लिथियम बैटरी डिजाइन में सकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट की तुलना में एक अधिक नकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट क्यों है?
April 22, 2025
लिथियम बैटरी के निर्माण की प्रक्रिया के दौरान,एक महत्वपूर्ण डिजाइन विवरण यह है कि नकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट (एनोड) की संख्या हमेशा सकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट (कैथोड) की तुलना में एक अधिक होती हैयह सरल प्रतीत होने वाला संख्यात्मक अंतर वास्तव में गहन विद्युत रसायन सिद्धांतों और इंजीनियरिंग विचारों का प्रतीक है।
मुख्य कारण: विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं की पूर्णता
लिथियम बैटरी के संचालन का सार सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच लिथियम आयनों की शटलिंग है:
चार्जिंग के दौरान: सकारात्मक इलेक्ट्रोड से लिथियम आयन निकाले जाते हैं, इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हैं, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड में इंटरकेलेटेड होते हैं।
डिस्चार्जिंग के दौरान: नकारात्मक इलेक्ट्रोड से लिथियम आयन निकाले जाते हैं और सकारात्मक इलेक्ट्रोड में लौटते हैं।
सक्रिय पदार्थों का 100% उपयोग प्राप्त करने के लिए यह सुनिश्चित करना आवश्यक है किः
1प्रत्येक सकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट का प्रत्येक पक्ष नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री से मेल खाता है।
2सकारात्मक इलेक्ट्रोड के किनारे के क्षेत्र नकारात्मक इलेक्ट्रोड द्वारा पूरी तरह से कवर किए जाते हैं।
यदि इलेक्ट्रोड शीटों की संख्या समान होती, तो सबसे बाहरी सकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट का एक पक्ष सीधे इलेक्ट्रोलाइट के संपर्क में होता, जिसके परिणामस्वरूपः
उस पक्ष पर सक्रिय पदार्थ प्रतिक्रिया में भाग लेने में असमर्थ है।
असामान्य स्थानीय वर्तमान घनत्व।
संभावित साइड रिएक्शन जैसे इलेक्ट्रोलाइट अपघटन।
तीन प्रमुख इंजीनियरिंग विचार
1वर्तमान वितरण अनुकूलन
एक अधिक नकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट होने के डिजाइन प्रत्येक सकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट को "सैंडविच" स्थिति में बनाता हैः
पॉजिटिव इलेक्ट्रोड शीटः दोनों ओर से नकारात्मक इलेक्ट्रोड से घिरा हुआ है।
नकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट: केवल एक तरफ एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड है (सबसे बाहरी नकारात्मक इलेक्ट्रोड) ।
यह लेआउट यह सुनिश्चित करता हैः
सममित वर्तमान पथ।
समान इलेक्ट्रॉन प्रवाह
ध्रुवीकरण की घटनाओं को कम से कम करना।
2सुरक्षा संरक्षण तंत्र
अतिरिक्त नकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट की मुख्य भूमिका हैः
पॉजिटिव इलेक्ट्रोड की सक्रिय सामग्री को पूरी तरह से कैप्सूल करें।
किनारे प्रभावों के कारण लिथियम डेंड्राइट वृद्धि को रोकें।
विस्तार के लिए बफर स्थान प्रदान करें (सिलिकॉन आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड 300% तक विस्तार कर सकते हैं) ।
प्रयोगात्मक आंकड़ों से पता चलता है कि एन+1 इलेक्ट्रोड शीट डिजाइन वाली बैटरी का चक्र जीवन 15-20% तक बढ़ाया जा सकता है।
3विनिर्माण प्रक्रिया अनुकूलन
घाव बैटरी के लिए, नकारात्मक इलेक्ट्रोड स्वाभाविक रूप से बाहरी परत के रूप में "एक और" संरचना बनाता है। उदाहरण के लिएः
18650 बेलनाकार बैटरीः सकारात्मक इलेक्ट्रोड की 4 परतें → नकारात्मक इलेक्ट्रोड की 5 परतें।
स्टैक बैटरीः सटीक गिनती के माध्यम से N+1 युग्मन प्राप्त करें।
स्टैकिंग प्रक्रिया: "पुस्तक के पृष्ठ" की तरह स्टैकिंग करके यह सुनिश्चित किया जाता है कि अनुक्रम सकारात्मक इलेक्ट्रोड ️ नकारात्मक इलेक्ट्रोड ️ सकारात्मक इलेक्ट्रोड ️ नकारात्मक इलेक्ट्रोड...हमेशा नकारात्मक इलेक्ट्रोड के साथ समाप्त होता है.
विशेष मामले का विश्लेषण
1. ठोस-राज्य बैटरी के अंतर
कुछ ठोस-राज्य इलेक्ट्रोलाइट बैटरी एक समान संख्या में इलेक्ट्रोड शीट का उपयोग कर सकते हैं क्योंकिः
ठोस अवस्था के इलेक्ट्रोलाइट्स में उच्च यांत्रिक शक्ति होती है, जो डेंड्राइट्स को दबा सकती है।
आयनों का प्रवाह तरल बैटरी से भिन्न होता है।
हालांकि, औद्योगिक उत्पादों में अभी भी ज्यादातर N+1 डिजाइन बरकरार है।
2प्रयोगशाला परीक्षण बैटरी
अनुसंधान के लिए उपयोग की जाने वाली सममित बैटरी (जैसे ली-ली बैटरी) इस नियम को तोड़ती हैं, लेकिनः
इन्हें व्यवहार में लागू नहीं किया जा सकता।
इनका उपयोग केवल मौलिक अनुसंधान के लिए किया जाता है।
सारांश:
लिथियम बैटरी में "एक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट" होने का डिज़ाइन हैः
✓ विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं की आवश्यकता
✓ इंजीनियरिंग अनुकूलन की अभिव्यक्ति
✓ सुरक्षा के लिए एक महत्वपूर्ण सुरक्षा