લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ બેટરી કેમ નિષ્ફળ જાય છે?

લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ બેટરીની નિષ્ફળતાના કારણ અથવા મિકેનિઝમને સમજવું બેટરીની કામગીરી સુધારવા અને તેના મોટા પાયે ઉત્પાદન અને ઉપયોગ માટે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. આ લેખ બેટરીની નિષ્ફળતા પર અશુદ્ધિઓ, નિર્માણ પદ્ધતિઓ, સંગ્રહની સ્થિતિ, રિસાયક્લિંગ, ઓવરચાર્જ અને ઓવર-ડિસ્ચાર્જની અસરોની ચર્ચા કરે છે.

1. ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં નિષ્ફળતા

ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં, કર્મચારીઓ, સાધનો, કાચો માલ, પદ્ધતિઓ અને પર્યાવરણ એ મુખ્ય પરિબળો છે જે ઉત્પાદનની ગુણવત્તાને અસર કરે છે. LiFePO4 પાવર બેટરીની ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં, કર્મચારીઓ અને સાધનો મેનેજમેન્ટના અવકાશ સાથે સંબંધિત છે, તેથી અમે મુખ્યત્વે છેલ્લા ત્રણ અસર પરિબળની ચર્ચા કરીએ છીએ.

સક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીમાં અશુદ્ધતા બેટરીની નિષ્ફળતાનું કારણ બને છે.

LiFePO4 ના સંશ્લેષણ દરમિયાન, Fe2O3 અને Fe જેવી ઓછી સંખ્યામાં અશુદ્ધિઓ હશે. નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પર આ અશુદ્ધિઓ ઓછી થશે અને ડાયાફ્રેમને વીંધી શકે છે અને આંતરિક શોર્ટ સર્કિટનું કારણ બની શકે છે. જ્યારે LiFePO4 લાંબા સમય સુધી હવાના સંપર્કમાં રહે છે, ત્યારે ભેજ બેટરીને બગાડશે. વૃદ્ધત્વના પ્રારંભિક તબક્કામાં, આકારહીન આયર્ન ફોસ્ફેટ સામગ્રીની સપાટી પર રચાય છે. તેની સ્થાનિક રચના અને માળખું LiFePO4(OH) જેવું જ છે; OH ના નિવેશ સાથે, LiFePO4 નો સતત વપરાશ થાય છે, વોલ્યુમમાં વધારો તરીકે પ્રગટ થાય છે; પાછળથી LiFePO4(OH) ની રચના કરવા માટે ધીમે ધીમે પુનઃસ્થાપિત થઈ. LiFePO3 માં Li4PO4 અશુદ્ધિ વિદ્યુતરાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય છે. ગ્રેફાઇટ એનોડની અશુદ્ધતાની સામગ્રી જેટલી વધારે છે, તેટલી વધુ ઉલટાવી ન શકાય તેવી ક્ષમતાનું નુકસાન.

રચના પદ્ધતિને કારણે બેટરીની નિષ્ફળતા

સક્રિય લિથિયમ આયનોનું ઉલટાવી ન શકાય તેવું નુકશાન સૌપ્રથમ સોલિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઇન્ટરફેસિયલ મેમ્બ્રેન બનાવતી વખતે વપરાશમાં લેવાયેલા લિથિયમ આયનોમાં પ્રતિબિંબિત થાય છે. અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું છે કે રચનાના તાપમાનમાં વધારો થવાથી લિથિયમ આયનોનું વધુ ઉલટાવી શકાય તેવું નુકશાન થશે. જ્યારે રચનાનું તાપમાન વધે છે, ત્યારે SEI ફિલ્મમાં અકાર્બનિક ઘટકોનું પ્રમાણ વધશે. કાર્બનિક ભાગ ROCO2Li થી અકાર્બનિક ઘટક Li2CO3 માં રૂપાંતર દરમિયાન છોડવામાં આવેલ ગેસ SEI ફિલ્મમાં વધુ ખામીઓનું કારણ બનશે. આ ખામીઓ દ્વારા ઉકેલાયેલ મોટી સંખ્યામાં લિથિયમ આયન નકારાત્મક ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડમાં એમ્બેડ કરવામાં આવશે.

