प्रदर्शन को प्रभावित करती है, बल्कि गंभीर सुरक्षा मुद्दों जैसे कि आग और विस्फोटों को भी ट्रिगर कर सकती है। आंतरिक प्रतिरोध लिथियम बैटरी प्रदर्शन को मापने के लिए प्रमुख संकेतकों में से एक है। आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि से बैटरी डिस्चार्ज क्षमता में कमी, क्षमता में कमी और एक छोटा सेवा जीवन में कमी आती है। इसलिए, शॉर्ट सर्किट के दौरान लिथियम बैटरी में आंतरिक प्रतिरोध वृद्धि के कारणों का अध्ययन करने से महत्वपूर्ण सैद्धांतिक और व्यावहारिक महत्व है।
Ii। लिथियम बैटरी आंतरिक प्रतिरोध की संरचना
एक लिथियम बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध में मुख्य रूप से ओमिक प्रतिरोध और ध्रुवीकरण प्रतिरोध होता है। ओमिक प्रतिरोध में इलेक्ट्रोड का प्रतिरोध स्वयं, इलेक्ट्रोलाइट समाधान का प्रतिरोध, विभाजक के माइक्रोप्रोर्स से गुजरने वाले आयनों द्वारा सामना किया गया प्रतिरोध, और सकारात्मक\/नकारात्मक इलेक्ट्रोड और विभाजक के बीच संपर्क प्रतिरोध शामिल है। ध्रुवीकरण प्रतिरोध बैटरी चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान इलेक्ट्रोड ध्रुवीकरण के कारण गठित प्रवाहकीय प्रतिरोध है, जिसमें विद्युत रासायनिक ध्रुवीकरण और एकाग्रता ध्रुवीकरण शामिल है। विद्युत रासायनिक ध्रुवीकरण इलेक्ट्रोड प्रतिक्रियाओं की सुस्ती के कारण होता है, जबकि एकाग्रता ध्रुवीकरण इलेक्ट्रोड सतह के पास आयन एकाग्रता में परिवर्तन के कारण होता है।
Iii। शॉर्ट सर्किट के दौरान लिथियम बैटरी में आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि के कारणों का विश्लेषण
(I) सामग्री-स्तरीय मूल कारण
1. सकारात्मक और नकारात्मक सक्रिय सामग्रियों का निर्माण
Positive electrode materials (such as NCM, LFP) may experience a decrease in electronic conductivity due to the dissolution of transition metals or structural collapse. For example, during the long-term cycling of a battery, transition metal ions in the positive electrode material may dissolve into the electrolyte, leading to structural changes in the positive electrode material and a reduction in its electronic conductivity. Negative electrode graphite may increase lithium ion migration resistance due to the growth of lithium dendrites or an excessively thick SEI film (>100 एनएम)। लिथियम डेंड्राइट्स की वृद्धि विभाजक को पंचर कर सकती है, जिससे बैटरी शॉर्ट सर्किट हो सकता है, जबकि एक अत्यधिक मोटी एसईआई फिल्म लिथियम आयन माइग्रेशन में बाधा डाल सकती है और बैटरी आंतरिक प्रतिरोध को बढ़ा सकती है।
2. Electrolyte उम्र बढ़ने और इंटरफ़ेस मुद्दे
इलेक्ट्रोलाइट अपघटन उत्पाद (जैसे कि LIF, Li₂co₃) इलेक्ट्रोड सतह पर जमा होते हैं, एक उच्च-प्रतिबाधा इंटरफ़ेस परत बनाते हैं। उच्च तापमान या ओवरचार्ज स्थितियों के तहत, इलेक्ट्रोलाइट चिपचिपाहट बढ़ जाती है, और लिथियम आयन परिवहन दक्षता कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, जब एक बैटरी उच्च तापमान वाले वातावरण में होती है, तो इलेक्ट्रोलाइट की चिपचिपाहट बढ़ जाती है, और लिथियम आयनों की प्रवासन दर धीमी हो जाती है, जिससे बैटरी आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि होती है।
