மாத்திரைகளுக்கான லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் உற்பத்தி செயல்முறை

மாத்திரைகளுக்கான லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் உற்பத்தி செயல்முறை

லித்தியம்-அயன் (Li-ion) பேட்டரிகள் நவீன டேப்லெட் சாதனங்களின் உயிர்நாடியாக விளங்குகின்றன. பழைய பேட்டரி தொழில்நுட்பங்களுடன் ஒப்பிடுகையில், Li-ion பேட்டரிகள் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி, நீண்ட ஆயுட்காலம் மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த எடை ஆகியவற்றை வழங்குகின்றன—இவை அனைத்தும் அதிக மின் தேவை கொண்ட மெல்லிய சாதனங்களுக்கு மிகவும் உகந்தவை. இருப்பினும், அவற்றின் சிறிய அளவிற்குப் பின்னால், டேப்லெட்டுகளுக்கான Li-ion பேட்டரிகளின் உற்பத்தி செயல்முறையானது ஒரு சிக்கலான உற்பத்தி முறை, உயர் துல்லியம் மற்றும் கடுமையான தரக் கட்டுப்பாடு ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியுள்ளது. இந்தக் கட்டுரை, டேப்லெட்டுகளில் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளை உற்பத்தி செய்வதில் உள்ள மூலப்பொருள் தேர்வு முதல் இறுதிச் சோதனை வரையிலான முக்கியப் படிகளை விவரிக்கிறது.

1. லித்தியம்-அயன் மின்கலத்தின் அமைப்பு குறித்த கண்ணோட்டம்

எளிமையாகச் சொன்னால், ஒரு லித்தியம்-அயன் மின்கலம் பல முக்கியக் கூறுகளைக் கொண்டுள்ளது: ஆனோடு, கேத்தோடு, பிரிப்பான், மின்பகுளி மற்றும் மின்னோட்டச் சேகரிப்பான். டேப்லெட் மின்கலங்களில், பவுச் செல் வடிவமே மிகவும் பொதுவானது, ஏனெனில் அது நெகிழ்வானது மற்றும் மெல்லியதாக உருவாக்கப்படலாம்.
ஆனோடுகள் பொதுவாக கிராஃபைட்டால் செய்யப்படுகின்றன.
இலக்குத் திறன் மற்றும் ஆற்றல் பண்புகளைப் பொறுத்து, எதிர்மின்முனையானது NMC (நிக்கல் மாங்கனீசு கோபால்ட்), LCO (லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு) அல்லது பிற வகைப் பொருட்களாக இருக்கலாம்.
– இந்தப் பிரிப்பான் என்பது, ஆனோடுக்கும் கேத்தோடுக்கும் இடையே நேரடித் தொடர்பைத் தடுக்கும், ஆனால் லித்தியம் அயனிகள் நகர்வதை அனுமதிக்கும் ஒரு நுண்துளை பாலிமர் சவ்வு ஆகும்.
– மின்பகுளி என்பது பொதுவாக ஒரு கரிமக் கரைப்பானில் உள்ள லித்தியம் உப்பு (எ.கா. LiPF₆) ஆகும்.
– மின்னோட்டச் சேகரிப்பான் ஒரு உலோகத் தகடு ஆகும்: அதன் நேர்மின்வாயாக செம்பும், எதிர்மின்வாயாக அலுமினியமும் உள்ளன.

பின்னர், அந்த அடிப்படைக் கட்டமைப்பு மெல்லிய அடுக்குகளாக உருவாக்கப்பட்டு, ஒன்றன் மீது ஒன்றாக அடுக்கப்பட்டோ அல்லது சுருட்டப்பட்டோ, நிலைத்தன்மை மற்றும் பாதுகாப்பை உறுதி செய்வதற்காக இறுக்கமாகப் பொதி செய்யப்படுகிறது.