રચના દરમિયાન, નીચા-વર્તમાન ચાર્જિંગ દ્વારા રચાયેલી SEI ફિલ્મની રચના અને જાડાઈ એકસમાન છે પરંતુ સમય માંગી લે છે; ઉચ્ચ-વર્તમાન ચાર્જિંગ વધુ બાજુની પ્રતિક્રિયાઓનું કારણ બનશે, જેના પરિણામે ઉલટાવી શકાય તેવું લિથિયમ-આયન નુકશાન વધશે અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ ઇન્ટરફેસ અવરોધ પણ વધશે, પરંતુ તે સમય બચાવે છે. સમય; આજકાલ, નાના વર્તમાન સતત વર્તમાન-મોટા વર્તમાન સતત વર્તમાન અને સતત વોલ્ટેજના નિર્માણ મોડનો વધુ વારંવાર ઉપયોગ થાય છે જેથી તે બંનેના ફાયદાઓને ધ્યાનમાં લઈ શકે.

ઉત્પાદન વાતાવરણમાં ભેજને કારણે બેટરીની નિષ્ફળતા

વાસ્તવિક ઉત્પાદનમાં, બેટરી અનિવાર્યપણે હવાનો સંપર્ક કરશે કારણ કે હકારાત્મક અને નકારાત્મક પદાર્થો મોટે ભાગે માઇક્રોન અથવા નેનો-કદના કણો છે, અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં દ્રાવક પરમાણુઓ મોટા ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ કાર્બોનિલ જૂથો અને મેટાસ્ટેબલ કાર્બન-કાર્બન ડબલ બોન્ડ ધરાવે છે. બધા સરળતાથી હવામાં ભેજ શોષી લે છે.

પાણીના અણુઓ ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં લિથિયમ સોલ્ટ (ખાસ કરીને LiPF6) સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, જે ઇલેક્ટ્રોલાઇટનું વિઘટન કરે છે અને તેનો વપરાશ કરે છે (વિઘટન કરીને PF5 બનાવે છે) અને એસિડિક પદાર્થ HF ઉત્પન્ન કરે છે. PF5 અને HF બંને SEI ફિલ્મનો નાશ કરશે, અને HF LiFePO4 સક્રિય સામગ્રીના કાટને પણ પ્રોત્સાહન આપશે. પાણીના અણુઓ લિથિયમ-ઇન્ટરકેલેટેડ ગ્રેફાઇટ નેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોડને પણ દૂર કરશે, જે SEI ફિલ્મના તળિયે લિથિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ બનાવે છે. વધુમાં, ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ઓગળેલા O2 પણ વૃદ્ધત્વને વેગ આપશે LiFePO4 બેટરી.

ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં, બેટરીના પ્રભાવને અસર કરતી ઉત્પાદન પ્રક્રિયા ઉપરાંત, LiFePO4 પાવર બેટરીની નિષ્ફળતાનું કારણ બને તેવા મુખ્ય પરિબળોમાં કાચા માલ (પાણી સહિત) અને નિર્માણ પ્રક્રિયામાં રહેલી અશુદ્ધિઓનો સમાવેશ થાય છે, તેથી તેની શુદ્ધતા. સામગ્રી, પર્યાવરણીય ભેજનું નિયંત્રણ, રચના પદ્ધતિ વગેરે પરિબળો નિર્ણાયક છે.

2. છાજલીઓમાં નિષ્ફળતા

પાવર બેટરીની સર્વિસ લાઇફ દરમિયાન, તેનો મોટાભાગનો સમય છાજલીઓની સ્થિતિમાં હોય છે. સામાન્ય રીતે, લાંબા આશ્રય સમય પછી, બેટરીની કામગીરીમાં ઘટાડો થશે, સામાન્ય રીતે આંતરિક પ્રતિકારમાં વધારો, વોલ્ટેજમાં ઘટાડો અને ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતામાં ઘટાડો દર્શાવે છે. ઘણા પરિબળો બેટરીના કાર્યક્ષમતાના ઘટાડાનું કારણ બને છે, જેમાંથી તાપમાન, ચાર્જની સ્થિતિ અને સમય એ સૌથી વધુ દેખીતી રીતે પ્રભાવિત કરતા પરિબળો છે.

