करंट कलेक्टर लिथियम-आयन बैटरी में अपरिहार्य घटकों में से एक है। यह न केवल सक्रिय सामग्री को ले जा सकता है, बल्कि इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री द्वारा उत्पन्न करंट को एकत्रित और आउटपुट भी कर सकता है, जो लिथियम-आयन बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध को कम करने, कूलम्बिक दक्षता, चक्र स्थिरता और दर प्रदर्शन में सुधार करने के लिए अनुकूल है। बैटरी।
लिथियम आयन बैटरी वर्तमान कलेक्टर
सिद्धांत रूप में, एक आदर्श लिथियम-आयन बैटरी वर्तमान कलेक्टर को निम्नलिखित शर्तों को पूरा करना चाहिए: (1) उच्च चालकता; (2) अच्छा रासायनिक और विद्युत रासायनिक स्थिरता; (3) उच्च यांत्रिक शक्ति; (4) इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रियों के साथ अच्छी अनुकूलता और बंधन शक्ति; (5) सस्ता और प्राप्त करने में आसान; (6) हल्का वजन।
हालाँकि, व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, विभिन्न वर्तमान संग्राहक सामग्रियों में अभी भी विभिन्न समस्याएं हैं, इसलिए वे ऊपर उल्लिखित बहु-स्तरीय आवश्यकताओं को पूरी तरह से पूरा नहीं कर सकते हैं। कॉपर उच्च क्षमता पर ऑक्सीकरण के लिए प्रवण होता है और नकारात्मक इलेक्ट्रोड वर्तमान कलेक्टर के रूप में उपयोग के लिए उपयुक्त है; एल्युमीनियम, एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड वर्तमान कलेक्टर के रूप में, अधिक गंभीर संक्षारण समस्या है और एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड वर्तमान कलेक्टर के रूप में उपयोग के लिए उपयुक्त है। वर्तमान में, जिन सामग्रियों का उपयोग लिथियम-आयन बैटरियों के लिए वर्तमान संग्राहकों के रूप में किया जा सकता है, उनमें तांबा, एल्यूमीनियम, निकल और स्टेनलेस स्टील जैसी धातु कंडक्टर सामग्री, कार्बन जैसी अर्धचालक सामग्री और मिश्रित सामग्री शामिल हैं।
1.1 कॉपर करंट कलेक्टर
तांबा एक उत्कृष्ट धातु चालक है जिसकी चालकता चांदी के बाद दूसरे स्थान पर है, और इसमें प्रचुर संसाधन, कम लागत और आसान उपलब्धता और अच्छी लचीलापन जैसे कई फायदे हैं। हालाँकि, यह देखते हुए कि तांबे में उच्च क्षमता पर ऑक्सीकरण होने का खतरा होता है, इसे अक्सर ग्रेफाइट, सिलिकॉन, टिन और कोबाल्ट टिन मिश्र धातुओं जैसे नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रियों के लिए एक वर्तमान कलेक्टर के रूप में उपयोग किया जाता है। सामान्य तांबा संग्राहकों में कॉपर फ़ॉइल, फोम कॉपर, कॉपर जाल और त्रि-आयामी नैनो कॉपर सरणी कलेक्टर शामिल हैं।
1.1.1 कॉपर फ़ॉइल करंट कलेक्टर
कॉपर फ़ॉइल की उत्पादन प्रक्रिया के अनुसार, इसे रोल्ड कॉपर फ़ॉइल और इलेक्ट्रोलाइटिक कॉपर फ़ॉइल में विभाजित किया जा सकता है। इलेक्ट्रोलाइटिक कॉपर फ़ॉइल की तुलना में, रोल्ड कॉपर फ़ॉइल में उच्च चालकता और बेहतर विस्तार प्रभाव होता है। वक्रता के लिए कम आवश्यकताओं वाली लिथियम आयन बैटरियां नकारात्मक इलेक्ट्रोड वर्तमान कलेक्टर के रूप में इलेक्ट्रोलाइटिक कॉपर फ़ॉइल का चयन कर सकती हैं। अनुसंधान से पता चला है कि तांबे की पन्नी की सतह की खुरदरापन बढ़ाना वर्तमान कलेक्टर और सक्रिय सामग्री के बीच संबंध शक्ति में सुधार करने, सक्रिय सामग्री और वर्तमान कलेक्टर के बीच संपर्क प्रतिरोध को कम करने और तदनुसार दर निर्वहन प्रदर्शन और चक्र में सुधार करने के लिए फायदेमंद है। बैटरी की स्थिरता.
