리튬이온 배터리 면적밀도 설계의 핵심

면적 밀도(mg/cm ² ) : 면적 밀도는 단위 면적당 질량을 말하며, 이 경우에는 부피를 무시한 영역의 단위 면적당 질량입니다.

압축 밀도(g/cm ³ ): 압축 밀도는 단위 부피에 포함된 질량을 나타내며 이는 재료 자체의 특성과 많은 관련이 있습니다.

두께: 재료와 호일의 총 두께는 일반적으로 미크론(μm)으로 표시됩니다.

면적 밀도(g/cm ³ )= 압축 밀도(mg/cm ² )/두께(μm)

리튬이온 배터리 면적 밀도 설계의 핵심 포인트:

일반적으로 배터리를 설계할 때 용량이 결정됩니다. 이때, 층수와 면밀도는 물질의 그램용량과 유효성분의 비율에 따라 결정된다.

예를 들어, 배터리의 양면 밀도가 30 mg/cm ² 이고 압축 밀도가 2.5 g/cm ³ 라고 판단하면 배터리의 두께를 계산할 수 있습니다.

두께 = 면적 밀도 / 압축 밀도 =30mg.cm ² /2.5 g.cm ³ =120 μm(호일 두께 제외)

면적 밀도의 단위는 (mg/cm ² )입니다. 면적 밀도가 높을수록 전극의 동일한 면적에서 차지하는 활성 물질이 많아지고 배터리 셀의 에너지 밀도가 높아집니다.

면적밀도를 줄이는 것이 고속 배터리를 설계하는 가장 효과적인 방법이며, 면적밀도를 높이는 것이 고에너지 배터리를 설계하는 가장 효과적인 방법입니다. 전극의 면적 밀도가 작을수록 두께가 얇아져 Li+의 확산 거리가 직접적으로 줄어들 수 있으며, 리튬 이온의 주기적 삽입 및 추출로 인한 재료 구조의 손상도 작아집니다.

그림 1 - 다양한 면적 밀도에서 LCO 배터리의 고속 충전 성능

이론적으로 면적 밀도가 작을수록 속도 성능을 향상시키는 것이 더 유리합니다. 그러나 면적 밀도 설계에는 하한이 있습니다. 왜냐하면 면적 밀도가 특정 값으로 작을 때 슬러리의 큰 입자가 코팅기의 다이를 통과할 수 없어 입자 긁힘이 발생하기 때문입니다. 배터리에 부정적인 영향을 미칩니다.

또한 배터리에는 속도 요구 사항뿐만 아니라 용량 요구 사항도 있습니다. 단순히 면적밀도를 줄이면 전극층 수가 늘어날 수밖에 없고, 층수를 늘리면 위험도 커진다. 일부 3C 셀의 경우 일반적으로 배터리 속도 성능을 향상시키기 위해 면적 밀도가 감소됩니다. 에너지 저장 배터리의 경우 많은 사람들이 면적 밀도를 높이고 배터리 셀의 에너지 밀도를 높이는 방법을 선택합니다.