કાસેમ એટ અલ. વિવિધ સ્ટોરેજ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ LiFePO4 પાવર બેટરીના વૃદ્ધત્વનું વિશ્લેષણ કર્યું. તેઓ માનતા હતા કે વૃદ્ધત્વ પદ્ધતિ મુખ્યત્વે હકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ્સની બાજુની પ્રતિક્રિયા છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડની બાજુની પ્રતિક્રિયાની તુલનામાં, નકારાત્મક ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડની બાજુની પ્રતિક્રિયા ભારે હોય છે, જે મુખ્યત્વે દ્રાવકને કારણે થાય છે. વિઘટન, SEI ફિલ્મની વૃદ્ધિ) સક્રિય લિથિયમ આયનોનો ઉપયોગ કરે છે. તે જ સમયે, બેટરીની કુલ અવબાધ વધે છે, જ્યારે તે બાકી રહે છે ત્યારે સક્રિય લિથિયમ આયનોની ખોટ બેટરીના વૃદ્ધત્વ તરફ દોરી જાય છે. સંગ્રહ તાપમાન વધવા સાથે LiFePO4 પાવર બેટરીની ક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે. તેનાથી વિપરિત, જેમ જેમ ચાર્જની સંગ્રહ સ્થિતિ વધે છે, તેમ તેમ ક્ષમતાનું નુકસાન વધુ નજીવું છે.

Grolleau et al. તે જ નિષ્કર્ષ પર પહોંચ્યા: સંગ્રહ તાપમાન LiFePO4 પાવર બેટરીના વૃદ્ધત્વ પર વધુ નોંધપાત્ર અસર કરે છે, ત્યારબાદ ચાર્જની સ્ટોરેજ સ્થિતિ આવે છે, અને એક સરળ મોડેલ પ્રસ્તાવિત છે. તે સંગ્રહ સમય (તાપમાન અને ચાર્જની સ્થિતિ) સંબંધિત પરિબળોના આધારે LiFePO4 પાવર બેટરીની ક્ષમતા ગુમાવવાની આગાહી કરી શકે છે. ચોક્કસ SOC સ્થિતિમાં, જેમ જેમ શેલ્ફનો સમય વધે છે તેમ, ગ્રેફાઇટમાંનું લિથિયમ ધાર પર પ્રસરશે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અને ઇલેક્ટ્રોન સાથે એક જટિલ સંયોજન બનાવે છે, પરિણામે બદલી ન શકાય તેવા લિથિયમ આયનોના પ્રમાણમાં વધારો થાય છે, SEI જાડું થાય છે, અને વાહકતા. ઘટાડાને કારણે અવરોધમાં વધારો (અકાર્બનિક ઘટકો વધે છે, અને કેટલાકને ફરીથી ઓગળવાની તક હોય છે) અને ઇલેક્ટ્રોડની સપાટીની પ્રવૃત્તિમાં ઘટાડો એકસાથે બેટરીના વૃદ્ધત્વનું કારણ બને છે.

ચાર્જિંગ સ્થિતિ અથવા ડિસ્ચાર્જિંગ સ્થિતિને ધ્યાનમાં લીધા વિના, વિભેદક સ્કેનિંગ કેલરીમેટ્રીને LiFePO4 અને વિવિધ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ (ઇલેક્ટ્રોલાઇટ LiBF4, LiAsF6, અથવા LiPF6 છે) વચ્ચે ઓરડાના તાપમાને 85°C સુધીના તાપમાનની શ્રેણીમાં કોઈ પ્રતિક્રિયા મળી નથી. જો કે, જ્યારે LiFePO4 એ LiPF6 ના ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં લાંબા સમય સુધી ડૂબી જાય છે, ત્યારે પણ તે ચોક્કસ પ્રતિક્રિયા પ્રદર્શિત કરશે. કારણ કે ઇન્ટરફેસ બનાવવાની પ્રતિક્રિયા લાંબી છે, એક મહિના સુધી ડૂબી ગયા પછી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે વધુ પ્રતિક્રિયા અટકાવવા માટે LiFePO4 ની સપાટી પર હજી પણ કોઈ પેસિવેશન ફિલ્મ નથી.

શેલ્વિંગ સ્થિતિમાં, સંગ્રહની નબળી સ્થિતિ (ઉચ્ચ તાપમાન અને ઉચ્ચ ચાર્જની સ્થિતિ) LiFePO4 પાવર બેટરીના સ્વ-ડિસ્ચાર્જની ડિગ્રીમાં વધારો કરશે, જે બેટરીની વૃદ્ધત્વને વધુ સ્પષ્ટ બનાવે છે.

