Wichtige Punkte beim Flächendichtedesign von Lithium-Ionen-Batterien

Flächendichte (mg/cm² ⁾ : Mit Flächendichte ist die Masse pro Flächeneinheit gemeint, die in diesem Fall (die Masse pro Flächeneinheit der Region ohne Berücksichtigung des Volumens) ist.

Kompaktdichte (g/cm³ ⁾ : Die Kompaktdichte gibt die in einem Einheitsvolumen enthaltene Masse an und hat viel mit den Eigenschaften des Materials selbst zu tun.

Dicke: Die Gesamtdicke des Materials und der Folie wird im Allgemeinen in Mikrometern (μm) angegeben.

Flächendichte (g/cm ³ ) = Pressdichte (mg/cm ² )/Dicke (μm)

Wichtige Punkte beim Flächendichtedesign von Lithium-Ionen-Akkus:

Im Allgemeinen wird beim Entwurf einer Batterie die Kapazität bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Anzahl der Schichten und die Flächendichte basierend auf der Grammkapazität des Materials und dem Anteil der Wirkstoffe bestimmt.

Wenn wir beispielsweise feststellen, dass die bifaziale Dichte einer Batterie 30 mg/cm² ^und die Verdichtungsdichte 2,5 g/cm³ beträgt ^, können wir ihre Dicke berechnen.

Dicke = Flächendichte / Kompaktdichte = 30 mg.cm² ^{/ 2,5} g.cm³ = 120 μm (ohne Foliendicke)

Die Einheit der Flächendichte ist (mg/cm ² ). Je höher die Flächendichte, desto mehr aktive Materialien sind auf derselben Elektrodenfläche vorhanden und desto höher ist die Energiedichte der Batteriezelle.

Die Reduzierung der Flächendichte ist der effektivste Weg, um Hochleistungsbatterien zu entwickeln, und die Erhöhung der Flächendichte ist der effektivste Weg, um Hochenergiebatterien zu entwickeln. Je geringer die Flächendichte der Elektrode ist, desto dünner ist die Dicke, was die Diffusionsdistanz von Li+ direkt verringern kann und auch die Schäden an der Materialstruktur, die durch die zyklische Einfügung und Extraktion von Lithiumionen verursacht werden, sind geringer.

Abbildung 1 - Schnellladeleistung von LCO-Batterien bei unterschiedlicher Flächendichte

Theoretisch ist es umso vorteilhafter, die Leistung zu verbessern, je geringer die Flächendichte ist. Allerdings hat das Design der Flächendichte auch eine Untergrenze, denn wenn die Flächendichte einen bestimmten Wert unterschreitet, können die großen Partikel in der Aufschlämmung nicht durch die Düse der Beschichtungsmaschine gelangen, was zu Partikelkratzern führt, die sich ebenfalls negativ auf die Batterie auswirken.

Darüber hinaus haben Batterien nicht nur Ratenanforderungen, sondern auch Kapazitätsanforderungen. Eine einfache Reduzierung der Flächendichte erhöht zwangsläufig die Anzahl der Elektrodenschichten, und eine Erhöhung der Anzahl der Schichten erhöht auch das Risiko. Bei einigen 3C-Zellen wird die Flächendichte im Allgemeinen reduziert, um die Ratenleistung der Batterie zu verbessern. Bei Energiespeicherbatterien entscheiden sich viele dafür, die Flächendichte zu erhöhen und die Energiedichte der Batteriezelle zu erhöhen.