Kāpēc litija baterijās kā apvalks tiek izmantots alumīnijs?

Galvenos iemeslus, kāpēc litija akumulatoros tiek izmantoti alumīnija korpusi, var detalizēti analizēt no šādiem aspektiem: viegls svars, izturība pret koroziju, laba vadītspēja, laba apstrādes veiktspēja, zemas izmaksas, laba siltuma izkliedes veiktspēja utt.

1. Viegls

• Zems blīvums: alumīnija blīvums ir aptuveni 2,7 g/cm³, kas ir ievērojami zemāks nekā tēraudam, kura blīvums ir aptuveni 7,8 g/cm³. Elektroniskās ierīcēs, kurām nepieciešams augsts enerģijas blīvums un viegls svars, piemēram, mobilajos tālruņos, klēpjdatoros un elektriskajos transportlīdzekļos, alumīnija korpusi var efektīvi samazināt kopējo svaru un uzlabot izturību.

2. Izturība pret koroziju

• Pielāgojamība augstsprieguma videi: litija akumulatora pozitīvo elektrodu materiālu, piemēram, trīskāršo materiālu un litija kobalta oksīda, darba spriegums ir relatīvi augsts (3,0–4,5 V). Pie šī potenciāla alumīnijs uz virsmas veidos blīvu alumīnija oksīda (Al₂O₃) pasivācijas plēvi, lai novērstu turpmāku koroziju. Tērauds augsta spiediena ietekmē viegli korodē elektrolītu, kā rezultātā akumulatora veiktspēja pasliktinās vai rodas noplūde.

• Elektrolītu saderība: alumīnijam ir laba ķīmiskā stabilitāte pret organiskajiem elektrolītiem, piemēram, LiPF₆, un tas nav pakļauts reakcijai ilgstošas ​​lietošanas laikā.

3. Vadītspēja un konstrukcijas projektēšana

• Strāvas kolektora savienojums: Alumīnijs ir vēlamais materiāls pozitīvo elektrodu strāvas kolektoriem (piemēram, alumīnija folija). Alumīnija apvalku var tieši savienot ar pozitīvo elektrodu, vienkāršojot iekšējo struktūru, samazinot pretestību un uzlabojot enerģijas pārvades efektivitāti.

• Apvalka vadītspējas prasības: Dažos akumulatoru dizainos alumīnija apvalks ir daļa no strāvas ceļa, piemēram, cilindriskās baterijās, kam ir gan vadītspējas, gan aizsardzības funkcijas.

4. Apstrādes veiktspēja

• Lieliska plastiskums: alumīniju ir viegli štancēt un stiept, un tas ir piemērots sarežģītu formu liela mēroga ražošanai, piemēram, alumīnija-plastmasas plēvēm kvadrātveida un mīksto iepakojumu akumulatoriem. Tērauda korpusus ir grūti apstrādāt, un tiem ir augstas izmaksas.

• Blīvējuma garantija: Alumīnija korpusa metināšanas tehnoloģija ir nobriedusi, piemēram, lāzera metināšana, kas var efektīvi noslēgt elektrolītu, novērst mitruma un skābekļa iekļūšanu un pagarināt akumulatora darbības laiku.

5. Termiskā vadība

• Augsta siltuma izkliedes efektivitāte: Alumīnija siltumvadītspēja (aptuveni 237 W/m·K) ir daudz augstāka nekā tēraudam (aptuveni 50 W/m·K), kas palīdz akumulatoram ātri izkliedēt siltumu darba laikā un samazina termiskās nekontrolējamas pārslodzes risku.

6. Izmaksas un ekonomija

• Zemas materiālu un apstrādes izmaksas: alumīnija izejvielu cena ir mērena, un apstrādes enerģijas patēriņš ir zems, kas ir piemērots liela mēroga ražošanai. Turpretī tādi materiāli kā nerūsējošais tērauds ir dārgāki.

7. Drošības dizains

• Spiediena samazināšanas mehānisms: Alumīnija korpusi var atbrīvot iekšējo spiedienu un novērst sprādzienu pārlādēšanas vai termiskās nekontrolējamas pārslodzes gadījumā, izstrādājot drošības vārstus, piemēram, cilindrisko akumulatoru CID apgriežamo struktūru.

8. Nozares prakse un standartizācija

• Alumīnija korpusi ir plaši izmantoti kopš litija akumulatoru komercializācijas pirmsākumiem, piemēram, Sony 1991. gadā laida klajā 18650 akumulatoru, veidojot nobriedušu rūpniecības ķēdi un tehniskos standartus, vēl vairāk nostiprinot tā pozīcijas tirgū.

Vienmēr pastāv izņēmumi. Dažos īpašos gadījumos tiek izmantotas arī tērauda čaulas:

Dažos gadījumos ar ārkārtīgi augstām mehāniskās izturības prasībām, piemēram, dažās barošanas baterijās vai ekstremālos vides apstākļos, var izmantot niķelētu tērauda korpusus, taču izmaksas ir palielināts svars un izmaksas.

Secinājums

Alumīnija korpusi ir kļuvuši par ideālu izvēli litija akumulatoru korpusiem, pateicoties to visaptverošajām priekšrocībām, piemēram, vieglajam svaram, izturībai pret koroziju, labai vadītspējai, vieglai apstrādei, lieliskajai siltuma izkliedei un zemām izmaksām, kas lieliski līdzsvaro veiktspēju, drošību un ekonomiskās prasības.