3. રિસાયક્લિંગમાં નિષ્ફળતા

બેટરી સામાન્ય રીતે ઉપયોગ દરમિયાન ગરમીનું ઉત્સર્જન કરે છે, તેથી તાપમાનનો પ્રભાવ નોંધપાત્ર છે. વધુમાં, રસ્તાની સ્થિતિ, વપરાશ અને આસપાસના તાપમાનની વિવિધ અસરો હશે.

સક્રિય લિથિયમ આયનોની ખોટ સામાન્ય રીતે સાયકલિંગ દરમિયાન LiFePO4 પાવર બેટરીની ક્ષમતા ગુમાવવાનું કારણ બને છે. ડુબેરી એટ અલ. દર્શાવે છે કે સાયકલિંગ દરમિયાન LiFePO4 પાવર બેટરીનું વૃદ્ધત્વ મુખ્યત્વે જટિલ વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાને કારણે છે જે કાર્યાત્મક લિથિયમ-આયન SEI ફિલ્મનો ઉપયોગ કરે છે. આ પ્રક્રિયામાં, સક્રિય લિથિયમ આયનોની ખોટ સીધી બેટરી ક્ષમતાના રીટેન્શન રેટને ઘટાડે છે; SEI ફિલ્મની સતત વૃદ્ધિ, એક તરફ, બેટરીના ધ્રુવીકરણ પ્રતિકારમાં વધારોનું કારણ બને છે. તે જ સમયે, SEI ફિલ્મની જાડાઈ ખૂબ જાડી છે, અને ગ્રેફાઇટ એનોડની ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કામગીરી. તે પ્રવૃત્તિને આંશિક રીતે નિષ્ક્રિય કરશે.

ઉચ્ચ-તાપમાન સાયકલિંગ દરમિયાન, LiFePO2 માં Fe4+ અમુક હદ સુધી ઓગળી જશે. જોકે Fe2+ ઓગળેલા જથ્થાની હકારાત્મક ઈલેક્ટ્રોડની ક્ષમતા પર કોઈ ખાસ અસર થતી નથી, તેમ છતાં Fe2+નું વિસર્જન અને નકારાત્મક ગ્રેફાઈટ ઈલેક્ટ્રોડ પર Fe ના અવક્ષેપ SEI ફિલ્મના વિકાસમાં ઉત્પ્રેરક ભૂમિકા ભજવશે. . ટાને જથ્થાત્મક રીતે વિશ્લેષણ કર્યું કે સક્રિય લિથિયમ આયન ક્યાં અને ક્યાં ખોવાઈ ગયા અને જાણવા મળ્યું કે સક્રિય લિથિયમ આયનોનું મોટાભાગનું નુકસાન નકારાત્મક ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પર થયું છે, ખાસ કરીને ઉચ્ચ-તાપમાન ચક્ર દરમિયાન, એટલે કે, ઉચ્ચ-તાપમાન ચક્ર ક્ષમતામાં ઘટાડો. ઝડપી છે, અને SEI ફિલ્મનો સારાંશ આપેલ છે નુકસાન અને સમારકામની ત્રણ અલગ અલગ પદ્ધતિઓ છે:

1. ગ્રેફાઇટ એનોડમાંના ઇલેક્ટ્રોન લિથિયમ આયનોને ઘટાડવા માટે SEI ફિલ્મમાંથી પસાર થાય છે.
2. SEI ફિલ્મના કેટલાક ઘટકોનું વિસર્જન અને પુનર્જીવન.
3. ગ્રેફાઇટ એનોડના વોલ્યુમ ફેરફારને કારણે, SEI પટલ ભંગાણને કારણે થયું હતું.

