Gęstość powierzchniowa (mg/cm2):Gęstość powierzchniowa odnosi się do masy na jednostkę powierzchni, która w tym przypadku wynosi (masa na jednostkę powierzchni obszaru, ignorując objętość).
Gęstość zagęszczona (g/cm3):Gęstość po zagęszczeniu określa masę zawartą w jednostce objętości, co w dużej mierze zależy od właściwości samego materiału.
Grubość:Całkowitą grubość materiału i folii wyraża się zazwyczaj w mikronach (μm).
Gęstość powierzchniowa (g/cm3)= Gęstość zagęszczona (mg/cm2)/ Grubość (μm)
Kluczowe punkty projektowania gęstości powierzchniowej baterii litowo-jonowej:
Zazwyczaj podczas projektowania baterii określa się pojemność. W tym momencie liczba warstw i gęstość powierzchniowa są określane na podstawie pojemności gramowej materiału i proporcji substancji czynnych.
Na przykład, jeżeli ustalimy, że gęstość dwustronna baterii wynosi 30 mg/cm2a gęstość zagęszczenia wynosi 2,5 g/cm3, możemy obliczyć jego grubość.
Grubość=Gęstość powierzchniowa / Gęstość zagęszczona =30mg.cm2/2,5 g.cm3=120 μm (bez grubości folii)
Jednostką gęstości powierzchniowej jest (mg/cm2). Im wyższa gęstość powierzchniowa, tym więcej aktywnych materiałów zajmuje na tym samym obszarze elektrody i tym wyższa gęstość energii ogniwa baterii.
Zmniejszenie gęstości powierzchniowej jest najskuteczniejszym sposobem projektowania baterii o dużej mocy, a zwiększenie gęstości powierzchniowej jest najskuteczniejszym sposobem projektowania baterii o dużej mocy. Im mniejsza gęstość powierzchniowa elektrody, tym cieńsza grubość, co może bezpośrednio zmniejszyć odległość dyfuzji Li+, a uszkodzenia struktury materiału spowodowane cyklicznym wprowadzaniem i wyciąganiem jonów litu są również mniejsze.
Rysunek 1- Wydajność szybkiego ładowania akumulatorów LCO przy różnej gęstości powierzchniowej
Teoretycznie, im mniejsza gęstość powierzchniowa, tym korzystniejsza jest poprawa wydajności szybkości. Jednak projekt gęstości powierzchniowej ma również dolną granicę, ponieważ gdy gęstość powierzchniowa jest mała do pewnej wartości, duże cząsteczki w zawiesinie nie mogą przejść przez matrycę maszyny do powlekania, co powoduje zarysowania cząsteczek, co również będzie miało negatywny wpływ na akumulator.
Ponadto baterie mają nie tylko wymagania dotyczące szybkości, ale także pojemności. Samo zmniejszenie gęstości powierzchniowej nieuchronnie zwiększy liczbę warstw elektrod, a zwiększenie liczby warstw również zwiększa ryzyko. W przypadku niektórych ogniw 3C gęstość powierzchniowa jest na ogół zmniejszana w celu poprawy wydajności szybkościowej baterii. W przypadku baterii do magazynowania energii wiele z nich zdecyduje się na zwiększenie gęstości powierzchniowej i zwiększenie gęstości energii ogniwa baterii.
