Point clé de la conception de la densité surfacique des batteries lithium-ion

Densité surfacique (mg/cm²):La densité surfacique fait référence à la masse par unité de surface, qui dans ce cas est (la masse par unité de surface de la région en ignorant le volume).

Densité compactée (g/cm³):La densité compactée indique la masse contenue dans un volume unitaire, ce qui a beaucoup à voir avec les propriétés du matériau lui-même.

Épaisseur:L'épaisseur totale du matériau et de la feuille est généralement exprimée en microns (μm).

Densité surfacique (g/cm³)= Densité compactée (mg/cm²)/ Épaisseur (μm)

Points clés de la conception de la densité surfacique des batteries lithium-ion :

En règle générale, lors de la conception d'une batterie, la capacité est déterminée. À ce stade, le nombre de couches et la densité surfacique sont déterminés en fonction de la capacité en grammes du matériau et de la proportion de substances actives.

Par exemple, si nous déterminons que la densité bifaciale d’une batterie est de 30 mg/cm²et la densité de compactage est de 2,5 g/cm³, nous pouvons calculer son épaisseur.

Épaisseur=Densité surfacique / Densité compactée =30mg.cm²/2,5 g.cm³=120 μm (sans épaisseur de feuille)

L'unité de densité surfacique est (mg/cm²). Plus la densité surfacique est élevée, plus il y a de matériaux actifs occupés sur la même zone de l'électrode et plus la densité énergétique de la cellule de batterie est élevée.

La réduction de la densité surfacique est le moyen le plus efficace de concevoir des batteries à haut rendement, et l'augmentation de la densité surfacique est le moyen le plus efficace de concevoir des batteries à haute énergie. Plus la densité surfacique de l'électrode est faible, plus l'épaisseur est fine, ce qui peut réduire directement la distance de diffusion du Li+, et les dommages à la structure du matériau causés par l'insertion et l'extraction cycliques des ions lithium sont également plus faibles.

Figure 1- Performances de charge rapide des batteries LCO à différentes densités surfaciques

En théorie, plus la densité surfacique est faible, plus il est avantageux d'améliorer les performances de débit. Cependant, la conception de la densité surfacique a également une limite inférieure, car lorsque la densité surfacique est inférieure à une certaine valeur, les grosses particules de la suspension ne peuvent pas traverser la matrice de la machine de revêtement, ce qui entraîne des rayures de particules, ce qui aura également un impact négatif sur la batterie.

De plus, les batteries ont non seulement des exigences de débit, mais aussi de capacité. La simple réduction de la densité surfacique augmentera inévitablement le nombre de couches d'électrodes, et l'augmentation du nombre de couches augmente également le risque. Pour certaines cellules 3C, la densité surfacique est généralement réduite pour améliorer les performances de débit de la batterie. Pour les batteries de stockage d'énergie, beaucoup choisiront d'augmenter la densité surfacique et d'augmenter la densité énergétique de la cellule de batterie.