Hovedgrunnene til at litiumbatterier bruker aluminiumsskall kan analyseres i detalj ut fra følgende aspekter, nemlig lettvekt, korrosjonsbestandighet, god ledningsevne, god prosesseringsytelse, lav kostnad, god varmespredning, etc.
1. Lettvekt
• Lav tetthet: Tettheten til aluminium er omtrent 2,7 g/cm³, som er betydelig lavere enn ståls, som er omtrent 7,8 g/cm³. I elektroniske enheter som streber etter høy energitetthet og lav vekt, som mobiltelefoner, bærbare datamaskiner og elbiler, kan aluminiumsskall effektivt redusere den totale vekten og forbedre holdbarheten.
2. Korrosjonsbestandighet
• Tilpasningsevne til høyspenningsmiljøer: Arbeidsspenningen til positive elektrodematerialer for litiumbatterier, som ternære materialer og litiumkoboltoksid, er relativt høy (3,0–4,5 V). Ved dette potensialet vil aluminium danne en tett passiveringsfilm av aluminiumoksid (Al₂O₃) på overflaten for å forhindre ytterligere korrosjon. Stål korroderes lett av elektrolytt under høyt trykk, noe som resulterer i forringelse av batteriets ytelse eller lekkasje.
• Elektrolyttkompatibilitet: Aluminium har god kjemisk stabilitet overfor organiske elektrolytter, som LiPF₆, og er ikke utsatt for reaksjoner ved langvarig bruk.
3. Konduktivitet og strukturell design
• Strømkollektortilkobling: Aluminium er det foretrukne materialet for positive elektrodestrømkollektorer (som aluminiumsfolie). Aluminiumsskallet kan kobles direkte til den positive elektroden, noe som forenkler den indre strukturen, reduserer motstanden og forbedrer energioverføringseffektiviteten.
• Krav til skallets konduktivitet: I noen batteridesign er aluminiumsskallet en del av strømbanen, for eksempel sylindriske batterier, som har både konduktivitets- og beskyttelsesfunksjoner.
4. Prosesseringsytelse
• Utmerket duktilitet: Aluminium er lett å stemple og strekke, og er egnet for storskalaproduksjon av komplekse former, for eksempel aluminium-plastfilmer for firkantede og mykpakkede batterier. Stålskall er vanskelige å bearbeide og har høye kostnader.
• Tetningsgaranti: Sveiseteknologien for aluminiumsskall er moden, for eksempel lasersveising, som effektivt kan forsegle elektrolytten, forhindre at fuktighet og oksygen trenger inn og forlenge batteriets levetid.
5. Termisk styring
• Høy varmeavledningsevne: Aluminiums varmeledningsevne (ca. 237 W/m·K) er mye høyere enn ståls (ca. 50 W/m·K), noe som hjelper batteriet med å avlede varme raskt under drift og reduserer risikoen for termisk runaway.
6. Kostnad og økonomi
• Lave material- og prosesseringskostnader: Råvareprisen for aluminium er moderat, og energiforbruket under prosessering er lavt, noe som er egnet for storskalaproduksjon. Materialer som rustfritt stål er derimot dyrere.
7. Sikkerhetsdesign
• Trykkavlastningsmekanisme: Aluminiumsskall kan frigjøre internt trykk og unngå eksplosjon i tilfelle overlading eller termisk runaway ved å utforme sikkerhetsventiler, slik som CID-vippestrukturen til sylindriske batterier.
8. Bransjepraksis og standardisering
• Aluminiumsskall har blitt bredt tatt i bruk siden de tidlige dagene av kommersialiseringen av litiumbatterier, slik som 18650-batteriet som ble lansert av Sony i 1991, og dannet en moden industrikjede og tekniske standarder, noe som ytterligere befester selskapets mainstream-posisjon.
Det finnes alltid unntak. I noen spesielle tilfeller brukes også stålskall:
I noen tilfeller med ekstremt høye krav til mekanisk styrke, for eksempel noen kraftbatterier eller ekstreme miljøapplikasjoner, kan nikkelbelagte stålskall brukes, men kostnaden er økt vekt og kostnad.
Konklusjon
Aluminiumsskall har blitt et ideelt valg for litiumbatteriskall på grunn av deres omfattende fordeler som lett vekt, korrosjonsbestandighet, god konduktivitet, enkel bearbeiding, utmerket varmespredning og lave kostnader, og balanserer ytelse, sikkerhet og økonomiske krav perfekt.
Publisert: 17. feb. 2025