સક્રિય લિથિયમ આયનોના નુકસાન ઉપરાંત, રિસાયક્લિંગ દરમિયાન હકારાત્મક અને નકારાત્મક બંને સામગ્રી બગડશે. રિસાયક્લિંગ દરમિયાન LiFePO4 ઇલેક્ટ્રોડમાં તિરાડોની ઘટનાને કારણે ઇલેક્ટ્રોડ ધ્રુવીકરણમાં વધારો થશે અને સક્રિય સામગ્રી અને વાહક એજન્ટ અથવા વર્તમાન કલેક્ટર વચ્ચેની વાહકતા ઘટશે. નાગપુરે વૃદ્ધાવસ્થા પછી LiFePO4 ના ફેરફારોનો અર્ધ-જથ્થાત્મક અભ્યાસ કરવા માટે સ્કેનિંગ એક્સટેન્ડેડ રેઝિસ્ટન્સ માઇક્રોસ્કોપી (SSRM) નો ઉપયોગ કર્યો અને જાણવા મળ્યું કે LiFePO4 નેનોપાર્ટિકલ્સ અને ચોક્કસ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ઉત્પાદિત સપાટીના થાપણો એકસાથે LiFePO4 કેથોડ્સના અવરોધમાં વધારો તરફ દોરી જાય છે. વધુમાં, સક્રિય સપાટીમાં ઘટાડો અને સક્રિય ગ્રેફાઇટ સામગ્રીના નુકશાનને કારણે ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડના એક્સ્ફોલિયેશનને પણ બેટરી વૃદ્ધત્વનું કારણ માનવામાં આવે છે. ગ્રેફાઇટ એનોડની અસ્થિરતા SEI ફિલ્મની અસ્થિરતાનું કારણ બનશે અને સક્રિય લિથિયમ આયનોના વપરાશને પ્રોત્સાહન આપશે.

બેટરીનું ઉચ્ચ-દર ડિસ્ચાર્જ ઇલેક્ટ્રિક વાહન માટે નોંધપાત્ર શક્તિ પ્રદાન કરી શકે છે; એટલે કે, પાવર બેટરીનું રેટ પરફોર્મન્સ જેટલું સારું છે, ઇલેક્ટ્રિક કારનું પ્રવેગક પ્રદર્શન વધુ સારું છે. કિમ એટ અલના સંશોધન પરિણામો. દર્શાવે છે કે LiFePO4 પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ અને ગ્રેફાઇટ નેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોડની વૃદ્ધત્વ પદ્ધતિ અલગ છે: ડિસ્ચાર્જ દરમાં વધારો સાથે, હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની ક્ષમતામાં ઘટાડો નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ કરતાં વધુ વધે છે. નીચા દર સાયકલિંગ દરમિયાન બેટરીની ક્ષમતાનું નુકસાન મુખ્યત્વે નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડમાં સક્રિય લિથિયમ આયનોના વપરાશને કારણે છે. તેનાથી વિપરિત, ઉચ્ચ દરની સાયકલિંગ દરમિયાન બેટરીનો પાવર લોસ પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડના અવરોધમાં વધારો થવાને કારણે છે.

જો કે ઉપયોગમાં લેવાતી પાવર બેટરીના ડિસ્ચાર્જની ઊંડાઈ ક્ષમતાના નુકસાનને અસર કરશે નહીં, તે તેના પાવર લોસને અસર કરશે: ડિસ્ચાર્જની ઊંડાઈના વધારા સાથે પાવર લોસની ઝડપ વધે છે. આ SEI ફિલ્મના અવબાધમાં વધારો અને સમગ્ર બેટરીના અવબાધમાં વધારો થવાને કારણે છે. તેનો સીધો સંબંધ છે. સક્રિય લિથિયમ આયનોના નુકસાનની તુલનામાં, ચાર્જિંગ વોલ્ટેજની ઉપલી મર્યાદાનો બેટરીની નિષ્ફળતા પર કોઈ દેખીતો પ્રભાવ નથી, ચાર્જિંગ વોલ્ટેજની ખૂબ ઓછી અથવા ખૂબ ઊંચી ઉપલી મર્યાદા LiFePO4 ઇલેક્ટ્રોડના ઇન્ટરફેસ અવબાધને વધારશે: નીચા ઉપલા મર્યાદા વોલ્ટેજ સારી રીતે કામ કરશે નહીં. પેસિવેશન ફિલ્મ જમીન પર રચાય છે, અને ખૂબ ઊંચી ઉપલા વોલ્ટેજ મર્યાદા ઇલેક્ટ્રોલાઇટના ઓક્સિડેટીવ વિઘટનનું કારણ બને છે. તે LiFePO4 ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પર ઓછી વાહકતા સાથે ઉત્પાદન બનાવશે.

