लिथियम-आयन बैटरियों का नकारात्मक/सकारात्मक अनुपात एक प्रमुख डिज़ाइन पैरामीटर है, जो बैटरी क्षमता डिज़ाइन में सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के सापेक्ष नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के क्षमता अनुपात को संदर्भित करता है।
1 परिभाषा एवं गणना विधि
एन/पी अनुपात को आमतौर पर नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता और सकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिसका उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है कि नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री में चार्जिंग के दौरान सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री द्वारा जारी लिथियम आयनों को स्वीकार करने की पर्याप्त क्षमता है। गणना सूत्र है:
एन/पी=नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री ग्राम क्षमता x नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह घनत्व x नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री सामग्री अनुपात ÷ (सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री ग्राम क्षमता x सकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह घनत्व x सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री सामग्री अनुपात)
2 प्रभावित करने वाले कारक
पहला प्रभाव:पहली कूलम्बिक दक्षता को संदर्भित करता है, जो सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड की वास्तविक क्षमता को प्रभावित करती है। सामग्री आपूर्तिकर्ताओं से प्राप्त ग्राम क्षमता डेटा अक्सर सक्रिय पदार्थ की केवल आधी विद्युत ग्राम क्षमता पर विचार करता है, जबकि वास्तविक पूर्ण सेल ग्राम क्षमता प्रवाहकीय एजेंटों, चिपकने वाले, वर्तमान कलेक्टरों, विभाजकों, इलेक्ट्रोलाइट्स आदि जैसे कारकों से भी प्रभावित होती है। इसलिए , वास्तविक पूर्ण सेल ग्राम क्षमता और डिज़ाइन ग्राम क्षमता के बीच अंतर है।
विधानसभा की प्रक्रिया:बेलनाकार और वर्गाकार बैटरियों के बीच एन/पी अनुपात डिज़ाइन में अंतर हैं, मुख्य रूप से सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड प्लेटों के बीच संपर्क की जकड़न के कारण।
रासायनिक रूपांतरण प्रक्रिया:रासायनिक रूपांतरण प्रक्रिया एन/पी अनुपात को भी प्रभावित करती है, क्योंकि यह पहले प्रभाव को प्रभावित करती है और इस प्रकार ग्राम क्षमता के प्रदर्शन को प्रभावित करती है।
चक्र प्रदर्शन:बैटरी के प्रदर्शन को मापने के लिए चक्र जीवन महत्वपूर्ण संकेतकों में से एक है। यदि सकारात्मक इलेक्ट्रोड जल्दी से क्षय हो जाता है, तो एन/पी अनुपात को कम करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए, जिससे सकारात्मक इलेक्ट्रोड उथले चार्ज डिस्चार्ज स्थिति में हो सके; इसके विपरीत, यदि नकारात्मक इलेक्ट्रोड जल्दी से क्षय हो जाता है, तो नकारात्मक इलेक्ट्रोड को उथले चार्ज डिस्चार्ज स्थिति में रखने के लिए एन/पी अनुपात को अधिक डिज़ाइन किया जाना चाहिए।
सुरक्षा:लूप प्रदर्शन की तुलना में सुरक्षा एक अधिक महत्वपूर्ण संकेतक है। एन/पी अनुपात के डिज़ाइन को न केवल तैयार उत्पाद के सुरक्षा प्रदर्शन पर विचार करना चाहिए, बल्कि प्री चार्जिंग के दौरान बैटरी कोशिकाओं में लिथियम जमाव और गर्मी उत्पादन की घटना से भी बचना चाहिए।
3 बैटरी प्रदर्शन पर प्रभाव
एन/पी अनुपात बहुत अधिक है:
अत्यधिक नकारात्मक इलेक्ट्रोड डिस्चार्ज नकारात्मक इलेक्ट्रोड की उथली चार्जिंग और डिस्चार्जिंग और सकारात्मक इलेक्ट्रोड की गहरी चार्जिंग और डिस्चार्जिंग का कारण बन सकता है।