1.1.2 फोम कॉपर कलेक्टर
फोम कॉपर स्पंज के समान एक प्रकार की त्रि-आयामी नेटवर्क सामग्री है, जिसमें हल्के वजन, उच्च शक्ति और क्रूरता और बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र जैसे कई फायदे हैं। यद्यपि सिलिकॉन और टिन नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रियों में उच्च सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता होती है और इन्हें लिथियम-आयन बैटरी के लिए आशाजनक नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रियों में से एक माना जाता है, लेकिन चक्रीय चार्जिंग/डिस्चार्जिंग के दौरान बड़ी मात्रा में परिवर्तन और चूर्णीकरण जैसे नुकसान भी होते हैं, जो बैटरी के प्रदर्शन को गंभीर रूप से प्रभावित करता है। शोध से पता चलता है कि फोम कॉपर कलेक्टर चार्ज और डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान सिलिकॉन और टिन एनोड की सक्रिय सामग्रियों के मात्रा परिवर्तन को रोक सकता है, चूर्णीकरण की घटना को धीमा कर सकता है, और इस प्रकार बैटरी के प्रदर्शन में सुधार कर सकता है।
1.2 एल्युमीनियम करंट कलेक्टर
यद्यपि एल्यूमीनियम धातु की चालकता तांबे की तुलना में कम है, समान मात्रा में बिजली का परिवहन करते समय एल्यूमीनियम तार की गुणवत्ता तांबे के तार की आधी ही होती है। निस्संदेह, एल्युमीनियम करंट कलेक्टरों का उपयोग लिथियम-आयन बैटरियों के ऊर्जा घनत्व को बेहतर बनाने में मदद कर सकता है। इसके अलावा, तांबे की तुलना में एल्युमीनियम कीमत में सस्ता है। लिथियम-आयन बैटरियों की चार्जिंग/डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, एल्यूमीनियम फ़ॉइल करंट कलेक्टर की सतह पर एक घनी ऑक्साइड फिल्म बनती है, जो एल्यूमीनियम फ़ॉइल के संक्षारण प्रतिरोध में सुधार करती है और इसे अक्सर सकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए करंट कलेक्टर के रूप में उपयोग किया जाता है। लिथियम आयन बैटरी।
कॉपर फ़ॉइल करंट कलेक्टरों की तरह, सतह उपचार भी एल्यूमीनियम फ़ॉइल की सतह के गुणों में सुधार कर सकता है। प्रत्यक्ष वर्तमान नक़्क़ाशी के बाद, एल्यूमीनियम पन्नी की सतह पर एक छत्ते की संरचना बनेगी, जो सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री से अधिक मजबूती से बंधी होती है और लिथियम-आयन बैटरी के विद्युत रासायनिक प्रदर्शन में सुधार करती है। हालांकि, वास्तव में, एल्यूमीनियम वर्तमान संग्राहक अक्सर सतह निष्क्रियता फिल्मों के विनाश के कारण गंभीर क्षरण से पीड़ित होते हैं, जिससे लिथियम-आयन बैटरी के प्रदर्शन में कमी आती है। इसलिए, नक़्क़ाशीदार एल्यूमीनियम पन्नी के संक्षारण प्रतिरोध में सुधार करने के लिए, इसकी सतह को अनुकूलित करना और अधिक स्थिर निष्क्रियता फिल्म बनाना आवश्यक है।
1.3 निकल वर्तमान संग्राहक
तुलनात्मक रूप से कहें तो, निकल अपेक्षाकृत कम कीमत, अच्छी चालकता और अम्लीय और क्षारीय समाधानों में स्थिरता के साथ एक आधार धातु है। इसलिए, निकल का उपयोग सकारात्मक इलेक्ट्रोड वर्तमान कलेक्टर और नकारात्मक इलेक्ट्रोड वर्तमान कलेक्टर दोनों के रूप में किया जा सकता है। सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री जैसे लिथियम आयरन फॉस्फेट और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री जैसे निकल ऑक्साइड, सल्फर और कार्बन सिलिकॉन मिश्रित सामग्री दोनों हैं जो इससे मेल खाते हैं।
