Glavni razlozi za korištenje aluminijskih kućišta u litijumskim baterijama mogu se detaljno analizirati sa sljedećih aspekata: mala težina, otpornost na koroziju, dobra provodljivost, dobre performanse obrade, niska cijena, dobre performanse odvođenja toplote itd.
1. Lagana
• Niska gustoća: Gustoća aluminija je oko 2,7 g/cm³, što je znatno niže od gustoće čelika, koja iznosi oko 7,8 g/cm³. U elektroničkim uređajima koji teže visokoj gustoći energije i maloj težini, kao što su mobilni telefoni, laptopi i električna vozila, aluminijske ljuske mogu efikasno smanjiti ukupnu težinu i poboljšati izdržljivost.
2. Otpornost na koroziju
• Prilagodljivost visokonaponskim okruženjima: Radni napon materijala pozitivnih elektroda litijum baterije, kao što su ternarni materijali i litijum kobalt oksid, relativno je visok (3,0-4,5 V). Pri ovom potencijalu, aluminijum će formirati gusti pasivizacijski film aluminijum oksida (Al₂O₃) na površini kako bi spriječio daljnju koroziju. Čelik lako korodira elektrolit pod visokim pritiskom, što rezultira degradacijom performansi baterije ili curenjem.
• Kompatibilnost elektrolita: Aluminij ima dobru hemijsku stabilnost na organske elektrolite, kao što je LiPF₆, i nije sklon reakcijama tokom dugotrajne upotrebe.
3. Provodljivost i strukturni dizajn
• Spajanje kolektora struje: Aluminij je preferirani materijal za kolektore struje s pozitivnom elektrodom (kao što je aluminijska folija). Aluminijska ljuska može se direktno spojiti na pozitivnu elektrodu, što pojednostavljuje unutrašnju strukturu, smanjuje otpor i poboljšava efikasnost prijenosa energije.
• Zahtjevi za provodljivost omotača: Kod nekih dizajna baterija, aluminijski omotač je dio puta struje, kao što su cilindrične baterije, koji ima i funkciju provodljivosti i zaštitne funkcije.
4. Performanse obrade
• Odlična duktilnost: Aluminij se lako obrađuje i rasteže, te je pogodan za masovnu proizvodnju složenih oblika, kao što su aluminijsko-plastične folije za kvadratne i mekane baterije. Čelične ljuske je teško obrađivati i imaju visoke troškove.
• Garancija zaptivanja: Tehnologija zavarivanja aluminijumske ljuske je zrela, poput laserskog zavarivanja, koja može efikasno zaptiti elektrolit, spriječiti prodor vlage i kisika i produžiti vijek trajanja baterije.
5. Upravljanje temperaturom
• Visoka efikasnost odvođenja toplote: Toplinska provodljivost aluminija (oko 237 W/m·K) je mnogo veća od one kod čelika (oko 50 W/m·K), što pomaže bateriji da brzo odvede toplotu tokom rada i smanji rizik od termičkog bijega.
6. Troškovi i ekonomičnost
• Niski troškovi materijala i obrade: Cijena sirovine aluminija je umjerena, a potrošnja energije za obradu niska, što je pogodno za proizvodnju velikih razmjera. Nasuprot tome, materijali poput nehrđajućeg čelika su skuplji.
7. Sigurnosni dizajn
• Mehanizam za smanjenje pritiska: Aluminijumske školjke mogu osloboditi unutrašnji pritisak i spriječiti eksploziju u slučaju prekomjernog punjenja ili termičkog prenapona dizajniranjem sigurnosnih ventila, kao što je CID flip struktura cilindričnih baterija.
8. Industrijske prakse i standardizacija
• Aluminijske školjke su široko prihvaćene od ranih dana komercijalizacije litijumskih baterija, poput baterije 18650 koju je Sony lansirao 1991. godine, formirajući zreo industrijski lanac i tehničke standarde, dodatno učvršćujući svoju poziciju u glavnom trendu.
Uvijek postoje izuzeci. U nekim posebnim scenarijima se koriste i čelične ljuske:
U nekim scenarijima s izuzetno visokim zahtjevima za mehaničku čvrstoću, kao što su neke baterije ili primjene u ekstremnim okruženjima, mogu se koristiti niklovane čelične obloge, ali cijena je povećanje težine i troškova.
Zaključak
Aluminijske ljuske postale su idealan izbor za litijumske baterije zbog svojih sveobuhvatnih prednosti kao što su mala težina, otpornost na koroziju, dobra provodljivost, jednostavna obrada, odlično odvođenje toplote i niska cijena, savršeno balansirajući performanse, sigurnost i ekonomske zahtjeve.
Vrijeme objave: 17. februar 2025.
