ટેબ્લેટ માટે લિથિયમ-આયન બેટરીની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા

ટેબ્લેટ માટે લિથિયમ-આયન બેટરીની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા

લિથિયમ-આયન (લિ-આયન) બેટરીઓ આધુનિક ટેબ્લેટ ઉપકરણોનું જીવન છે. જૂની બેટરી તકનીકોની તુલનામાં, લિ-આયન ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા, લાંબી ચક્ર જીવન અને પ્રમાણમાં હલકું વજન પ્રદાન કરે છે - આ બધું ઉચ્ચ પાવર માંગવાળા પાતળા ઉપકરણો માટે આદર્શ છે. જો કે, તેમના કોમ્પેક્ટ કદ પાછળ, ટેબ્લેટ માટે લિ-આયન બેટરીની ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં એક જટિલ ઉત્પાદન પ્રક્રિયા, ઉચ્ચ ચોકસાઇ અને કડક ગુણવત્તા નિયંત્રણનો સમાવેશ થાય છે. આ લેખમાં સામગ્રીની પસંદગીથી લઈને અંતિમ પરીક્ષણ સુધી, ટેબ્લેટમાં સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી લિથિયમ-આયન બેટરીના ઉત્પાદનના મુખ્ય પગલાં આવરી લેવામાં આવ્યા છે.

૧. લિથિયમ-આયન બેટરીની રચનાનું વિહંગાવલોકન

સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, લિથિયમ-આયન બેટરીમાં ઘણા મુખ્ય ઘટકો હોય છે: એક એનોડ, એક કેથોડ, એક વિભાજક, એક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અને એક કરંટ કલેક્ટર. ટેબ્લેટ બેટરીમાં, સૌથી સામાન્ય ફોર્મેટ પાઉચ સેલ છે કારણ કે તે લવચીક છે અને તેને પાતળી બનાવી શકાય છે.
- એનોડ સામાન્ય રીતે ગ્રેફાઇટથી બનેલા હોય છે.
- કેથોડ એ NMC (નિકલ મેંગેનીઝ કોબાલ્ટ), LCO (લિથિયમ કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડ), અથવા લક્ષ્ય ક્ષમતા અને શક્તિ લાક્ષણિકતાઓના આધારે અન્ય વિવિધતાઓ જેવી સામગ્રી હોઈ શકે છે.
- વિભાજક એક માઇક્રોપોરસ પોલિમર પટલ છે જે સીધા એનોડ-કેથોડ સંપર્કને અટકાવે છે પરંતુ તેમ છતાં લિથિયમ આયનોને ખસેડવા દે છે.
- ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સામાન્ય રીતે કાર્બનિક દ્રાવકમાં લિથિયમ મીઠું (દા.ત. LiPF₆) હોય છે.
- વર્તમાન કલેક્ટર મેટલ ફોઇલ છે: એનોડ માટે તાંબુ અને કેથોડ માટે એલ્યુમિનિયમ.

ત્યારબાદ મૂળભૂત માળખું પાતળા સ્તરોમાં બનાવવામાં આવે છે જેને સ્ટેક અથવા રોલ કરવામાં આવે છે, પછી સ્થિરતા અને સલામતી સુનિશ્ચિત કરવા માટે ચુસ્તપણે પેક કરવામાં આવે છે.

2. સક્રિય ઘટકોની તૈયારી (સામગ્રીનું મિશ્રણ)

પ્રારંભિક તબક્કો એનોડ અને કેથોડ માટે સ્લરી (જાડી પેસ્ટ) બનાવવા માટે સક્રિય ઘટકોને મિશ્રિત કરીને શરૂ થાય છે. દરેક ઇલેક્ટ્રોડની રચના અલગ હોય છે, પરંતુ સામાન્ય રીતે, સ્લરીમાં આનો સમાવેશ થાય છે:
- સક્રિય સામગ્રી (દા.ત. એનોડ માટે ગ્રેફાઇટ, કેથોડ માટે NMC/LCO)
- વિદ્યુત વાહકતા વધારવા માટે વાહક પદાર્થો (જેમ કે કાર્બન બ્લેક)
– કણોને ફોઇલ સાથે ચોંટી જવા દેવા માટે બાઈન્ડર (જેમ કે કેથોડ માટે PVDF)
- કોટિંગ પ્રક્રિયા માટે યોગ્ય સ્નિગ્ધતા પ્રાપ્ત કરવા માટે દ્રાવક (દા.ત. કેથોડ પર NMP)

