लिथियम बैटरी प्रयोगशालाओं के अनुसंधान और विकास में, इलेक्ट्रोड तैयारी से लेकर बैटरी असेंबली और प्रदर्शन परीक्षण तक, प्रक्रिया का समर्थन करने के लिए विशेष उपकरणों के एक सेट की आवश्यकता होती है।लिथियम बैटरी प्रयोगशालाओं के अनुसंधान और विकास में, इलेक्ट्रोड तैयारी से लेकर बैटरी असेंबली और प्रदर्शन परीक्षण तक, प्रक्रिया का समर्थन करने के लिए विशेष उपकरणों के एक सेट की आवश्यकता होती है। इन उपकरणों की सटीकता और स्थिरता सीधे अनुसंधान डेटा की विश्वसनीयता निर्धारित करती है। इन उपकरणों की सटीकता और स्थिरता सीधे अनुसंधान डेटा की विश्वसनीयता निर्धारित करती है। यह लेख प्रयोगशालाओं में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले लिथियम बैटरी उपकरणों पर केंद्रित है और उनके कार्यों और अनुप्रयोग तर्क का विश्लेषण करता है। यह लेख प्रयोगशालाओं में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले लिथियम बैटरी उपकरणों पर केंद्रित है और उनके कार्यों और अनुप्रयोग तर्क का विश्लेषण करता है।
I. इलेक्ट्रोड तैयार करने के लिए मुख्य उपकरण
इलेक्ट्रोड तैयार करने के लिए प्रारंभिक उपकरण के रूप में, इसका मुख्य कार्य सक्रिय पदार्थों, प्रवाहकीय कारकों, बाइंडरों और विलायकों का एकसमान फैलाव प्राप्त करना है। आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले प्रयोगशाला मॉडल का प्रभावी आयतन 0.2 - 3 लीटर है, यह 50 - 500 आरपीएम के चरणहीन गति समायोजन का समर्थन करता है, और ≤ -0.095 एमपीए की निर्वात डिग्री से सुसज्जित है। यह घोल में बुलबुले के अवशेषों को रोक सकता है। उदाहरण के लिए, त्रिगुण धनात्मक इलेक्ट्रोड घोल की तैयारी में, यह उपकरण कमरे के तापमान पर तापमान को -80°C तक सटीक रूप से नियंत्रित करता है ताकि एन एम पी विलायक के तेजी से वाष्पीकरण को रोका जा सके, घोल की श्यानता की स्थिरता सुनिश्चित की जा सके और बाद की कोटिंग की नींव रखी जा सके।
2. छोटी दस्तकारी चाकू कोटिंग मशीन
लेपन मशीन मिश्रित घोल को करंट कलेक्टर (एल्युमिनियम फ़ॉइल/कॉपर फ़ॉइल) पर समान रूप से लेप करने की आवश्यकता होती है। प्रयोगशाला मॉडल में मोटाई को समायोजित करने के लिए ज़्यादातर ±5 माइक्रोन की सटीकता के साथ, स्कोअरिंग नाइफ का इस्तेमाल किया जाता है। यह उपकरण 1 - 50 मिमी/सेकंड की समायोज्य कोटिंग गति का समर्थन करता है, जो विभिन्न श्यानता वाले घोल के लिए उपयुक्त है - उदाहरण के लिए, सिलिकॉन-आधारित नेगेटिव इलेक्ट्रोड घोल को लेप करते समय, उच्च श्यानता के कारण घोल में धारियों से बचने के लिए गति को 5 - 10 मिमी/सेकंड तक कम करना पड़ता है, जिससे इलेक्ट्रोड शीट की मोटाई की एकरूपता सुनिश्चित होती है।
3. वैक्यूम ड्राइंग ओवन और रोलर प्रेस
विलायक को हटाने के लिए लेपित इलेक्ट्रोड शीट को सुखाने वाले ओवन में वैक्यूम सुखाने की आवश्यकता होती है। प्रयोगशाला उपकरण में तापमान नियंत्रण सटीकता ±1°C और वैक्यूम डिग्री ≤ -0.098 एमपीए है। यह इलेक्ट्रोड शीट को टूटने से बचाने के लिए एक चरणबद्ध तापमान वृद्धि कार्यक्रम (जैसे 60°C/2h → 80°C/4h) निर्धारित कर सकता है। सूखी इलेक्ट्रोड शीट को रोलर प्रेस से दबाया जाना चाहिए। प्रयोगशाला के छोटे रोलर प्रेस का दबाव 0 - 50 के.एन. की सीमा के भीतर समायोजित किया जा सकता है, और रोलर का व्यास अधिकतर 80 - 120 मिमी होता है। दबाव को नियंत्रित करके (जैसे धनात्मक इलेक्ट्रोड के लिए 20 - 30 के.एन. और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड के लिए 15 - 20 के.एन.), इलेक्ट्रोड शीट के घनत्व को समायोजित किया जा सकता है, जिससे बैटरी की क्षमता और चक्र प्रदर्शन प्रभावित होता है।
द्वितीय. बैटरी असेंबली और सीलिंग उपकरण
1. ग्लव बॉक्स (निष्क्रिय गैस संरक्षण)