2. செயல்மிகு மூலப்பொருட்களைத் தயாரித்தல் (பொருட்களைக் கலத்தல்)

ஆரம்பக் கட்டத்தில், ஆனோடு மற்றும் கேத்தோடுக்கான கூழ்மத்தை (தடிமனான பசை) உருவாக்குவதற்காக, செயல்படும் மூலப்பொருட்களைக் கலக்க வேண்டும். ஒவ்வொரு மின்முனையும் வெவ்வேறு கலவையைக் கொண்டுள்ளது, ஆனால் பொதுவாக, அந்தக் கூழ்மம் பின்வருவனவற்றைக் கொண்டிருக்கும்:
– செயல்படும் பொருள் (எ.கா. ஆனோடுக்கு கிராஃபைட், கேத்தோடுக்கு NMC/LCO)
– மின் கடத்துத்திறனை அதிகரிக்க உதவும் கடத்தும் பொருட்கள் (கார்பன் பிளாக் போன்றவை).
– துகள்கள் படலத்தில் ஒட்டிக்கொள்ள உதவும் பிணைப்பான் (எதிர்மின்முனைக்கு PVDF போன்றது).
– பூச்சு செயல்முறைக்குத் தேவையான பொருத்தமான பாகுத்தன்மையை அடைவதற்காக, எதிர்மின்வாயில் கரைப்பானைப் (எ.கா. NMP) பயன்படுத்தவும்.

வேகம் மற்றும் வெப்பநிலைக் கட்டுப்பாடுகளைக் கொண்ட ஒரு தொழில்துறை கலக்கியைப் பயன்படுத்தி கலத்தல் செய்யப்படுகிறது. கூழ்மத்தின் பதம் மிகவும் முக்கியமானது, ஏனெனில் அது பூச்சின் தடிமன், ஒட்டுதல் மற்றும் மின்கலத்தின் செயல்திறன் ஆகியவற்றைப் பாதிக்கிறது. கூழ்மம் ஒருபடித்தானதாக இல்லாவிட்டால், அதன் விளைவாக உருவாகும் மின்முனைகள் சீரற்றதாக இருக்கலாம், இதனால் கொள்ளளவு குறைவதற்கோ அல்லது சிதைவு விரைவாக நிகழ்வதற்கோ வாய்ப்புள்ளது.

3. மின்னோட்ட சேகரிப்பான் படலத்தின் மீது பூசும் செயல்முறை

கூழ் தயாரானதும், அந்தக் கூழ் படலத்தின் மேற்பரப்பில் பூசப்படுகிறது.
– நேர்மின்முனையானது தாமிர (Cu) தகட்டின் மீது பூசப்பட்டுள்ளது.
– எதிர்மின்முனையானது அலுமினியத் தகட்டின் (Al) மீது பூசப்பட்டுள்ளது.

சீரான தடிமன் கொண்ட ஒரு அடுக்கை உருவாக்குவதற்காக, ஸ்லாட்-டை இயந்திரம் அல்லது பிற முறைகளைப் பயன்படுத்தி பூச்சுப் பூசப்படுகிறது. டேப்லெட் பேட்டரிகளில், சாதனத்தின் வரையறுக்கப்பட்ட உள் இடத்தின் காரணமாக, பூச்சின் தடிமன் மற்றும் சீரான தன்மை ஆகியவை மிக முக்கியமானவை. மிகவும் தடிமனான ஒரு பூச்சு, கொள்ளளவை அதிகரிக்கக்கூடும், ஆனால் அது மின்னோட்ட வெளியேற்றத் திறனைக் குறைத்து, உள் மின்தடையை அதிகரிக்கலாம். இதற்கு நேர்மாறாக, மிகவும் மெல்லிய ஒரு பூச்சு கொள்ளளவைக் குறைக்கும்.

4. உலர்த்துதல் மற்றும் ஈரப்பதக் கட்டுப்பாடு

பூச்சுக்குப் பிறகு, கரைப்பானை ஆவியாக்குவதற்காக அந்தத் தகடு ஒரு உலர்த்தும் அடுப்பில் வைக்கப்படுகிறது. பிணைப்பானின் கட்டமைப்பைச் சேதப்படுத்தாமல் கரைப்பான் முழுமையாக அகற்றப்படுவதை உறுதிசெய்ய, இந்தக் கட்டத்திற்குத் துல்லியமான வெப்பநிலையும் நேரமும் தேவைப்படுகின்றன. சுற்றுச்சூழல் பாதிப்பையும் உற்பத்திச் செலவுகளையும் குறைப்பதற்காக, NMP போன்ற கரைப்பான்கள் பொதுவாக ஒரு மீட்பு அமைப்பு மூலமாகவும் கையாளப்படுகின்றன.