મિશ્રણ ગતિ અને તાપમાન નિયંત્રણો સાથે ઔદ્યોગિક મિક્સરનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે. સ્લરી સુસંગતતા મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તે કોટિંગની જાડાઈ, સંલગ્નતા અને બેટરી કામગીરીને અસર કરે છે. જો સ્લરી એકરૂપ ન હોય, તો પરિણામી ઇલેક્ટ્રોડ અસમાન હોઈ શકે છે, જેનાથી ક્ષમતામાં ઘટાડો અથવા ઝડપી અધોગતિનું જોખમ રહેલું છે.

3. વર્તમાન કલેક્ટર ફોઇલ પર કોટિંગ પ્રક્રિયા

સ્લરી તૈયાર થઈ જાય પછી, સ્લરી ફોઇલ સપાટી પર કોટેડ અથવા કોટેડ થાય છે:
- એનોડ કોપર (Cu) ફોઇલ પર કોટેડ હોય છે.
- કેથોડ એલ્યુમિનિયમ ફોઇલ (Al) પર કોટેડ છે.

એકસમાન જાડાઈનું સ્તર બનાવવા માટે સ્લોટ-ડાઇ મશીન અથવા અન્ય પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને કોટિંગ કરવામાં આવે છે. ટેબ્લેટ બેટરીમાં, ઉપકરણની મર્યાદિત આંતરિક જગ્યાને કારણે કોટિંગની જાડાઈ અને એકરૂપતા મહત્વપૂર્ણ છે. ખૂબ જાડું કોટિંગ ક્ષમતામાં વધારો કરી શકે છે, પરંતુ વર્તમાન ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા ઘટાડી શકે છે અને આંતરિક પ્રતિકાર વધારી શકે છે. તેનાથી વિપરીત, ખૂબ પાતળું કોટિંગ ક્ષમતામાં ઘટાડો કરશે.

૪. સૂકવણી અને ભેજ નિયંત્રણ

કોટિંગ પછી, દ્રાવકનું બાષ્પીભવન કરવા માટે ફોઇલને સૂકવવાના ઓવનમાં મૂકવામાં આવે છે. આ તબક્કામાં ચોક્કસ તાપમાન અને સમયની જરૂર પડે છે જેથી ખાતરી થાય કે દ્રાવક બાઈન્ડર માળખાને નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના સંપૂર્ણપણે દૂર થાય છે. પર્યાવરણીય અસર અને ઉત્પાદન ખર્ચ ઘટાડવા માટે NMP જેવા દ્રાવકોને સામાન્ય રીતે પુનઃપ્રાપ્તિ સિસ્ટમ સાથે પણ હેન્ડલ કરવામાં આવે છે.

ઘણી બેટરી ફેક્ટરીઓમાં, ઇલેક્ટ્રોડ ઉત્પાદન ક્ષેત્રમાં ખૂબ જ કડક ભેજ નિયંત્રણો હોય છે. વધુ પડતી ભેજ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે પ્રતિક્રિયા આપી શકે છે, જેના કારણે ગેસનું નિર્માણ થઈ શકે છે અથવા કામગીરીમાં ઘટાડો થઈ શકે છે. તેથી, કેટલીક પ્રક્રિયાઓ ખૂબ ઓછી ભેજવાળા સૂકા રૂમમાં હાથ ધરવામાં આવે છે.

5. કેલેન્ડરિંગ: ઇલેક્ટ્રોડનું કોમ્પેક્શન

પછી સૂકા વરખને કેલેન્ડરિંગ પ્રક્રિયામાંથી પસાર કરવામાં આવે છે, જેમાં ઉચ્ચ-દબાણવાળા રોલર્સનો ઉપયોગ કરીને તેને કોમ્પેક્ટ કરવાનો સમાવેશ થાય છે. ધ્યેય છે:
- ઇલેક્ટ્રોડની જાડાઈને વધુ સમાન બનાવે છે
- વોલ્યુમ દીઠ ઊર્જા ઘનતા વધારો (વોલ્યુમેટ્રિક ઊર્જા ઘનતા)
- સક્રિય સામગ્રીના કણો અને વર્તમાન કલેક્ટર વચ્ચેના સંપર્કમાં સુધારો કરે છે

કેલેન્ડરિંગ સંતુલિત હોવું જોઈએ: વધુ પડતું કેલેન્ડરિંગ છિદ્રાળુતા ઘટાડી શકે છે, જેનાથી લિથિયમ આયનોને ખસેડવાનું મુશ્કેલ બને છે અને કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે. ઓછું કેલેન્ડરિંગ ઇલેક્ટ્રોડ્સને બરડ બનાવી શકે છે અને પ્રતિકાર વધારી શકે છે.