3. कलेक्टर कलेक्टर और टैब गिरावट
एल्यूमीनियम\/कॉपर पन्नी के ऑक्सीकरण या संक्षारण से संपर्क प्रतिरोध में वृद्धि होती है (उच्च-ह्यूमिडिटी वातावरण में आम)। टैब वेल्डिंग बिंदुओं या भौतिक थकान (जैसे कंपन की स्थिति के तहत) की वर्चुअल वेल्डिंग स्थानीय प्रतिरोध को गुणा करने का कारण बनती है। बैटरी के उपयोग के दौरान, वर्तमान कलेक्टर और टैब पर्यावरणीय कारकों के कारण ऑक्सीकरण या जंग से गुजर सकते हैं, जिससे संपर्क प्रतिरोध में वृद्धि हो सकती है। इसी समय, टैब वेल्डिंग बिंदुओं या भौतिक थकान की वर्चुअल वेल्डिंग भी स्थानीय प्रतिरोध को बढ़ा सकती है।
(Ii) प्रक्रिया दोषों का सुपरपोजिशन प्रभाव
1. इलेक्ट्रोड शीट की कोटिंग कोटिंग
क्षेत्रीय घनत्व (± 5% या अधिक) में उतार -चढ़ाव असमान वर्तमान वितरण और स्थानीय ध्रुवीकरण प्रतिरोध में उल्लेखनीय वृद्धि का कारण बनता है। यदि इलेक्ट्रोड शीट की कोटिंग असमान है, तो इसके परिणामस्वरूप बैटरी के अंदर असमान वर्तमान वितरण होगा, कुछ क्षेत्रों में अत्यधिक वर्तमान घनत्व होगा, जिससे स्थानीय ध्रुवीकरण प्रतिरोध में वृद्धि होगी।
2.स्टैकिंग\/वाइंडिंग प्रक्रियाओं में त्रुटियां
इलेक्ट्रोड शीट के मिसलिग्न्मेंट से माइक्रो-शॉर्ट सर्किट और अतिरिक्त प्रतिबाधा के जोखिम को बढ़ाते हुए, बढ़त बूर संपर्क की ओर जाता है। बैटरी निर्माण के दौरान, यदि स्टैकिंग या वाइंडिंग प्रक्रिया में त्रुटियां हैं, तो यह इलेक्ट्रोड शीट के मिसलिग्न्मेंट का कारण बन सकता है, जिससे बढ़त बूर संपर्क हो सकती है, जिससे माइक्रो-शॉर्ट सर्किट और अतिरिक्त प्रतिबाधा का खतरा बढ़ जाता है।
3.अपर्याप्त इलेक्ट्रोलाइट इंजेक्शन और गीला करना
इलेक्ट्रोलाइट पूरी तरह से विभाजक छिद्रों (गीले डिग्री <90%) को घुसना नहीं करता है, आयन चैनलों को अवरुद्ध करता है। यदि इलेक्ट्रोलाइट पूरी तरह से विभाजक छिद्रों में प्रवेश नहीं करता है, तो यह आयन चैनलों को अवरुद्ध करेगा, लिथियम आयनों के माइग्रेशन दर को धीमा कर देगा, और बैटरी आंतरिक प्रतिरोध को बढ़ाएगा।
(Iii) उपयोग पर्यावरण और परिचालन स्थितियों का प्रभाव
1.कम तापमान वातावरण
इलेक्ट्रोलाइट की आयनिक चालकता 50%से अधिक कम हो जाती है, और दोनों ओमिक प्रतिरोध और ध्रुवीकरण प्रतिरोध में वृद्धि होती है। एक कम तापमान वाले वातावरण में, इलेक्ट्रोलाइट की आयनिक चालकता काफी कम हो जाती है, जिससे बैटरी ओमिक प्रतिरोध और ध्रुवीकरण प्रतिरोध में वृद्धि होती है।
2.उच्च दर चार्जिंग और निर्वहन
एकाग्रता ध्रुवीकरण तेज हो जाता है, वोल्टेज प्लेटफ़ॉर्म ढह जाता है, और प्रभावी आंतरिक प्रतिरोध 20% - 40% तक बढ़ जाता है। जब एक बैटरी उच्च दर वाले चार्जिंग और डिस्चार्जिंग से गुजरती है, तो इलेक्ट्रोड की सतह के पास आयन एकाग्रता तेजी से बदल जाती है, जिससे तीव्र एकाग्रता ध्रुवीकरण और बैटरी प्रभावी आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि होती है।
3.लंबे समय तक साइकिल चलाना
सक्रिय लिथियम हानि और इलेक्ट्रोड पोरसिटी में कमी जैसे संचयी प्रभाव 5%से अधिक एक वार्षिक आंतरिक प्रतिरोध विकास दर का नेतृत्व करते हैं। एक बैटरी के लंबे समय तक साइकिल चलाने के दौरान, सक्रिय लिथियम धीरे-धीरे कम हो जाता है, और इलेक्ट्रोड पोरसिटी भी कम हो जाती है। ये संचयी प्रभाव एक वार्षिक आंतरिक प्रतिरोध वृद्धि दर 5%से अधिक हो जाता है।