பல மின்கலத் தொழிற்சாலைகளில், மின்முனை உற்பத்திப் பகுதியில் மிகவும் கடுமையான ஈரப்பதக் கட்டுப்பாடுகள் பின்பற்றப்படுகின்றன. அதிகப்படியான ஈரப்பதம் மின்பகுளியுடன் வினைபுரிந்து, வாயு உருவாக்கம் அல்லது செயல்திறன் குறைவை ஏற்படுத்தக்கூடும். எனவே, சில செயல்முறைகள் மிகக் குறைந்த ஈரப்பதம் கொண்ட உலர்ந்த அறைகளில் மேற்கொள்ளப்படுகின்றன.

5. காலெண்டரிங்: மின்முனையின் இறுக்கம்

பின்னர், உலர்த்தப்பட்ட அந்தத் தகடு, உயர் அழுத்த உருளைகளைப் பயன்படுத்தி இறுக்கப்படும் காலெண்டரிங் செயல்முறைக்கு உட்படுத்தப்படுகிறது. இதன் நோக்கம்:
– மின்முனையின் தடிமனை மேலும் சீராக்குகிறது
– கனஅளவிற்கான ஆற்றல் அடர்த்தியை (கனஅளவு ஆற்றல் அடர்த்தி) அதிகரிக்கவும்
– செயல்படும் பொருள் துகள்களுக்கும் மின்னோட்ட சேகரிப்பான்களுக்கும் இடையிலான தொடர்பை மேம்படுத்துகிறது

காலெண்டரிங் சமச்சீராக இருக்க வேண்டும்: அதிகப்படியான காலெண்டரிங் நுண்துளைத்தன்மையைக் குறைத்து, லித்தியம் அயனிகள் நகர்வதை மேலும் கடினமாக்கி, செயல்திறனைக் குறைக்கும். மிகக் குறைவான காலெண்டரிங் மின்முனைகளை உடையக்கூடியதாக மாற்றி, மின்தடையை அதிகரிக்கும்.

6. பிளத்தல் மற்றும் வெட்டுதல் (மின்முனை வெட்டுதல்)

அடுத்து, டேப்லெட் பேட்டரி செல் வடிவமைப்பிற்கு ஏற்ற அளவில் பெரிய மின்முனைத் தகடுகள் வெட்டப்படுகின்றன. இந்தச் செயல்முறையில் பின்வருவன அடங்கும்:
– கீறுதல்: தாள்களைக் குறுகிய சுருள்களாக வெட்டுதல்
– வெட்டுதல்/துளையிடுதல்: அளவுகளுக்கு ஏற்ப மின்முனைத் தகடுகளை வெட்டுதல்

இந்த நிலையில், உள் குறுக்குச் சுற்றுகளைத் தூண்டக்கூடிய கூர்முனைகளைத் தடுக்க, சுத்தமான மற்றும் துல்லியமான வெட்டும் விளிம்புகள் மிக முக்கியமானவை. மெல்லிய பை வடிவ மின்கல மாத்திரையானது, மின்முனைகளில் உள்ள சிறிய குறைபாடுகளுக்குக் குறிப்பாக எளிதில் பாதிப்படையக்கூடியது.

7. மின்கல அமைப்பு: அடுக்கமைத்தல் அல்லது சுருட்டுதல்

பின்னர் ஆனோடு மற்றும் கேத்தோடு மின்முனைகள் ஒரு பிரிப்பானுடன் ஒன்றாக இணைக்கப்படுகின்றன. இதில் இரண்டு பொதுவான முறைகள் உள்ளன:
1. அடுக்கமைவு: ஆனோடு-பிரிப்பான்-கேத்தோடு அடுக்குகள் மீண்டும் மீண்டும் அடுக்கப்படுகின்றன. செவ்வக வடிவ இடத்தை திறமையாகப் பயன்படுத்த முடிவதால், இது மெல்லிய பை வடிவ மின்கலங்களில் பொதுவாகக் காணப்படுகிறது.
2. சுருட்டுதல்: மின்முனையும் பிரிப்பானும் ஒரு ஜெல்லி ரோல் போலச் சுருட்டப்படுகின்றன. இந்த முறை பெரும்பாலும் உருளை வடிவத்தில் இருக்கும், ஆனால் சில பைகளிலும் சுருட்டும் முறையைப் பயன்படுத்தலாம்.

