De främsta anledningarna till att litiumbatterier använder aluminiumskal kan analyseras i detalj utifrån följande aspekter, nämligen lättvikt, korrosionsbeständighet, god konduktivitet, god bearbetningsprestanda, låg kostnad, god värmeavledningsprestanda, etc.
1. Lättvikt
• Låg densitet: Aluminiums densitet är cirka 2,7 g/cm³, vilket är betydligt lägre än ståls densitet, som är cirka 7,8 g/cm³. I elektroniska apparater som eftersträvar hög energitäthet och låg vikt, såsom mobiltelefoner, bärbara datorer och elfordon, kan aluminiumskal effektivt minska den totala vikten och förbättra hållbarheten.
2. Korrosionsbeständighet
• Anpassningsförmåga till högspänningsmiljöer: Arbetsspänningen för litiumbatteriers positiva elektrodmaterial, såsom ternära material och litiumkoboltoxid, är relativt hög (3,0–4,5 V). Vid denna potential kommer aluminium att bilda en tät passiveringsfilm av aluminiumoxid (Al₂O₃) på ytan för att förhindra ytterligare korrosion. Stål korroderas lätt av elektrolyt under högt tryck, vilket resulterar i försämrad batteriprestanda eller läckage.
• Elektrolytkompatibilitet: Aluminium har god kemisk stabilitet mot organiska elektrolyter, såsom LiPF₆, och är inte benäget att reagera vid långvarig användning.
3. Konduktivitet och strukturell design
• Strömavtagarens anslutning: Aluminium är det föredragna materialet för strömavtagare med positiv elektrod (såsom aluminiumfolie). Aluminiumhöljet kan anslutas direkt till den positiva elektroden, vilket förenklar den interna strukturen, minskar resistansen och förbättrar energiöverföringseffektiviteten.
• Krav på skalets konduktivitet: I vissa batterikonstruktioner är aluminiumskalet en del av strömvägen, till exempel cylindriska batterier, vilket har både konduktivitets- och skyddsfunktioner.
4. Bearbetningsprestanda
• Utmärkt duktilitet: Aluminium är lätt att pressa och sträcka, och är lämpligt för storskalig produktion av komplexa former, såsom aluminiumplastfilmer för fyrkantiga och mjukpackade batterier. Stålskal är svåra att bearbeta och har höga kostnader.
• Tätningsgaranti: Tekniken för svetsning av aluminiumskal är mogen, såsom lasersvetsning, som effektivt kan täta elektrolyten, förhindra att fukt och syre tränger in och förlänga batteriets livslängd.
5. Termisk hantering
• Hög värmeavledningsförmåga: Aluminiums värmeledningsförmåga (cirka 237 W/m·K) är mycket högre än ståls (cirka 50 W/m·K), vilket hjälper batteriet att avleda värme snabbt under drift och minskar risken för termisk rusning.
6. Kostnad och ekonomi
• Låga material- och bearbetningskostnader: Råvarupriset för aluminium är måttligt och energiförbrukningen vid bearbetning är låg, vilket är lämpligt för storskalig produktion. Däremot är material som rostfritt stål dyrare.
7. Säkerhetsdesign
• Tryckavlastningsmekanism: Aluminiumskal kan frigöra internt tryck och undvika explosion vid överladdning eller termisk rusning genom att utforma säkerhetsventiler, såsom CID-flipstrukturen hos cylindriska batterier.
8. Branschpraxis och standardisering
• Aluminiumhöljen har använts i stor utsträckning sedan de tidiga dagarna av kommersialiseringen av litiumbatterier, såsom 18650-batteriet som lanserades av Sony 1991, vilket bildade en mogen industrikedja och tekniska standarder, vilket ytterligare befäste dess etablerade position.
Det finns alltid undantag. I vissa speciella scenarier används även stålskal:
I vissa scenarier med extremt höga krav på mekanisk hållfasthet, såsom vissa kraftbatterier eller extrema miljötillämpningar, kan nickelpläterade stålskal användas, men kostnaden är ökad vikt och kostnad.
Slutsats
Aluminiumskal har blivit ett idealiskt val för litiumbatterier på grund av deras omfattande fördelar som låg vikt, korrosionsbeständighet, god konduktivitet, enkla bearbetningar, utmärkt värmeavledning och låga kostnader, vilket perfekt balanserar prestanda, säkerhet och ekonomiska krav.
Publiceringstid: 17 februari 2025