बेलनाकार और पाउच बैटरियों के संयोजन में, ग्लव बॉक्स एक शुष्क और ऑक्सीजन-मुक्त वातावरण (जल-ऑक्सीजन मात्रा ≤ 1 पीपीएम) प्रदान कर सकता है, जिससे इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट हवा के संपर्क में नहीं आते। प्रयोगशालाओं में आमतौर पर गैस शोधन प्रणालियों और निर्वात स्थानांतरण कक्षों से सुसज्जित दोहरे-स्टेशन वाले ग्लव बॉक्स का उपयोग इलेक्ट्रोड शीट काटने, वाइंडिंग (या स्टैकिंग) और इलेक्ट्रोलाइट टपकाने जैसे कार्यों को पूरा करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, सॉलिड-स्टेट बैटरियों को असेंबल करते समय, सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रोलाइट को नमी सोखने और उसकी प्रभावशीलता कम होने से बचाने के लिए पूरी प्रक्रिया ग्लव बॉक्स में ही करनी चाहिए।
2. बेलनाकार बैटरियों के लिए सीलिंग मशीन
सीआर2032 जैसी सामान्य बेलनाकार बैटरियों के लिए, प्रयोगशाला सीलिंग मशीन हाइड्रोलिक या मैनुअल दबाव विधियों का उपयोग करती है, जिसमें समायोज्य सीलिंग दबाव (आमतौर पर 0.5-2 एमपीए) होता है। उपकरण को इलेक्ट्रोलाइट रिसाव को रोकने के लिए सीलिंग प्रदर्शन सुनिश्चित करना चाहिए और अत्यधिक दबाव के कारण बैटरी आवरण के विकृत होने और बाद के परीक्षणों को प्रभावित करने से भी रोकना चाहिए।
तृतीय. प्रदर्शन परीक्षण के लिए प्रमुख उपकरण
1. बैटरी परीक्षक (चार्जिंग और डिस्चार्जिंग परीक्षण प्रणाली)
इस मुख्य उपकरण का उपयोग बैटरी क्षमता, चक्र जीवन और दर प्रदर्शन जैसे मापदंडों का परीक्षण करने के लिए किया जाता है। प्रयोगशाला मॉडल में आमतौर पर 8-32 चैनल होते हैं, जिनकी धारा सीमा 0.001-10 एम्पियर और वोल्टेज सटीकता ±0.1 एमवी होती है। परीक्षण के दौरान, विभिन्न शोध आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, कई चार्जिंग और डिस्चार्जिंग व्यवस्थाएँ निर्धारित की जा सकती हैं, जैसे कि स्थिर धारा स्थिर वोल्टेज चार्जिंग (सीसी-सीवी) और चरणबद्ध चार्जिंग और डिस्चार्जिंग - उदाहरण के लिए, बैटरी चक्र प्रदर्शन का परीक्षण करते समय, अक्सर 1C चार्जिंग और डिस्चार्जिंग दर का उपयोग किया जाता है, और 500 चक्रों के बाद क्षमता प्रतिधारण दर दर्ज की जाती है।
2. इलेक्ट्रोकेमिकल वर्कस्टेशन
इसका उपयोग मुख्य रूप से विद्युत-रासायनिक विश्लेषण, जैसे प्रत्यावर्ती धारा प्रतिबाधा (ईआईएस) और चक्रीय वोल्टमेट्री (सीवी) के लिए किया जाता है, ताकि बैटरी में आवेश स्थानांतरण प्रतिरोध और लिथियम आयन विसरण गुणांक जैसी सूक्ष्म विशेषताओं का पता लगाया जा सके। प्रयोगशालाओं में आमतौर पर 10 μHz-1 मेगाहर्टज आवृत्ति परास और 1 देहात धारा विभेदन वाले कार्यस्थानों का उपयोग किया जाता है। इन्हें बेलनाकार और पाउच बैटरियों के लिए इन-सीटू परीक्षण करने हेतु विशेष उपकरणों से सुसज्जित किया जा सकता है, जो बैटरी क्षरण तंत्र के विश्लेषण हेतु डेटा सहायता प्रदान करते हैं।
चतुर्थ. उपकरण सहयोग और अनुसंधान मूल्य
प्रयोगशाला में लिथियम बैटरी उपकरण को एक "तैयारी - संयोजन - परीक्षण" बंद लूप बनाना चाहिए: उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोड शीट की गुणवत्ता को नियंत्रित करने के लिए स्लरी मिक्सिंग मशीन और कोटिंग मशीन के माध्यम से, ग्लव बॉक्स में संयोजन के बाद, परीक्षक और कार्य केंद्र का उपयोग प्रदर्शन को सत्यापित करने के लिए किया जाता है, और फिर परीक्षण परिणामों का उपयोग उपकरण मापदंडों (जैसे मिश्रण समय और कोटिंग की मोटाई को समायोजित करना) को उलटने के लिए अनुकूलित करने के लिए किया जाता है। यह उपकरण प्रणाली न केवल छोटे पैमाने के प्रयोगों की पुनरावृत्ति सुनिश्चित करती है, बल्कि नई सामग्रियों (जैसे नई कैथोड सामग्री, ठोस-अवस्था इलेक्ट्रोलाइट्स) की अनुप्रयोग क्षमता का शीघ्रता से सत्यापन भी करती है, जिससे लिथियम बैटरी प्रौद्योगिकी के पुनरावृत्त विकास के लिए महत्वपूर्ण सहायता मिलती है।