டேப்லெட் பேட்டரிகளைப் பொறுத்தவரை, அடுக்கி வைக்கும் முறை பெரும்பாலும் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது. ஏனெனில் அது மெல்லிய வடிவமைப்பு, மிகவும் சீரான வெப்பப் பரவல் மற்றும் டேப்லெட்டின் உட்புற இடத்திற்குப் பொருந்தக்கூடிய வடிவம் ஆகியவற்றை வழங்குகிறது.

8. டேப் வெல்டிங் மற்றும் இணைப்பு ஒருங்கிணைப்பு

ஒவ்வொரு மின்முனையிலும், மின்கல முனையத்திற்கு இணைப்புப் பாதையை வழங்கும் ஒரு இணைப்பு முனை உள்ளது:
– ஆனோடு முனை பொதுவாக தாமிரத்துடன் இணைக்கப்பட்டிருக்கும்.
– அலுமினியத்திற்கான எதிர்மின்வாய் இணைப்பு

அல்ட்ராசோனிக் வெல்டிங் அல்லது லேசர் வெல்டிங் போன்ற நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி இணைப்புகள் பற்றவைக்கப்படுகின்றன. பற்றவைப்பின் தரம், உள் எதிர்ப்புத்திறனையும் இயந்திர வலிமையையும் தீர்மானிக்கிறது. தரமற்ற இணைப்புகள் மின்னேற்றம்/மின்னிறக்கத்தின் போது வெப்பமடைந்து, செயல்திறனைக் குறைப்பதுடன், செயலிழப்பு ஏற்படும் அபாயத்தையும் ஏற்படுத்தக்கூடும்.

9. ஆரம்பப் பையிடுதல் மற்றும் மூடுதல்

மின்கல அடுக்கு முழுமையடைந்ததும், அந்த அலகு லேமினேட் செய்யப்பட்ட அலுமினியம்-பிளாஸ்டிக் பையில் வைக்கப்படுகிறது. பின்னர், உள்ளிருக்கும் கூறுகளை நிலையாக வைத்திருக்கவும், அதே சமயம் அடுத்த கட்டமான மின்பகுளி நிரப்புதலுக்கு வழிவிடவும் அந்தப் பை பகுதியளவு மூடப்படுகிறது.

அந்தப் பையின் வடிவமைப்பு, லேசான உள் அழுத்தத்தைத் தாங்கக்கூடியதாகவும், ஈரப்பதம்/ஆக்ஸிஜன் உட்புகுவதைக் குறைக்கவும், மெல்லிய சாதனங்களுக்கு இடமளிக்கும் வகையில் நெகிழ்வுத்தன்மை கொண்டதாகவும் இருக்க வேண்டும்.

10. மின்பகுளி நிரப்புதல் மற்றும் வெற்றிட செயல்முறை

ஒரு சிறப்புத் துளை வழியாக மின்கலத்தினுள் மின்பகுளி செலுத்தப்படுகிறது. இந்தச் செயல்முறை பெரும்பாலும் வெற்றிடத்தின் கீழ் பின்வரும் காரணங்களுக்காக மேற்கொள்ளப்படுகிறது:
– மின்முனை மற்றும் பிரிப்பானின் துளைகளிலிருந்து காற்றை நீக்குகிறது
– மின்பகுளி சீராக உறிஞ்சப்படுவதை உறுதிசெய்யவும்
– செயல்திறனைக் குறைக்கக்கூடிய குமிழ்கள் ஏற்படும் அபாயத்தைக் குறைக்கிறது.

மின்பகுளி நிரப்பப்பட்ட பிறகு, பை மேலும் இறுக்கமாக மூடப்படுகிறது, ஆனால் பொதுவாக உருவாக்கம் முடிந்த பின்னரும் வாயு வெளியேற்றும் ஒரு கட்டம் இருக்கும்.

