リチウムイオン電池の面密度設計のポイント

面密度（mg/cm ²）：面密度とは単位面積あたりの質量のことで、この場合は（体積を無視した領域の単位面積あたりの質量）となります。

圧縮密度（g/cm ³）：圧縮密度は単位体積中に含まれる質量を示し、物質自体の特性と大きく関係します。

厚さ：素材と箔の合計の厚さは、一般的にミクロン（μm）で表されます。

面密度（g/cm ³）= 圧縮密度（mg/cm ²）/厚さ（μm）

リチウムイオン電池の面密度設計のポイント：

一般的に、電池を設計する際には容量を決定します。このとき、材料のグラム容量と活性物質の割合に基づいて、層数と面密度が決定されます。

たとえば、電池の両面密度が 30 mg/cm ²、圧縮密度が 2.5 g/cm ³であると判断すると、その厚さを計算できます。

厚さ = 面密度 / 圧縮密度 =30mg.cm ² /2.5 g.cm ³ =120 μm （箔厚を除く）

面密度の単位は（mg/cm ²）です。面密度が高いほど、電極の同じ面積に占める活性物質が多くなり、電池セルのエネルギー密度が高くなります。

面密度を下げることは高レート電池を設計する最も効果的な方法であり、面密度を上げることは高エネルギー電池を設計する最も効果的な方法です。電極の面密度が小さいほど、厚さが薄くなり、Li +の拡散距離を直接短縮でき、リチウムイオンの循環挿入と抽出によって引き起こされる材料構造への損傷も小さくなります。

図1-異なる面密度におけるLCOバッテリーの急速充電性能

理論的には、面密度が小さいほど、レート性能を向上させるのに有利です。ただし、面密度の設計にも下限があります。面密度が一定値より小さい場合、スラリー内の大きな粒子がコーティング機のダイを通過できず、粒子の傷が発生し、バッテリーに悪影響を与えるためです。

さらに、バッテリーにはレート要件だけでなく、容量要件もあります。単に面密度を下げると、必然的に電極層の数が増え、層数が増えるとリスクも増加します。一部の3Cセルでは、バッテリーのレート性能を向上させるために、一般的に面密度が低下します。エネルギー貯蔵バッテリーの場合、面密度を高めてバッテリーセルのエネルギー密度を高めることを選択する人が多くいます。