૬. કાપવું અને કાપવું (ઇલેક્ટ્રોડ કટીંગ)

આગળ, મોટા ઇલેક્ટ્રોડ શીટ્સને ટેબ્લેટ બેટરી સેલ ડિઝાઇન માટે યોગ્ય કદમાં કાપવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયામાં શામેલ છે:
- સ્લિટિંગ: શીટ્સને સાંકડા રોલ્સમાં કાપવી
- કટિંગ/પંચિંગ: પરિમાણો અનુસાર ઇલેક્ટ્રોડ શીટ્સ કાપવી

આ તબક્કે, આંતરિક શોર્ટ સર્કિટને ઉત્તેજિત કરી શકે તેવા બર્ર્સને રોકવા માટે સ્વચ્છ અને સચોટ કટીંગ ધાર મહત્વપૂર્ણ છે. પાતળા પાઉચ સેલ ટેબ્લેટ ખાસ કરીને ઇલેક્ટ્રોડમાં નાની ખામીઓ પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે.

7. સેલ એસેમ્બલી: સ્ટેકીંગ અથવા વાઇન્ડિંગ

ત્યારબાદ એનોડ અને કેથોડ ઇલેક્ટ્રોડને વિભાજક સાથે ભેગા કરવામાં આવે છે. બે સામાન્ય પદ્ધતિઓ છે:
૧. સ્ટેકીંગ: એનોડ-સેપરેટર-કેથોડ સ્તરો વારંવાર સ્ટેક કરવામાં આવે છે. પાતળા પાઉચ કોષોમાં આ સામાન્ય છે કારણ કે તે લંબચોરસ જગ્યાનો કાર્યક્ષમ રીતે ઉપયોગ કરી શકે છે.
2. વાઇન્ડિંગ: ઇલેક્ટ્રોડ અને વિભાજકને જેલી રોલની જેમ વળાંક આપવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિ ઘણીવાર નળાકાર સ્વરૂપમાં હોય છે, પરંતુ કેટલાક પાઉચમાં વાઇન્ડિંગનો પણ ઉપયોગ કરી શકાય છે.

ટેબ્લેટ બેટરી માટે, સ્ટેકીંગ ઘણીવાર પસંદ કરવામાં આવે છે કારણ કે તે પાતળી ડિઝાઇન, વધુ સમાન ગરમી વિતરણ અને ટેબ્લેટની આંતરિક જગ્યાને અનુસરતા આકારને સપોર્ટ કરે છે.

8. ટેબ વેલ્ડીંગ અને કનેક્શન એકીકરણ

દરેક ઇલેક્ટ્રોડમાં એક ટેબ હોય છે જે બેટરી ટર્મિનલને કનેક્શન પોઇન્ટ પૂરો પાડે છે:
- એનોડ ટેબ સામાન્ય રીતે કોપર સાથે જોડાયેલ હોય છે
- કેથોડ ટેબથી એલ્યુમિનિયમ

ટેબ્સને અલ્ટ્રાસોનિક વેલ્ડીંગ અથવા લેસર વેલ્ડીંગ જેવી તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને વેલ્ડીંગ કરવામાં આવે છે. વેલ્ડની ગુણવત્તા આંતરિક પ્રતિકાર અને યાંત્રિક શક્તિ નક્કી કરે છે. નબળા જોડાણો ચાર્જિંગ/ડિસ્ચાર્જિંગ દરમિયાન ગરમ થઈ શકે છે, કાર્યક્ષમતા ઘટાડી શકે છે અને નિષ્ફળતાનું જોખમ પણ ઉઠાવી શકે છે.