11. உருவாக்கம்: SEI-இன் ஆரம்ப நிரப்புதல் மற்றும் உருவாக்கம்

உருவாக்க நிலை என்பது மிக முக்கியமான பகுதிகளில் ஒன்றாகும். மின்கலமானது, நேர்மின்வாயின் மீது ஒரு திட மின்பகுளி இடைமுக (SEI) அடுக்கை உருவாக்குவதற்காக, கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மின்னேற்ற-மின்னிறக்க சுழற்சிகளுக்கு உட்படுகிறது. இந்த SEI, சேதப்படுத்தும் பக்க வினைகளைக் குறைக்கும் அதே வேளையில், லித்தியம் அயனிகளை ஊடுருவிச் செல்ல அனுமதிக்கும் ஒரு நிலையான "பாதுகாப்பு அடுக்காக" செயல்படுகிறது.

உருவாக்கம் கணிசமான நேரத்தை எடுத்துக்கொள்கிறது மற்றும் மின்னோட்டம், மின்னழுத்தம், மற்றும் வெப்பநிலை ஆகியவற்றைக் கண்காணிக்க வேண்டியது அவசியம். உருவாகும் SEI-இன் தரம் பின்வருவனவற்றைப் பாதிக்கிறது:
– ஆரம்ப கொள்ளளவு
– சுழற்சி வாழ்க்கை
– பேட்டரி பாதுகாப்பு (அதிகப்படியான மின்னேற்றம்/அதிகப்படியான வெப்பத்திற்கு எதிரான நிலைத்தன்மை)

12. வாயு நீக்கம், இறுதி முத்திரையிடல் மற்றும் பதப்படுத்துதல்

உருவாக்கத்தின் போது, ​​ஆரம்ப வேதிவினையின் காரணமாக வாயு உருவாகலாம். எனவே, பையிலிருந்து வாயுவை அகற்றும் வாயுநீக்கம் செய்யப்படுகிறது, அதனைத் தொடர்ந்து, பொதி முழுமையாக மூடப்பட்டிருப்பதை உறுதிசெய்ய இறுதியாக இறுக்கமாக மூடப்படுகிறது.

இதற்குப் பிறகு, மின்கலங்கள் பெரும்பாலும் ஒரு முதிர்ச்சி நிலைக்குள் நுழைகின்றன: அவற்றின் மின் பண்புகளை நிலைப்படுத்தவும், குறைபாடுகளை முன்கூட்டியே கண்டறியவும் அவை ஒரு குறிப்பிட்ட காலத்திற்குச் சேமித்து வைக்கப்படுகின்றன. இந்தக் கட்டத்தில், அசாதாரண மின்னழுத்த வீழ்ச்சிகள் அல்லது மின்னோட்டக் கசிவை (தன்னிலையிழப்பு) வெளிப்படுத்தும் மின்கலங்கள் பிரித்தெடுக்கப்படுகின்றன.

13. சோதனை மற்றும் தரக் கட்டுப்பாடு

டேப்லெட் பேட்டரிகள் பயனர்களுக்கு அருகில் நிறுவப்படுவதாலும், பல்வேறு சூழ்நிலைகளில் அடிக்கடி பயன்படுத்தப்படுவதாலும், அவை கடுமையான தரநிலைகளைப் பூர்த்தி செய்ய வேண்டும். சோதனையில் பொதுவாக பின்வருவன அடங்கும்:
– கொள்ளளவு (mAh/Wh) மற்றும் மின்கலங்களுக்கு இடையேயான நிலைத்தன்மை
– உள் மின்மறுப்பு/மின்தடை
– கசிவு மின்னோட்ட (தன்னிச்சை வெளியேற்ற) சோதனை
– குறுக்குச் சுற்றுச் சோதனை, மிகை மின்னேற்றச் சோதனை, வெப்ப நிலைத்தன்மைச் சோதனை மற்றும் அழுத்தச் சோதனை போன்ற பாதுகாப்புச் சோதனைகள்
– நேரடிப் பரிசோதனை: தடிமன், வீக்கம், மூடும் தரம் மற்றும் அடைப்பானில் உள்ள குறைபாடுகள்.