(Iv) शॉर्ट सर्किट के कारण स्थानीय ओवरहीटिंग और संरचनात्मक क्षति
1. लॉकल ओवरहीटिंग
शॉर्ट सर्किट के दौरान उत्पन्न बड़ी धारा से बैटरी के अंदर स्थानीय तापमान में तेज वृद्धि होती है। उच्च तापमान बैटरी आंतरिक सामग्रियों के क्षरण में तेजी लाता है, जैसे कि इलेक्ट्रोलाइट अपघटन और इलेक्ट्रोड सामग्री संरचना में परिवर्तन, आंतरिक प्रतिरोध को और अधिक बढ़ाता है। उदाहरण के लिए, जब एक बैटरी शॉर्ट सर्किट का अनुभव करती है, तो शॉर्ट सर्किट स्थान बड़ी मात्रा में गर्मी उत्पन्न करता है, जिससे स्थानीय तापमान में वृद्धि होती है और इलेक्ट्रोलाइट अपघटन होता है, जिससे एक उच्च-प्रतिबाधा इंटरफ़ेस परत बनती है और बैटरी आंतरिक प्रतिरोध बढ़ जाती है।
2. स्ट्रक्चरल डैमेज
एक शॉर्ट सर्किट के दौरान उत्पन्न विशाल वर्तमान और गर्मी से बैटरी के अंदर संरचनात्मक क्षति हो सकती है, जैसे कि विभाजक पिघलने और इलेक्ट्रोड सामग्री विरूपण। ये संरचनात्मक नुकसान सीधे बैटरी के आयन और इलेक्ट्रॉन परिवहन चैनलों को प्रभावित करते हैं, जिससे आंतरिक प्रतिरोध में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है। उदाहरण के लिए, एक शॉर्ट सर्किट के दौरान उत्पन्न उच्च तापमान विभाजक को पिघला सकता है, जिससे सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच सीधा संपर्क होता है, जिससे एक बड़ा शॉर्ट सर्किट करंट बन जाता है, और इलेक्ट्रोड सामग्री की संरचना को भी नुकसान पहुंचाता है, जिससे बैटरी आंतरिक प्रतिरोध बढ़ जाती है।
Iv। निष्कर्ष
शॉर्ट सर्किट के दौरान लिथियम बैटरी में आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि के कारण बहुमुखी होते हैं, जिसमें सामग्री-स्तरीय मूल कारण, प्रक्रिया दोषों का सुपरपोज़िशन प्रभाव, उपयोग के वातावरण और परिचालन की स्थिति का प्रभाव और शॉर्ट सर्किट के कारण स्थानीय ओवरहीटिंग और संरचनात्मक क्षति शामिल हैं। ये कारक एक -दूसरे के साथ बातचीत करते हैं, सामूहिक रूप से लघु सर्किट के दौरान लिथियम बैटरी में आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि के लिए अग्रणी। इन कारणों को समझना लिथियम बैटरी के डिजाइन, विनिर्माण, उपयोग और रखरखाव के लिए बहुत महत्व है। बैटरी डिजाइन चरण में, उपयुक्त सामग्री का चयन किया जाना चाहिए और बैटरी आंतरिक प्रतिरोध को कम करने के लिए अनुकूलित मापदंडों को प्रक्रिया करें। बैटरी के उपयोग के दौरान, बैटरी को कठोर उपयोग के वातावरण से दूर रखा जाना चाहिए, जैसे कि उच्च तापमान, कम तापमान और उच्च आर्द्रता, और बैटरी की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग दर को बैटरी सेवा जीवन का विस्तार करने और बैटरी सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए यथोचित नियंत्रित किया जाना चाहिए। उसी समय, बैटरी के लिए जो पहले से ही शॉर्ट सर्किट का अनुभव कर चुके हैं, अधिक गंभीर सुरक्षा मुद्दों को ट्रिगर करने से बचने के लिए समय पर उपचार किया जाना चाहिए। भविष्य के अनुसंधान को शॉर्ट सर्किट के दौरान लिथियम बैटरी में आंतरिक प्रतिरोध वृद्धि के तंत्र में और अधिक स्पष्ट करना चाहिए और लिथियम बैटरी प्रदर्शन और सुरक्षा में सुधार के लिए अधिक प्रभावी बैटरी प्रबंधन और सुरक्षा प्रौद्योगिकियों को विकसित करना चाहिए।