نقطه کلیدی طراحی چگالی منطقه ای باتری لیتیوم یون

چگالی سطحی (mg/cm²):چگالی سطحی به جرم در واحد سطح اشاره دارد که در این حالت (جرم در واحد سطح ناحیه بدون توجه به حجم) است.

چگالی فشرده (g/cm³):چگالی متراکم نشان دهنده جرم موجود در یک واحد حجم است که ارتباط زیادی با خواص خود ماده دارد.

ضخامت:ضخامت کل مواد و فویل به طور کلی در میکرون (μm) بیان می شود.

چگالی سطحی (g/cm³)= چگالی فشرده (mg/cm²)/ ضخامت (μm)

نکات کلیدی طراحی چگالی منطقه ای باتری لیتیوم یون:

به طور کلی، هنگام طراحی یک باتری، ظرفیت تعیین می شود. در این زمان، تعداد لایه ها و چگالی سطحی بر اساس ظرفیت گرمی ماده و نسبت مواد فعال تعیین می شود.

به عنوان مثال، اگر تعیین کنیم که چگالی دو وجهی یک باتری 30 میلی گرم بر سانتی متر است²و چگالی تراکم 2.5 گرم بر سانتی متر است³، می توانیم ضخامت آن را محاسبه کنیم.

ضخامت=چگالی سطحی / چگالی فشرده =30mg.cm²/2.5 گرم سانتی متر³=120 میکرومتر (بدون ضخامت فویل)

واحد چگالی سطحی (mg/cm²). هر چه چگالی سطحی بیشتر باشد، مواد فعال بیشتری را در همان ناحیه از الکترود اشغال می کند و چگالی انرژی سلول باتری بیشتر می شود.

کاهش چگالی منطقه ای موثرترین راه برای طراحی باتری های با نرخ بالا و افزایش چگالی منطقه ای موثرترین راه برای طراحی باتری های پر انرژی است. هرچه چگالی سطحی الکترود کمتر باشد، ضخامت نازک‌تر است، که می‌تواند مستقیماً فاصله انتشار Li+ را کاهش دهد و آسیب به ساختار مواد ناشی از وارد کردن و استخراج چرخه‌ای یون‌های لیتیوم نیز کوچک‌تر است.

شکل 1- عملکرد شارژ سریع باتری‌های LCO در چگالی منطقه‌ای مختلف

از نظر تئوری، هرچه چگالی سطحی کمتر باشد، بهبود عملکرد نرخ سودمندتر است. با این حال، طرح چگالی سطحی نیز دارای حد پایین‌تری است، زیرا زمانی که چگالی سطحی به مقدار معینی کوچک باشد، ذرات بزرگ موجود در دوغاب نمی‌توانند از قالب دستگاه پوشش عبور کنند و در نتیجه خراش‌های ذرات ایجاد می‌شود که همچنین دارای یک تاثیر منفی روی باتری

علاوه بر این، باتری ها نه تنها نیاز به نرخ، بلکه نیاز به ظرفیت نیز دارند. صرفاً کاهش چگالی سطحی به طور اجتناب ناپذیری تعداد لایه های الکترود را افزایش می دهد و افزایش تعداد لایه ها نیز خطر را افزایش می دهد. برای برخی از سلول های 3C، چگالی منطقه ای به طور کلی کاهش می یابد تا عملکرد نرخ باتری بهبود یابد. برای باتری های ذخیره انرژی، بسیاری انتخاب می کنند که چگالی منطقه ای را افزایش دهند و چگالی انرژی سلول باتری را افزایش دهند.