பல உற்பத்தியாளர்கள் தடமறியும் அமைப்புகளையும் செயல்படுத்துகின்றனர்: மூலப்பொருள் தொகுப்புகள் மற்றும் உற்பத்தி அளவுருக்களைக் கண்காணிக்க ஒவ்வொரு கலமும் குறியிடப்படுகிறது.

14. டேப்லெட்களில் பயன்படுத்துவதற்காக BMS/PCM உடன் ஒருங்கிணைப்பு

டேப்லெட் சாதனங்களில், பேட்டரியானது பொதுவாக ஒரு பாதுகாப்புச் சுற்றுடன் (எளிய PCM/BMS) இணைக்கப்பட்டிருக்கும், அது பின்வருவனவற்றை ஒழுங்குபடுத்துகிறது:
– அதிகப்படியான மின்னேற்றம் மற்றும் அதிகப்படியான மின்னிறக்கப் பாதுகாப்பு
– மிகை மின்னோட்டம் மற்றும் குறுக்குச் சுற்று பாதுகாப்பு
– சென்சார் மூலம் வெப்பநிலை கண்காணிப்பு (NTC)
– சில சமயங்களில் பேட்டரி சதவீதத்தைக் கணக்கிட எரிபொருள் அளவீட்டுக் கருவியும் இதில் அடங்கும்.

மின்சார மேலாண்மையின் சில செயல்பாடுகள் டேப்லெட் மதர்போர்டால் செய்யப்பட்டாலும், பேட்டரியில் உள்ள பாதுகாப்புத் தொகுதி பாதுகாப்பிற்கு இன்றியமையாததாக உள்ளது.

முடிவுரை

டேப்லெட்டுகளுக்கான லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் உற்பத்தி செயல்முறையானது, மூலப்பொருள் வேதியியல், துல்லியமான உற்பத்திப் பொறியியல் மற்றும் பல அடுக்கு தரக் கட்டுப்பாடு ஆகியவற்றின் ஒரு கலவையாகும். கூழ்மத்தைக் கலப்பது, பூசுவது, உலர்த்துவது, உருளை வடிவம் கொடுப்பது, மின்முனைகளை வெட்டுவது, அடுக்கி/சுருள் பொருத்துவது, மின்பகுளியை நிரப்புவது, உருவாக்குவது மற்றும் இறுதிச் சோதனை வரையிலான படிநிலைகள், பேட்டரியின் செயல்திறனான கொள்ளளவு, ஆயுட்காலம், நிலைத்தன்மை மற்றும் பாதுகாப்பைத் தீர்மானிக்கின்றன. டேப்லெட்டுகளுக்கு மெல்லிய அதே சமயம் சக்திவாய்ந்த பேட்டரிகள் தேவைப்படுவதால், உற்பத்தியாளர்கள் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி கொண்ட வடிவமைப்புகளை, ஆற்றல் வெளியேற்றம் மற்றும் பாதுகாப்புத் தேவைகளுடன் சமநிலைப்படுத்த வேண்டும். இதன் இறுதி விளைவாக, படிப்பது, வேலை செய்வது, விளையாடுவது மற்றும் கேம்ஸ் விளையாடுவது போன்ற அன்றாடச் செயல்பாடுகளை நம்பகத்தன்மையுடன் ஆதரிக்கக்கூடிய ஒரு கச்சிதமான பேட்டரி உருவாகிறது.

நீங்கள் விரும்பினால், இந்தக் கட்டுரையை நான் மேலும் தொழில்நுட்பம் சார்ந்ததாக மாற்றியமைக்க முடியும் (உதாரணமாக, NMC மற்றும் LCO எதிர்மின்வாய் கலவை, பூச்சு அளவுருக்கள் அல்லது பாதுகாப்பு சோதனைத் தரநிலைகள் பற்றி விவாதிக்கலாம்), அல்லது பள்ளி மாணவர்கள் எளிதில் புரிந்துகொள்ளும் வகையில் ஒரு பதிப்பை உருவாக்க முடியும்.