જ્યારે તાપમાન ઘટશે ત્યારે LiFePO4 પાવર બેટરીની ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા ઝડપથી ઘટશે, મુખ્યત્વે આયન વાહકતામાં ઘટાડો અને ઇન્ટરફેસ અવબાધના વધારાને કારણે. લિએ LiFePO4 કેથોડ અને ગ્રેફાઇટ એનોડનો અલગથી અભ્યાસ કર્યો અને જાણવા મળ્યું કે મુખ્ય નિયંત્રણ પરિબળો જે એનોડ અને એનોડના નીચા-તાપમાન પ્રભાવને મર્યાદિત કરે છે તે અલગ છે. LiFePO4 કેથોડની આયનીય વાહકતામાં ઘટાડો પ્રબળ છે, અને ગ્રેફાઇટ એનોડના ઇન્ટરફેસ અવબાધમાં વધારો એ મુખ્ય કારણ છે.

ઉપયોગ દરમિયાન, LiFePO4 ઇલેક્ટ્રોડ અને ગ્રેફાઇટ એનોડનું અધોગતિ અને SEI ફિલ્મની સતત વૃદ્ધિને લીધે બેટરીની નિષ્ફળતા વિવિધ ડિગ્રીઓ સુધી પહોંચશે. વધુમાં, રસ્તાની સ્થિતિ અને આસપાસના તાપમાન જેવા અનિયંત્રિત પરિબળો ઉપરાંત, બેટરીનો નિયમિત ઉપયોગ પણ જરૂરી છે, જેમાં યોગ્ય ચાર્જિંગ વોલ્ટેજ, ડિસ્ચાર્જની યોગ્ય ઊંડાઈ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

4. ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ દરમિયાન નિષ્ફળતા

ઉપયોગ દરમિયાન ઘણીવાર બેટરી અનિવાર્યપણે ઓવરચાર્જ થાય છે. ઓછા ઓવર-ડિસ્ચાર્જ છે. ઓવરચાર્જ અથવા ઓવર-ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન બહાર પડતી ગરમી બેટરીની અંદર એકઠા થવાની સંભાવના છે, જે બેટરીના તાપમાનમાં વધુ વધારો કરે છે. તે બેટરીના સર્વિસ લાઇફને અસર કરે છે અને તોફાનથી આગ કે વિસ્ફોટની શક્યતા વધારે છે. નિયમિત ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ પરિસ્થિતિઓમાં પણ, જેમ જેમ ચક્રની સંખ્યામાં વધારો થશે તેમ, બેટરી સિસ્ટમમાં એકલ કોષોની ક્ષમતાની અસંગતતા વધશે. સૌથી ઓછી ક્ષમતાવાળી બેટરી ચાર્જિંગ અને ઓવર-ડિસ્ચાર્જિંગની પ્રક્રિયામાંથી પસાર થશે.

જો કે LiFePO4 વિવિધ ચાર્જિંગ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ અન્ય હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીની તુલનામાં શ્રેષ્ઠ થર્મલ સ્થિરતા ધરાવે છે, વધુ ચાર્જિંગ LiFePO4 પાવર બેટરીનો ઉપયોગ કરવામાં અસુરક્ષિત જોખમોનું કારણ બની શકે છે. ઓવરચાર્જ્ડ સ્થિતિમાં, કાર્બનિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં દ્રાવક ઓક્સિડેટીવ વિઘટન માટે વધુ સંવેદનશીલ હોય છે. સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા કાર્બનિક દ્રાવકોમાં, ઇથિલિન કાર્બોનેટ (EC) પ્રાધાન્યરૂપે હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પર ઓક્સિડેટીવ વિઘટનમાંથી પસાર થશે. નેગેટિવ ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડની લિથિયમ ઇન્સર્શન પોટેન્શિયલ (વિરુદ્ધ લિથિયમ પોટેન્શિયલ) છીછરી હોવાથી, નેગેટિવ ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડમાં લિથિયમ અવક્ષેપ ખૂબ જ સંભવ છે.

