Основните причини, поради които литиевите батерии използват алуминиеви корпуси, могат да бъдат анализирани подробно от следните аспекти, а именно леко тегло, устойчивост на корозия, добра проводимост, добра обработка, ниска цена, добро разсейване на топлината и др.
1. Леко тегло
• Ниска плътност: Плътността на алуминия е около 2,7 g/cm³, което е значително по-ниско от това на стоманата, която е около 7,8 g/cm³. В електронни устройства, които се стремят към висока енергийна плътност и леко тегло, като мобилни телефони, лаптопи и електрически превозни средства, алуминиевите корпуси могат ефективно да намалят общото тегло и да подобрят издръжливостта.
2. Устойчивост на корозия
• Адаптивност към среди с високо напрежение: Работното напрежение на материалите за положителни електроди на литиеви батерии, като например тройни материали и литиево-кобалтов оксид, е относително високо (3,0-4,5 V). При това напрежение алуминият ще образува плътен пасивационен филм от алуминиев оксид (Al₂O₃) върху повърхността си, за да предотврати по-нататъшна корозия. Стоманата лесно корозира от електролит под високо налягане, което води до влошаване на производителността на батерията или течове.
• Съвместимост с електролити: Алуминият има добра химическа стабилност спрямо органични електролити, като LiPF₆, и не е склонен към реакции при продължителна употреба.
3. Проводимост и структурен дизайн
• Свързване на токоприемника: Алуминият е предпочитаният материал за токоприемници с положителен електрод (като алуминиево фолио). Алуминиевата обвивка може да бъде директно свързана към положителния електрод, което опростява вътрешната структура, намалява съпротивлението и подобрява ефективността на пренос на енергия.
• Изисквания за проводимост на обвивката: При някои конструкции на батерии алуминиевата обвивка е част от пътя на тока, като например цилиндричните батерии, която има както проводимост, така и защитни функции.
4. Производителност на обработката
• Отлична пластичност: Алуминият е лесен за щамповане и разтягане и е подходящ за мащабно производство на сложни форми, като например алуминиево-пластмасови филми за квадратни и меки батерии. Стоманените обвивки са трудни за обработка и имат висока цена.
• Гаранция за запечатване: Технологията за заваряване на алуминиева обвивка е усъвършенствана, като например лазерното заваряване, което може ефективно да запечата електролита, да предотврати навлизането на влага и кислород и да удължи живота на батерията.
5. Термично управление
• Висока ефективност на разсейване на топлината: Топлопроводимостта на алуминия (около 237 W/m·K) е много по-висока от тази на стоманата (около 50 W/m·K), което помага на батерията да разсейва топлината бързо по време на работа и намалява риска от термично претоварване.
6. Цена и икономичност
• Ниски разходи за материали и обработка: Цената на суровината алуминий е умерена, а консумацията на енергия за обработка е ниска, което е подходящо за мащабно производство. За разлика от това, материали като неръждаема стомана са по-скъпи.
7. Проектиране за безопасност
• Механизъм за освобождаване на налягането: Алуминиевите корпуси могат да освободят вътрешното налягане и да предотвратят експлозия в случай на презареждане или термично претоварване чрез проектиране на предпазни клапани, като например CID flip структурата на цилиндричните батерии.
8. Практики и стандартизация в индустрията
• Алуминиевите корпуси са широко възприети от ранните дни на комерсиализацията на литиевите батерии, като например батерията 18650, пусната на пазара от Sony през 1991 г., формирайки зряла индустриална верига и технически стандарти, допълнително затвърждавайки позицията си на основен пазар.
Винаги има изключения. В някои специални сценарии се използват и стоманени черупки:
В някои сценарии с изключително високи изисквания за механична якост, като например някои батерии или приложения в екстремни условия, могат да се използват никелирани стоманени корпуси, но цената е увеличено тегло и цена.
Заключение
Алуминиевите корпуси са се превърнали в идеален избор за корпуси на литиеви батерии поради техните всеобхватни предимства като леко тегло, устойчивост на корозия, добра проводимост, лесна обработка, отлично разсейване на топлината и ниска цена, перфектно балансирайки производителността, безопасността и икономическите изисквания.
Време на публикуване: 17 февруари 2025 г.
