Hovedårsagerne til, at lithiumbatterier bruger aluminiumsskaller, kan analyseres detaljeret ud fra følgende aspekter, nemlig letvægt, korrosionsbestandighed, god ledningsevne, god forarbejdningsevne, lave omkostninger, god varmeafledningsevne osv.
1. Letvægts
• Lav densitet: Aluminiums densitet er omkring 2,7 g/cm³, hvilket er betydeligt lavere end ståls densitet, som er omkring 7,8 g/cm³. I elektroniske enheder, der stræber efter høj energitæthed og letvægt, såsom mobiltelefoner, bærbare computere og elbiler, kan aluminiumsskaller effektivt reducere den samlede vægt og forbedre holdbarheden.
2. Korrosionsbestandighed
• Tilpasningsevne til højspændingsmiljøer: Arbejdsspændingen for positive elektrodematerialer til lithiumbatterier, såsom ternære materialer og lithiumkoboltoxid, er relativt høj (3,0-4,5 V). Ved dette potentiale vil aluminium danne en tæt passiveringsfilm af aluminiumoxid (Al₂O₃) på overfladen for at forhindre yderligere korrosion. Stål korroderes let af elektrolyt under højt tryk, hvilket resulterer i forringelse af batteriets ydeevne eller lækage.
• Elektrolytkompatibilitet: Aluminium har god kemisk stabilitet over for organiske elektrolytter, såsom LiPF₆, og er ikke tilbøjelig til at reagere under langvarig brug.
3. Ledningsevne og strukturelt design
• Strømaftagertilslutning: Aluminium er det foretrukne materiale til positive elektrodestrømaftagere (såsom aluminiumsfolie). Aluminiumskallen kan tilsluttes direkte til den positive elektrode, hvilket forenkler den interne struktur, reducerer modstanden og forbedrer energioverførselseffektiviteten.
• Krav til skalledningsevne: I nogle batteridesign er aluminiumskallen en del af strømbanen, såsom cylindriske batterier, som har både ledningsevne- og beskyttelsesfunktioner.
4. Behandlingsydelse
• Fremragende duktilitet: Aluminium er let at stemple og strække og er velegnet til storskalaproduktion af komplekse former, såsom aluminium-plastfilm til firkantede og blødpakkede batterier. Stålskaller er vanskelige at bearbejde og har høje omkostninger.
• Forseglingsgaranti: Svejseteknologien til aluminiumskal er moden, såsom lasersvejsning, som effektivt kan forsegle elektrolytten, forhindre fugt og ilt i at trænge ind og forlænge batteriets levetid.
5. Termisk styring
• Høj varmeafledningsevne: Aluminiums varmeledningsevne (ca. 237 W/m·K) er meget højere end ståls (ca. 50 W/m·K), hvilket hjælper batteriet med at afgive varme hurtigt under drift og reducerer risikoen for termisk løbskhed.
6. Omkostninger og økonomi
• Lave materiale- og forarbejdningsomkostninger: Råvareprisen for aluminium er moderat, og energiforbruget til forarbejdning er lavt, hvilket er egnet til storskalaproduktion. I modsætning hertil er materialer som rustfrit stål dyrere.
7. Sikkerhedsdesign
• Trykaflastningsmekanisme: Aluminiumsskaller kan frigive internt tryk og undgå eksplosion i tilfælde af overopladning eller termisk løb ved at designe sikkerhedsventiler, såsom CID-flipstrukturen i cylindriske batterier.
8. Branchepraksis og standardisering
• Aluminiumsskaller har været bredt anvendt siden de tidlige dage af kommercialiseringen af lithium-batterier, såsom 18650-batteriet lanceret af Sony i 1991, hvilket dannede en moden industriel kæde og tekniske standarder, hvilket yderligere konsoliderede dets mainstream-position.
Der er altid undtagelser. I nogle særlige scenarier anvendes også stålskaller:
I nogle scenarier med ekstremt høje krav til mekanisk styrke, såsom nogle batterier eller ekstreme miljøanvendelser, kan forniklede stålskaller anvendes, men omkostningerne er øget vægt og omkostninger.
Konklusion
Aluminiumskaller er blevet et ideelt valg til litiumbatteriskaller på grund af deres omfattende fordele såsom let vægt, korrosionsbestandighed, god ledningsevne, nem forarbejdning, fremragende varmeafledning og lave omkostninger, hvilket perfekt balancerer ydeevne, sikkerhed og økonomiske krav.
Opslagstidspunkt: 17. feb. 2025