ઓવરચાર્જ્ડ પરિસ્થિતિઓમાં બેટરીની નિષ્ફળતા માટેનું એક મુખ્ય કારણ એ છે કે લિથિયમ ક્રિસ્ટલની શાખાઓ ડાયાફ્રેમને વીંધતી હોવાથી આંતરિક શોર્ટ સર્કિટ થાય છે. લુ એટ અલ. વધુ પડતા ચાર્જને કારણે ઇલેક્ટ્રોડની સપાટીના વિરોધમાં ગ્રેફાઇટ પર લિથિયમ પ્લેટિંગની નિષ્ફળતા પદ્ધતિનું વિશ્લેષણ કર્યું. પરિણામો દર્શાવે છે કે નકારાત્મક ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડનું એકંદર માળખું બદલાયું નથી, પરંતુ લિથિયમ ક્રિસ્ટલ શાખાઓ અને સપાટી પરની ફિલ્મ છે. લિથિયમ અને ઈલેક્ટ્રોલાઈટની પ્રતિક્રિયાને કારણે સપાટી પરની ફિલ્મ સતત વધે છે, જે વધુ સક્રિય લિથિયમનો વપરાશ કરે છે અને લિથિયમને ગ્રેફાઈટમાં ફેલાવવાનું કારણ બને છે. નેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોડ વધુ જટિલ બને છે, જે નેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પર લિથિયમ જમા થવાને વધુ પ્રોત્સાહન આપશે, પરિણામે ક્ષમતા અને કુલોમ્બિક કાર્યક્ષમતામાં વધુ ઘટાડો થશે.

વધુમાં, ધાતુની અશુદ્ધિઓ (ખાસ કરીને Fe) સામાન્ય રીતે બેટરી ઓવરચાર્જની નિષ્ફળતાના મુખ્ય કારણોમાંનું એક માનવામાં આવે છે. ઝુ એટ અલ. ઓવરચાર્જની સ્થિતિમાં LiFePO4 પાવર બેટરીની નિષ્ફળતાની પદ્ધતિનો વ્યવસ્થિત રીતે અભ્યાસ કર્યો. પરિણામો દર્શાવે છે કે ઓવરચાર્જ/ડિસ્ચાર્જ ચક્ર દરમિયાન Fe ના રેડોક્સ સૈદ્ધાંતિક રીતે શક્ય છે, અને પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિ આપવામાં આવી છે. જ્યારે ઓવરચાર્જ થાય છે, ત્યારે Fe પહેલા Fe2+ માં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, Fe2+ વધુ બગડીને Fe3+ થાય છે, અને પછી Fe2+ અને Fe3+ પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડમાંથી દૂર થાય છે. એક બાજુ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ બાજુમાં ફેલાય છે, Fe3+ આખરે ઘટાડીને Fe2+ થાય છે, અને Fe2+ વધુ ઘટીને Fe રચાય છે; જ્યારે ઓવરચાર્જ/ડિસ્ચાર્જ ચક્રો, Fe ક્રિસ્ટલ શાખાઓ એક જ સમયે હકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર શરૂ થશે, Fe બ્રિજ બનાવવા માટે વિભાજકને વેધન કરશે, પરિણામે માઇક્રો બેટરી શોર્ટ સર્કિટ, દેખીતી ઘટના જે બેટરીના માઇક્રો શોર્ટ સર્કિટ સાથે છે તે સતત છે. ઓવરચાર્જિંગ પછી તાપમાનમાં વધારો.

ઓવરચાર્જ દરમિયાન, નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની સંભવિતતા ઝડપથી વધશે. સંભવિત વધારો નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પરની SEI ફિલ્મનો નાશ કરશે (SEI ફિલ્મમાં અકાર્બનિક સંયોજનોથી સમૃદ્ધ ભાગ ઓક્સિડાઇઝ્ડ થવાની શક્યતા વધારે છે), જે ઇલેક્ટ્રોલાઇટના વધારાના વિઘટનનું કારણ બનશે, પરિણામે ક્ષમતામાં ઘટાડો થશે. વધુ અગત્યનું, નકારાત્મક વર્તમાન કલેક્ટર Cu વરખ ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવશે. નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની SEI ફિલ્મમાં, યાંગ એટ અલ. Cu2O શોધ્યું, Cu વરખનું ઓક્સિડેશન ઉત્પાદન, જે બેટરીના આંતરિક પ્રતિકારને વધારશે અને તોફાનની ક્ષમતા ગુમાવશે.

