लिथियम-आयन बैटरी क्षेत्रीय घनत्व डिजाइन का मुख्य बिंदु

क्षेत्रीय घनत्व(मिलीग्राम/सेमी²):क्षेत्रीय घनत्व प्रति इकाई क्षेत्र द्रव्यमान को संदर्भित करता है, जो इस मामले में (आयतन को अनदेखा करते हुए क्षेत्र का प्रति इकाई क्षेत्र द्रव्यमान) है।

सघन घनत्व(g/सेमी³):सघन घनत्व एक इकाई आयतन में निहित द्रव्यमान को इंगित करता है, जिसका पदार्थ के गुणों से बहुत अधिक संबंध होता है।

मोटाई:सामग्री और पन्नी की कुल मोटाई सामान्यतः माइक्रोन (μm) में व्यक्त की जाती है।

क्षेत्रीय घनत्व(g/सेमी³)= सघन घनत्व(मिलीग्राम/सेमी²)/ मोटाई(μm)

लिथियम-आयन बैटरी क्षेत्रीय घनत्व डिजाइन के मुख्य बिंदु:

आम तौर पर बैटरी को डिज़ाइन करते समय, क्षमता निर्धारित की जाती है। इस समय, सामग्री की ग्राम क्षमता और सक्रिय पदार्थों के अनुपात के आधार पर परतों की संख्या और क्षेत्र घनत्व निर्धारित किया जाता है।

उदाहरण के लिए, यदि हम निर्धारित करते हैं कि किसी बैटरी का द्विमुखीय घनत्व 30 mg/cm2 है²और संघनन घनत्व 2.5 ग्राम/सेमी है³, हम इसकी मोटाई की गणना कर सकते हैं।

मोटाई=क्षेत्रीय घनत्व / संकुचित घनत्व =30mg.cm²/2.5 ग्राम.सेमी³=120 μm (पन्नी मोटाई के बिना)

क्षेत्रीय घनत्व की इकाई (मिलीग्राम/सेमी) है²) क्षेत्रीय घनत्व जितना अधिक होगा, इलेक्ट्रोड के समान क्षेत्र पर उतनी ही अधिक सक्रिय सामग्री होगी, तथा बैटरी सेल का ऊर्जा घनत्व भी उतना ही अधिक होगा।

उच्च दर वाली बैटरियों को डिजाइन करने के लिए एरियाल घनत्व को कम करना सबसे प्रभावी तरीका है, और उच्च ऊर्जा वाली बैटरियों को डिजाइन करने के लिए एरियाल घनत्व को बढ़ाना सबसे प्रभावी तरीका है। इलेक्ट्रोड का एरियाल घनत्व जितना छोटा होगा, मोटाई उतनी ही पतली होगी, जो सीधे Li+ की प्रसार दूरी को कम कर सकती है, और लिथियम आयनों के चक्रीय सम्मिलन और निष्कर्षण के कारण सामग्री संरचना को होने वाला नुकसान भी कम होता है।

चित्र 1- विभिन्न क्षेत्र घनत्व पर LCO बैटरियों का तेज़ चार्जिंग प्रदर्शन

सैद्धांतिक रूप से, एरियाल घनत्व जितना छोटा होगा, दर प्रदर्शन में सुधार करने के लिए उतना ही अधिक फायदेमंद होगा। हालाँकि, एरियाल घनत्व डिज़ाइन की एक निचली सीमा भी होती है, क्योंकि जब एरियाल घनत्व एक निश्चित मान से छोटा होता है, तो घोल में बड़े कण कोटिंग मशीन के डाई से नहीं गुजर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कण खरोंच हो जाते हैं, जिसका बैटरी पर भी नकारात्मक प्रभाव पड़ेगा।

इसके अलावा, बैटरी में न केवल दर की आवश्यकता होती है, बल्कि क्षमता की भी आवश्यकता होती है। केवल क्षेत्रीय घनत्व को कम करने से अनिवार्य रूप से इलेक्ट्रोड परतों की संख्या में वृद्धि होगी, और परतों की संख्या में वृद्धि से जोखिम भी बढ़ जाता है। कुछ 3C कोशिकाओं के लिए, बैटरी के दर प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए आम तौर पर क्षेत्रीय घनत्व कम किया जाता है। ऊर्जा भंडारण बैटरी के लिए, कई लोग क्षेत्रीय घनत्व को बढ़ाने और बैटरी सेल के ऊर्जा घनत्व को बढ़ाने का विकल्प चुनेंगे।