निकल कलेक्टर के आकार में आमतौर पर फोम निकल और निकल फ़ॉइल शामिल होते हैं। क्योंकि फोम निकल ने सक्रिय पदार्थ के साथ चैनल और बड़े संपर्क क्षेत्र विकसित किए हैं, सक्रिय पदार्थ और कलेक्टर के बीच संपर्क प्रतिरोध कम हो गया है। इलेक्ट्रोड करंट कलेक्टर के रूप में निकल फ़ॉइल का उपयोग करते समय, जैसे-जैसे चार्ज/डिस्चार्ज चक्रों की संख्या बढ़ती है, सक्रिय सामग्री के अलग होने का खतरा होता है, जो बैटरी के प्रदर्शन को प्रभावित करता है। इसी प्रकार, सतह पूर्व-उपचार प्रक्रिया निकल फ़ॉइल वर्तमान संग्राहकों पर भी लागू होती है। निकल फ़ॉइल वर्तमान कलेक्टर की सतह को खोदने के बाद, सक्रिय पदार्थ और वर्तमान कलेक्टर के बीच संबंध शक्ति में काफी वृद्धि होती है।
निकेल ऑक्साइड में स्थिर संरचना, कम कीमत और उच्च सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता के फायदे हैं, जो इसे लिथियम-आयन बैटरी के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री बनाता है। इसके आधार पर, ठोस चरण ऑक्सीकरण विधि द्वारा फोम निकल की सतह पर निकल ऑक्साइड की एक परत उगाई गई थी, और कलेक्टर के रूप में फोम निकल के साथ निकल ऑक्साइड एनोड तैयार किया गया था। निकल फ़ॉइल/निकल ऑक्साइड नकारात्मक इलेक्ट्रोड की तुलना में, फोम निकल/निकल ऑक्साइड नकारात्मक इलेक्ट्रोड के पहले निर्वहन की विशिष्ट क्षमता में काफी वृद्धि हुई है। इसका कारण यह है कि द्वि-आयामी वर्तमान संग्राहकों की तुलना में, त्रि-आयामी संरचित वर्तमान संग्राहक इंटरफ़ेस ध्रुवीकरण घटना को कम करते हैं और बैटरियों के चार्ज/डिस्चार्ज चक्र स्थिरता में सुधार करते हैं।
लिथियम आयरन फॉस्फेट को इसकी अच्छी सुरक्षा और कच्चे माल के व्यापक स्रोत के कारण पावर लिथियम आयन बैटरी के लिए एक आदर्श सकारात्मक सक्रिय सामग्री माना जाता है। इसे फोम निकल कलेक्टर की सतह पर लेप करने से LiFePO4 और फोम निकल के बीच संपर्क क्षेत्र बढ़ सकता है, इंटरफ़ेस प्रतिक्रिया की वर्तमान घनत्व कम हो सकती है, और इस प्रकार LiFePO4 के दर निर्वहन प्रदर्शन में सुधार हो सकता है।
1.4 स्टेनलेस स्टील करंट कलेक्टर
स्टेनलेस स्टील मिश्र धातु इस्पात को संदर्भित करता है जिसमें निकल, मोलिब्डेनम, टाइटेनियम, नाइओबियम, तांबा और लोहा जैसे तत्व होते हैं। इसमें अच्छी चालकता और स्थिरता है, और यह हवा, भाप और पानी जैसे कमजोर संक्षारक मीडिया के साथ-साथ एसिड, क्षार और नमक जैसे मजबूत संक्षारक मीडिया से रासायनिक संक्षारण का सामना कर सकता है। स्टेनलेस स्टील की सतह पर भी पैसिवेशन फिल्म बनने का खतरा होता है, जो इसकी सतह को जंग से बचा सकती है। साथ ही, कम लागत, सरल प्रक्रिया और बड़े पैमाने पर उत्पादन जैसे फायदों के साथ, स्टेनलेस स्टील को तांबे की तुलना में पतला संसाधित किया जा सकता है। स्टेनलेस स्टील का उपयोग सकारात्मक या नकारात्मक वर्तमान कलेक्टर के रूप में किया जा सकता है, और सामान्य प्रकार के स्टेनलेस स्टील वर्तमान कलेक्टरों में स्टेनलेस स्टील जाल और छिद्रपूर्ण स्टेनलेस स्टील शामिल हैं।
1.4.1 स्टेनलेस स्टील जाल कलेक्टर द्रव
स्टेनलेस स्टील जाल की बनावट घनी होती है। जब करंट कलेक्टर के रूप में उपयोग किया जाता है, तो इसकी सतह इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रियों से लपेटी जाती है और इलेक्ट्रोलाइट के सीधे संपर्क में नहीं आती है, जिससे साइड रिएक्शन की संभावना कम हो जाती है और बैटरी के साइकलिंग प्रदर्शन में सुधार होता है।
1.4.2 झरझरा स्टेनलेस स्टील करंट कलेक्टर
सक्रिय सामग्रियों का पूरी तरह से उपयोग करने और इलेक्ट्रोड की डिस्चार्ज विशिष्ट क्षमता में सुधार करने के लिए एक सरल और प्रभावी तरीका छिद्रपूर्ण वर्तमान कलेक्टरों का उपयोग करना है।
