النقطة الأساسية في تصميم كثافة المساحة لبطارية ليثيوم أيون

الكثافة المساحية(ملجم/سم²):تشير الكثافة المكانية إلى الكتلة لكل وحدة مساحة، والتي في هذه الحالة هي (الكتلة لكل وحدة مساحة من المنطقة تتجاهل الحجم).

الكثافة المضغوطة(جم/سم³):تشير الكثافة المضغوطة إلى الكتلة الموجودة في وحدة الحجم، والتي لها علاقة كبيرة بخصائص المادة نفسها.

سماكة:يتم التعبير عن السمك الإجمالي للمادة والرقائق عادةً بالميكرون (μm).

الكثافة المساحية(جم/سم³)= كثافة مضغوطة(ملجم/سم²)/ السمك (ميكرومتر)

النقاط الرئيسية لتصميم الكثافة المساحية لبطارية ليثيوم أيون:

بشكل عام، عند تصميم البطارية، يتم تحديد السعة. في هذا الوقت، يتم تحديد عدد الطبقات والكثافة المساحية بناءً على السعة الجرامية للمادة ونسبة المواد الفعالة.

على سبيل المثال، إذا حددنا أن كثافة الوجهين للبطارية هي 30 ملجم/سم²وكثافة الضغط 2.5 جم/سم3³، يمكننا حساب سمكها.

السمك=كثافة المساحة / الكثافة المضغوطة =30 ملجم/سم²/2.5 جرام/سم³=120 ميكرومتر (بدون سمك الرقاقة)

وحدة الكثافة المساحية هي (ملجم/سم3)²). كلما زادت الكثافة المساحية، زادت المواد النشطة التي تشغلها على نفس مساحة القطب، وزادت كثافة الطاقة في خلية البطارية.

إن تقليل الكثافة المساحية هو الطريقة الأكثر فعالية لتصميم البطاريات عالية السرعة، وزيادة الكثافة المساحية هي الطريقة الأكثر فعالية لتصميم البطاريات عالية الطاقة. فكلما كانت الكثافة المساحية للقطب أصغر، كلما كان سمكه أرق، مما قد يقلل بشكل مباشر من مسافة انتشار Li+، كما أن الضرر الذي يلحق ببنية المادة الناجم عن الإدخال والاستخراج الدوري لأيونات الليثيوم يكون أصغر أيضًا.

الشكل 1- أداء الشحن السريع لبطاريات LCO عند كثافات مساحة مختلفة

من الناحية النظرية، كلما كانت كثافة المساحة أصغر، كلما كان ذلك أكثر فائدة لتحسين أداء المعدل. ومع ذلك، فإن تصميم كثافة المساحة له أيضًا حد أدنى، لأنه عندما تكون كثافة المساحة صغيرة إلى قيمة معينة، لا يمكن للجسيمات الكبيرة في الملاط المرور عبر قالب آلة الطلاء، مما يؤدي إلى خدوش الجسيمات، والتي سيكون لها أيضًا تأثير سلبي على البطارية.

بالإضافة إلى ذلك، لا تتطلب البطاريات متطلبات معدل فحسب، بل تتطلب أيضًا سعة. إن تقليل كثافة المساحة سيؤدي حتمًا إلى زيادة عدد طبقات الأقطاب الكهربائية، كما أن زيادة عدد الطبقات تزيد من المخاطر. بالنسبة لبعض خلايا 3C، يتم تقليل كثافة المساحة بشكل عام لتحسين أداء معدل البطارية. بالنسبة لبطاريات تخزين الطاقة، سيختار العديد زيادة كثافة المساحة وزيادة كثافة طاقة خلية البطارية.