पूरी तरह से चार्ज किए गए नकारात्मक इलेक्ट्रोड में लिथियम जमाव की संभावना कम होती है (कुछ सामग्री जैसे नरम और कठोर कार्बन और एलटीओ सामग्री भी लिथियम जमाव से नहीं गुजरती हैं), जिससे यह सुरक्षित हो जाता है।
लेकिन सकारात्मक इलेक्ट्रोड की ऑक्सीकरण अवस्था में वृद्धि वास्तव में सुरक्षा खतरों को बढ़ाती है।
नकारात्मक इलेक्ट्रोड के अपरिवर्तित प्रारंभिक प्रभाव के कारण, अधिक भाग पर प्रतिक्रिया करने की आवश्यकता होती है, और साथ ही, गतिकी के प्रभाव के कारण, सकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता कम होगी।
सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की ऑक्सीकरण अवस्था में वृद्धि से पन्नी से सकारात्मक इलेक्ट्रोड पाउडर अलग हो सकता है, विभाजक का पीला पड़ना, आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि और उच्च तापमान स्थितियों के तहत चक्रीय विफलता हो सकती है।
एन/पी अनुपात बहुत कम:
अपर्याप्त नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता के कारण चार्जिंग के दौरान सकारात्मक इलेक्ट्रोड से निकलने वाले अतिरिक्त लिथियम आयन नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर अवक्षेपित हो सकते हैं और लिथियम डेंड्राइट का निर्माण कर सकते हैं, जो आसानी से बैटरी में आंतरिक शॉर्ट सर्किट का कारण बन सकता है और इसके सुरक्षा प्रदर्शन को प्रभावित कर सकता है।
जारी की गई अतिरिक्त ली नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर लिथियम लवण के जमाव के लिए एक ली स्रोत प्रदान करती है, और लिथियम लवण के निरंतर जमाव से साइकिल चालन विफलता हो जाती है।
व्यावहारिक अनुप्रयोगों में 4 विचार
ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड बैटरी:एन/पी अनुपात आम तौर पर 1.0 से अधिक होता है, जिसे आमतौर पर 1.04-1.20 के बीच नियंत्रित किया जाता है, मुख्य रूप से नकारात्मक इलेक्ट्रोड से लिथियम जमाव को रोकने के लिए सुरक्षा डिजाइन के लिए। डिजाइन करते समय, प्रक्रिया क्षमता पर विचार किया जाना चाहिए, जैसे कोटिंग विचलन।
लिथियम टाइटेनेट नकारात्मक इलेक्ट्रोड बैटरी:सकारात्मक इलेक्ट्रोड अतिरिक्त डिज़ाइन को अपनाते हुए, बैटरी की क्षमता लिथियम टाइटेनेट नकारात्मक इलेक्ट्रोड की क्षमता से निर्धारित होती है। सकारात्मक इलेक्ट्रोड का अत्यधिक डिज़ाइन बैटरी के उच्च तापमान प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए फायदेमंद है, क्योंकि उच्च तापमान वाली गैस मुख्य रूप से नकारात्मक इलेक्ट्रोड से आती है। जब सकारात्मक इलेक्ट्रोड अत्यधिक डिज़ाइन किया जाता है, तो नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता कम होती है, जिससे लिथियम टाइटेनेट की सतह पर एसईआई फिल्म बनाना आसान हो जाता है।
5 गतिशील परिवर्तनशीलता
एन/पी अनुपात एक गतिशील रूप से बदलता पैरामीटर है। बैटरी के चार्जिंग/डिस्चार्जिंग चक्र के दौरान, सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड की प्रतिवर्ती विशिष्ट क्षमता और/या इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री के नकारात्मक द्रव्यमान भार में परिवर्तन से एन/पी अनुपात में निरंतर बदलाव हो सकता है। इसके अलावा, संपूर्ण बैटरी की प्रारंभिक अपरिवर्तनीय क्षमता, चार्जिंग कट-ऑफ वोल्टेज, वर्तमान घनत्व, परिवेश का तापमान और बैटरी की उम्र बढ़ने जैसे कारक भी एन/पी अनुपात में परिवर्तन को प्रभावित कर सकते हैं।
लिथियम-आयन बैटरियों का एन/पी अनुपात बैटरी डिजाइन में एक महत्वपूर्ण और जटिल पैरामीटर है। संपूर्ण बैटरी के एन/पी अनुपात को डिज़ाइन करने से पहले, बैटरी के प्रदर्शन और सुरक्षा को सुनिश्चित करने के लिए कैथोड और एनोड सामग्रियों की विशेषताओं के साथ-साथ एन/पी अनुपात को प्रभावित करने वाले विभिन्न कारकों को पूरी तरह से समझना आवश्यक है।