1.5 कार्बन वर्तमान संग्राहक
सकारात्मक या नकारात्मक इलेक्ट्रोड वर्तमान संग्राहकों के रूप में कार्बन सामग्री का उपयोग करते समय, यह धातु वर्तमान संग्राहकों पर इलेक्ट्रोलाइट के क्षरण से बच सकता है, और इसमें प्रचुर संसाधन, आसान प्रसंस्करण, कम प्रतिरोधकता, पर्यावरण को कोई नुकसान नहीं और कम कीमत के फायदे हैं।
कार्बन फाइबर कपड़े का उपयोग इसके उत्कृष्ट लचीलेपन, चालकता और विद्युत रासायनिक स्थिरता के कारण लचीली लिथियम-आयन बैटरी के लिए वर्तमान कलेक्टर के रूप में किया जा सकता है। कार्बन नैनोट्यूब कार्बन करंट कलेक्टर का दूसरा रूप हैं, जो हल्के वजन के मामले में धातु करंट कलेक्टरों पर स्पष्ट लाभ रखते हैं और बैटरी की ऊर्जा घनत्व में काफी सुधार कर सकते हैं।
1.6 समग्र वर्तमान संग्राहक
तांबा संग्राहक, एल्युमीनियम संग्राहक, निकल संग्राहक, स्टेनलेस स्टील संग्राहक और कार्बन संग्राहक जैसे एकल संग्राहकों के अलावा, मिश्रित संग्राहकों ने भी हाल के वर्षों में विद्वानों की अनुसंधान रुचि को आकर्षित किया है, जैसे प्रवाहकीय रेजिन, कार्बन लेपित एल्यूमीनियम पन्नी और टाइटेनियम। निकल आकार मेमोरी मिश्र।
1.6.1 प्रवाहकीय राल वर्तमान संग्राहक
पॉलीथीन (पीई) और फेनोलिक रेजिन (पीएफ) वर्तमान संग्राहक प्रवाहकीय भराव और एक बहुलक राल मैट्रिक्स से बने होते हैं। प्रवाहकीय भराव (ग्रेफाइट, कार्बन ब्लैक) के साथ मैट्रिक्स सामग्री के रूप में पीई और पीएफ को समान रूप से मिलाकर एक समग्र वर्तमान कलेक्टर तैयार किया गया था, और उनके भौतिक और रासायनिक गुणों का अध्ययन किया गया था। ग्राफीन एक अद्वितीय और नवीन द्वि-आयामी कार्बन कार्यात्मक सामग्री है जो कार्बन परमाणुओं के sp2 संकरण द्वारा निर्मित होती है। इसके कई फायदे हैं जैसे अति-उच्च चालकता, विशिष्ट सतह क्षेत्र और यांत्रिक शक्ति। यह लिथियम-आयन बैटरी के नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री या वर्तमान कलेक्टर सामग्री के रूप में ग्रेफाइट को प्रतिस्थापित कर सकता है।
1.6.2 टाइटेनियम निकल आकार मेमोरी मिश्र धातु वर्तमान कलेक्टर
टाइटेनियम निकल आकार मेमोरी मिश्र धातु निकल और टाइटेनियम से बना एक द्विआधारी मिश्र धातु है, जो बाहरी तापमान या दबाव में परिवर्तन के साथ दो अलग-अलग क्रिस्टल चरणों के बीच बदल सकता है। टाइटेनियम निकल आकार मेमोरी मिश्र धातु अपने चरण की स्थिति को बदलकर चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान सक्रिय पदार्थों के मात्रा परिवर्तन को दबा सकता है, जिससे बैटरी के चक्र जीवन में सुधार होता है।
1.6.3 कार्बन लेपित एल्युमीनियम फ़ॉइल करंट कलेक्टर
कार्बन कोटेड/एल्यूमीनियम फ़ॉइल करंट कलेक्टर एक मिश्रित करंट कलेक्टर को संदर्भित करता है जिसमें कार्बन युक्त मिश्रित परत को एल्यूमीनियम फ़ॉइल की सतह पर लेपित किया जाता है। उनमें से, कार्बन युक्त परत कार्बन फाइबर और प्रवाहकीय कार्बन ब्लैक कणों से बनी होती है, जिन्हें फैलाने वालों से उपचारित किया जाता है, जिन्हें इलेक्ट्रोड की चालकता और संक्षारण प्रतिरोध में सुधार के लिए एल्यूमीनियम पन्नी के साथ कसकर जोड़ा जा सकता है।
करंट कलेक्टर लिथियम-आयन बैटरी में अपरिहार्य और महत्वपूर्ण घटकों में से एक है, जिसमें इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रियों को ले जाने और आउटपुट करंट एकत्र करने के कई कार्य होते हैं। विभिन्न सामग्रियों और उत्पादन प्रक्रियाओं से तैयार किए गए वर्तमान संग्राहकों का प्रदर्शन अलग-अलग होता है, और लिथियम-आयन बैटरी पर उनका प्रभाव भी अलग-अलग होता है।