9. પ્રારંભિક પાઉચિંગ અને સીલિંગ

એકવાર સેલ સ્ટેક પૂર્ણ થઈ જાય, પછી યુનિટને લેમિનેટેડ એલ્યુમિનિયમ-પ્લાસ્ટિક પાઉચમાં મૂકવામાં આવે છે. ત્યારબાદ પાઉચને આંશિક રીતે સીલ કરવામાં આવે છે જેથી ઘટકોને સ્થાને રાખી શકાય પરંતુ હજુ પણ આગળના પગલા, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ફિલિંગ માટે પરવાનગી આપે છે.

પાઉચ ડિઝાઇન હળવા આંતરિક દબાણનો સામનો કરવા, ભેજ/ઓક્સિજનના પ્રવેશને ઓછામાં ઓછો કરવા અને પાતળા ઉપકરણોને સમાવવા માટે લવચીક રહેવા સક્ષમ હોવી જોઈએ.

૧૦. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ભરણ અને વેક્યુમ પ્રક્રિયા

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ એક ખાસ પોર્ટ દ્વારા કોષમાં ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા ઘણીવાર શૂન્યાવકાશ હેઠળ કરવામાં આવે છે:
- ઇલેક્ટ્રોડ અને વિભાજકના છિદ્રોમાંથી હવા દૂર કરે છે
- ખાતરી કરો કે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સમાનરૂપે શોષાય છે
- પરપોટાનું જોખમ ઘટાડે છે જે કામગીરી ઘટાડી શકે છે.

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ભરાઈ ગયા પછી, પાઉચને વધુ ચુસ્તપણે સીલ કરવામાં આવે છે, પરંતુ સામાન્ય રીતે રચના પછી પણ ડિગાસિંગ સ્ટેજ છોડી દે છે.

૧૧. રચના: SEI નું પ્રારંભિક ભરણ અને રચના

રચનાનો તબક્કો સૌથી મહત્વપૂર્ણ ભાગોમાંનો એક છે. બેટરી સેલ એનોડ પર સોલિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઇન્ટરફેસ (SEI) સ્તર બનાવવા માટે નિયંત્રિત ચાર્જ-ડિસ્ચાર્જ ચક્રમાંથી પસાર થાય છે. SEI એક સ્થિર "રક્ષણાત્મક સ્તર" તરીકે કાર્ય કરે છે, જે લિથિયમ આયનોને નુકસાનકારક બાજુની પ્રતિક્રિયાઓને ઓછી કરીને પસાર થવા દે છે.

રચનામાં ઘણો સમય લાગે છે અને તેમાં વર્તમાન, વોલ્ટેજ અને તાપમાનનું નિરીક્ષણ જરૂરી છે. રચાયેલા SEI ની ગુણવત્તા આને અસર કરે છે:
- પ્રારંભિક ક્ષમતા
- ચક્ર જીવન
- બેટરી સલામતી (ઓવરચાર્જ/ઓવરહીટ સામે સ્થિરતા)

૧૨. ડીગેસિંગ, અંતિમ સીલિંગ અને વૃદ્ધત્વ

રચના દરમિયાન, પ્રારંભિક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને કારણે ગેસ બની શકે છે. તેથી, ડિગેસિંગ કરવામાં આવે છે, જે પાઉચમાંથી ગેસ દૂર કરે છે, ત્યારબાદ પેકેજિંગ સંપૂર્ણપણે સીલ થયેલ છે તેની ખાતરી કરવા માટે અંતિમ સીલિંગ કરવામાં આવે છે.

આ પછી, બેટરીઓ ઘણીવાર વૃદ્ધત્વના તબક્કામાં પ્રવેશ કરે છે: તેમની વિદ્યુત લાક્ષણિકતાઓને સ્થિર કરવા અને ખામીઓને વહેલા શોધવા માટે તેમને ચોક્કસ સમયગાળા માટે સંગ્રહિત કરવામાં આવે છે. આ તબક્કે, અસામાન્ય વોલ્ટેજ ડ્રોપ અથવા વર્તમાન લિકેજ (સ્વ-ડિસ્ચાર્જ) દર્શાવતા કોષોને અલગ પાડવામાં આવે છે.

