Densidad de área (mg/cm)2):La densidad superficial se refiere a la masa por unidad de área, que en este caso es (la masa por unidad de área de la región ignorando el volumen).
Densidad compactada (g/cm3):La densidad compactada indica la masa contenida en una unidad de volumen, lo que tiene mucho que ver con las propiedades del propio material.
Espesor:El espesor total del material y de la lámina se expresa generalmente en micrones (μm).
Densidad superficial (g/cm)3)= Densidad compactada (mg/cm2)/ Espesor (μm)
Puntos clave del diseño de densidad de área de baterías de iones de litio:
Generalmente, al diseñar una batería se determina la capacidad. En este momento, el número de capas y la densidad superficial se determinan en función de la capacidad en gramos del material y la proporción de sustancias activas.
Por ejemplo, si determinamos que la densidad bifacial de una batería es 30 mg/cm2y la densidad de compactación es de 2,5 g/cm3, podemos calcular su espesor.
Espesor=Densidad superficial / Densidad compactada =30 mg.cm2/2,5 g.cm3=120 μm (sin espesor de lámina)
La unidad de densidad superficial es (mg/cm2). Cuanto mayor sea la densidad del área, más materiales activos ocupará en la misma área del electrodo y mayor será la densidad de energía de la celda de la batería.
Reducir la densidad del área es la forma más eficaz de diseñar baterías de alta capacidad, y aumentar la densidad del área es la forma más eficaz de diseñar baterías de alta energía. Cuanto menor sea la densidad del área del electrodo, más fino será el espesor, lo que puede reducir directamente la distancia de difusión de Li+ y el daño a la estructura del material causado por la inserción y extracción cíclica de iones de litio también es menor.
Figura 1- Rendimiento de carga rápida de baterías LCO a diferentes densidades de área
En teoría, cuanto menor sea la densidad del área, más beneficioso será para mejorar el rendimiento de la tasa. Sin embargo, el diseño de la densidad del área también tiene un límite inferior, porque cuando la densidad del área es pequeña hasta un cierto valor, las partículas grandes en la lechada no pueden pasar a través de la matriz de la máquina de recubrimiento, lo que da como resultado rayones de partículas, que también tendrán un impacto negativo en la batería.
Además, las baterías no solo tienen requisitos de velocidad, sino también de capacidad. La simple reducción de la densidad superficial aumentará inevitablemente la cantidad de capas de electrodos, y el aumento de la cantidad de capas también aumenta el riesgo. En el caso de algunas celdas 3C, la densidad superficial generalmente se reduce para mejorar el rendimiento de velocidad de la batería. En el caso de las baterías de almacenamiento de energía, muchas optarán por aumentar la densidad superficial y aumentar la densidad energética de la celda de la batería.