તેમણે એટ અલ. LiFePO4 પાવર બેટરીની ઓવર-ડિસ્ચાર્જ પ્રક્રિયાનો વિગતવાર અભ્યાસ કર્યો. પરિણામો દર્શાવે છે કે નકારાત્મક વર્તમાન કલેક્ટર Cu ફોઇલ ઓવર-ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન Cu+ માં ઓક્સિડાઇઝ થઈ શકે છે, અને Cu+ ને વધુ Cu2+ માં ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે, જે પછી તેઓ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડમાં ફેલાય છે. હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ પર ઘટાડો પ્રતિક્રિયા થઈ શકે છે. આ રીતે, તે હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ બાજુ પર સ્ફટિક શાખાઓ બનાવશે, વિભાજકને વીંધશે અને બેટરીની અંદર માઇક્રો શોર્ટ સર્કિટનું કારણ બનશે. ઉપરાંત, ઓવર-ડિસ્ચાર્જને કારણે, બેટરીનું તાપમાન સતત વધતું રહેશે.

LiFePO4 પાવર બેટરીનો ઓવરચાર્જ ઓક્સિડેટીવ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વિઘટન, લિથિયમ ઉત્ક્રાંતિ અને Fe ક્રિસ્ટલ શાખાઓના નિર્માણનું કારણ બની શકે છે; ઓવર-ડિસ્ચાર્જ SEI ને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે, જેના પરિણામે ક્ષમતામાં ઘટાડો, ક્યુ ફોઇલ ઓક્સિડેશન અને ક્યુ ક્રિસ્ટલ શાખાઓનો દેખાવ પણ થઈ શકે છે.

5. અન્ય નિષ્ફળતાઓ

LiFePO4 ની સહજ ઓછી વાહકતાને લીધે, સામગ્રીનું મોર્ફોલોજી અને કદ અને વાહક એજન્ટો અને બાઈન્ડરની અસરો સરળતાથી પ્રગટ થાય છે. ગેબરસેક એટ અલ. કદ અને કાર્બન કોટિંગના બે વિરોધાભાસી પરિબળોની ચર્ચા કરી અને જાણવા મળ્યું કે LiFePO4 નું ઇલેક્ટ્રોડ અવબાધ માત્ર સરેરાશ કણોના કદ સાથે સંબંધિત છે. LiFePO4 માં એન્ટિ-સાઇટ ખામીઓ (Fe ઓક્યુપાઇઝ લિ સાઇટ્સ) બેટરીની કામગીરી પર ચોક્કસ અસર કરશે: કારણ કે LiFePO4 ની અંદર લિથિયમ આયનોનું પ્રસારણ એક-પરિમાણીય છે, આ ખામી લિથિયમ આયનોના સંચારને અવરોધે છે; ઉચ્ચ સંયોજક અવસ્થાના પરિચયને કારણે વધારાના ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક પ્રતિકૂળતાને કારણે, આ ખામી LiFePO4 બંધારણની અસ્થિરતાનું કારણ પણ બની શકે છે.

LiFePO4 ના મોટા કણો ચાર્જિંગના અંતે સંપૂર્ણપણે આનંદિત થઈ શકતા નથી; નેનો-સ્ટ્રક્ચર્ડ LiFePO4 વ્યુત્ક્રમ ખામીને ઘટાડી શકે છે, પરંતુ તેની ઉચ્ચ સપાટી ઊર્જા સ્વ-ડિસ્ચાર્જનું કારણ બનશે. PVDF હાલમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતું બાઈન્ડર છે, જેમાં ઊંચા તાપમાને પ્રતિક્રિયા, બિન-જલીય ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં વિસર્જન અને અપૂરતી લવચીકતા જેવા ગેરફાયદા છે. LiFePO4 ની ક્ષમતા નુકશાન અને ચક્ર જીવન પર તેની ખાસ અસર પડે છે. વધુમાં, વર્તમાન કલેક્ટર, ડાયાફ્રેમ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ કમ્પોઝિશન, ઉત્પાદન પ્રક્રિયા, માનવીય પરિબળો, બાહ્ય કંપન, આંચકો, વગેરે, બેટરીની કામગીરીને વિવિધ અંશે અસર કરશે.

સંદર્ભ: Miao Meng et al. "લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ પાવર બેટરીની નિષ્ફળતા પર સંશોધનની પ્રગતિ."