Densità areale (mg/cm2):La densità areale si riferisce alla massa per unità di area, che in questo caso è (la massa per unità di area della regione ignorando il volume).
Densità compattata (g/cm3):La densità compattata indica la massa contenuta in un'unità di volume, che ha molto a che fare con le proprietà del materiale stesso.
Spessore:Lo spessore totale del materiale e della lamina è generalmente espresso in micron (μm).
Densità areale (g/cm3)= Densità compattata (mg/cm2)/ Spessore (μm)
Punti chiave della progettazione della densità areale della batteria agli ioni di litio:
Generalmente, quando si progetta una batteria, si determina la capacità. In questo momento, il numero di strati e la densità areale vengono determinati in base alla capacità in grammi del materiale e alla proporzione di sostanze attive.
Ad esempio, se determiniamo che la densità bifacciale di una batteria è 30 mg/cm2e la densità di compattazione è 2,5 g/cm3, possiamo calcolarne lo spessore.
Spessore=Densità areale / Densità compattata =30mg.cm2/2,5 g.cm3=120 μm (senza spessore della lamina)
L'unità di densità areale è (mg/cm2). Maggiore è la densità areale, maggiore è la quantità di materiali attivi occupati sulla stessa area dell'elettrodo e maggiore è la densità energetica della cella della batteria.
Ridurre la densità areale è il modo più efficace per progettare batterie ad alta velocità, e aumentare la densità areale è il modo più efficace per progettare batterie ad alta energia. Minore è la densità areale dell'elettrodo, più sottile è lo spessore, il che può ridurre direttamente la distanza di diffusione di Li+, e anche il danno alla struttura del materiale causato dall'inserimento e dall'estrazione ciclica degli ioni di litio è minore.
Figura 1- Prestazioni di ricarica rapida delle batterie LCO a diversa densità areale
In teoria, più è piccola la densità areale, più è vantaggioso migliorare le prestazioni di velocità. Tuttavia, il design della densità areale ha anche un limite inferiore, perché quando la densità areale è piccola fino a un certo valore, le particelle grandi nella poltiglia non possono passare attraverso la matrice della macchina di rivestimento, con conseguenti graffi delle particelle, che avranno anche un impatto negativo sulla batteria.
Inoltre, le batterie non hanno solo requisiti di velocità, ma anche requisiti di capacità. La semplice riduzione della densità areale aumenterà inevitabilmente il numero di strati di elettrodi e l'aumento del numero di strati aumenta anche il rischio. Per alcune celle 3C, la densità areale è generalmente ridotta per migliorare le prestazioni di velocità della batteria. Per le batterie di accumulo di energia, molte sceglieranno di aumentare la densità areale e aumentare la densità energetica della cella della batteria.