૧૩. પરીક્ષણ અને ગુણવત્તા નિયંત્રણ

ટેબ્લેટ બેટરીઓ કડક ધોરણોને પૂર્ણ કરે છે કારણ કે તે વપરાશકર્તાઓની નજીક સ્થાપિત થાય છે અને વિવિધ પરિસ્થિતિઓમાં વારંવાર ઉપયોગમાં લેવાય છે. પરીક્ષણમાં સામાન્ય રીતે શામેલ છે:
- કોષો વચ્ચે ક્ષમતા (mAh/Wh) અને સુસંગતતા
- આંતરિક અવબાધ/પ્રતિકાર
- લિકેજ કરંટ (સ્વ-ડિસ્ચાર્જ) પરીક્ષણ
- સલામતી પરીક્ષણો જેમ કે શોર્ટ-સર્કિટ પરીક્ષણ, ઓવરચાર્જ, થર્મલ સ્થિરતા અને દબાણ પરીક્ષણ
- ભૌતિક નિરીક્ષણ: જાડાઈ, સોજો, સીલિંગ ગુણવત્તા અને ટેબમાં ખામીઓ

ઘણા ઉત્પાદકો ટ્રેસેબિલિટી સિસ્ટમ્સ પણ લાગુ કરે છે: દરેક કોષને મટીરીયલ બેચ અને ઉત્પાદન પરિમાણોને ટ્રેક કરવા માટે કોડેડ કરવામાં આવે છે.

૧૪. ટેબ્લેટ પર ઉપયોગ માટે BMS/PCM સાથે એકીકરણ

ટેબ્લેટ ઉપકરણોમાં, બેટરી સામાન્ય રીતે પ્રોટેક્શન સર્કિટ (સરળ PCM/BMS) સાથે જોડાયેલી હોય છે જે નિયમન કરે છે:
- ઓવરચાર્જ અને ઓવરડિસ્ચાર્જ સુરક્ષા
- ઓવરકરન્ટ અને શોર્ટ સર્કિટ રક્ષણ
- સેન્સર (NTC) દ્વારા તાપમાનનું નિરીક્ષણ
- કેટલીકવાર બેટરી ટકાવારીનો અંદાજ કાઢવા માટે ફ્યુઅલ ગેજનો સમાવેશ થાય છે

જોકે કેટલાક પાવર મેનેજમેન્ટ કાર્યો ટેબ્લેટ મધરબોર્ડ દ્વારા કરવામાં આવે છે, તેમ છતાં બેટરી પરનું સુરક્ષા મોડ્યુલ સલામતી માટે મહત્વપૂર્ણ છે.

કેસિમ્પુલન

ટેબ્લેટ માટે લિથિયમ-આયન બેટરીની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા એ મટીરીયલ કેમિસ્ટ્રી, ચોકસાઇ મેન્યુફેક્ચરિંગ એન્જિનિયરિંગ અને બહુ-સ્તરીય ગુણવત્તા નિયંત્રણનું સંયોજન છે. સ્લરી મિક્સિંગ, કોટિંગ, સૂકવણી, કેલેન્ડરિંગ, ઇલેક્ટ્રોડ કટીંગ, સ્ટેકીંગ/વાઇન્ડિંગ એસેમ્બલી, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ફિલિંગ, રચના અને અંતિમ પરીક્ષણ જેવા પગલાં બેટરી કામગીરી નક્કી કરે છે: ક્ષમતા, આયુષ્ય, સ્થિરતા અને સલામતી. કારણ કે ટેબ્લેટ પાતળા છતાં શક્તિશાળી બેટરીની માંગ કરે છે, ઉત્પાદકોએ પાવર ડિસ્ચાર્જ અને સલામતીની જરૂરિયાતો સાથે ઉચ્ચ-ઊર્જા-ઘનતા ડિઝાઇનને સંતુલિત કરવી જોઈએ. અંતિમ પરિણામ એ એક કોમ્પેક્ટ બેટરી છે જે દૈનિક પ્રવૃત્તિઓને વિશ્વસનીય રીતે ટેકો આપવા સક્ષમ છે - અભ્યાસથી લઈને કામ કરવા અને રમવા સુધી - અને રમતો રમવા સુધી.

જો તમે ઈચ્છો તો, હું આ લેખને વધુ ટેકનિકલ બનાવવા માટે અનુકૂળ બનાવી શકું છું (દા.ત., NMC વિરુદ્ધ LCO કેથોડ રચના, કોટિંગ પરિમાણો અથવા સલામતી પરીક્ષણ ધોરણોની ચર્ચા કરો), અથવા શાળાના વિદ્યાર્થીઓ માટે વધુ સુલભ સંસ્કરણ બનાવી શકું છું.