Основные причины, по которым в литиевых батареях используются алюминиевые корпуса, можно подробно проанализировать с учетом следующих аспектов: малый вес, коррозионная стойкость, хорошая проводимость, хорошие эксплуатационные характеристики, низкая стоимость, хорошие показатели рассеивания тепла и т. д.
1. Легкий
• Низкая плотность: плотность алюминия составляет около 2,7 г/см³, что значительно ниже плотности стали, которая составляет около 7,8 г/см³. В электронных устройствах, требующих высокой плотности энергии и лёгкости, таких как мобильные телефоны, ноутбуки и электромобили, алюминиевые корпуса могут эффективно снизить общий вес и повысить прочность.
2. Коррозионная стойкость
• Адаптация к высоковольтным средам: рабочее напряжение материалов положительного электрода литиевых аккумуляторов, таких как тройные материалы и оксид лития-кобальта, относительно высокое (3,0–4,5 В). При таком потенциале алюминий образует на поверхности плотную пассивирующую плёнку оксида алюминия (Al₂O₃), предотвращающую дальнейшую коррозию. Сталь легко подвергается коррозии под действием электролита под высоким давлением, что приводит к снижению производительности аккумулятора или протечкам.
• Совместимость с электролитами: алюминий обладает хорошей химической стабильностью к органическим электролитам, таким как LiPF₆, и не склонен к реакциям при длительном использовании.
3. Проводимость и структурная конструкция
• Подключение токосъёмника: алюминий является предпочтительным материалом для токосъёмников положительного электрода (например, алюминиевой фольги). Алюминиевый корпус может быть напрямую соединён с положительным электродом, что упрощает внутреннюю конструкцию, снижает сопротивление и повышает эффективность передачи энергии.
• Требования к проводимости корпуса: в некоторых конструкциях батарей алюминиевый корпус является частью пути тока, например, в цилиндрических батареях, который выполняет как функции проводимости, так и защиты.
4. Производительность обработки
• Отличная пластичность: алюминий легко штампуется и растягивается, что позволяет использовать его для крупносерийного производства изделий сложной формы, например, алюминиево-пластиковых плёнок для квадратных и мягких аккумуляторов. Стальные корпуса сложны в обработке и имеют высокую стоимость.
• Гарантия герметизации: технология сварки алюминиевого корпуса, такая как лазерная сварка, является отработанной и позволяет эффективно герметизировать электролит, предотвращая проникновение влаги и кислорода и продлевая срок службы аккумулятора.
5. Терморегулирование
• Высокая эффективность рассеивания тепла: теплопроводность алюминия (около 237 Вт/м·К) значительно выше, чем у стали (около 50 Вт/м·К), что помогает аккумулятору быстро рассеивать тепло во время работы и снизить риск теплового пробоя.
6. Стоимость и экономичность
• Низкие затраты на материал и обработку: цена на алюминий как сырье умеренная, а энергопотребление при его обработке низкое, что подходит для крупномасштабного производства. В отличие от этого, такие материалы, как нержавеющая сталь, стоят дороже.
7. Безопасная конструкция
• Механизм сброса давления: алюминиевые корпуса могут сбрасывать внутреннее давление и предотвращать взрыв в случае перезарядки или теплового выхода за счет конструкции предохранительных клапанов, таких как перекидная конструкция CID цилиндрических батарей.
8. Отраслевые практики и стандартизация
• Алюминиевые корпуса широко применяются с первых дней коммерциализации литиевых аккумуляторов, таких как аккумулятор 18650, выпущенный Sony в 1991 году, что формирует зрелую промышленную цепочку и технические стандарты, еще больше укрепляя ее лидирующие позиции.
Всегда есть исключения. В некоторых особых случаях также используются стальные оболочки:
В некоторых случаях, когда требуются чрезвычайно высокие механические прочностные характеристики, например, в некоторых аккумуляторных батареях или в экстремальных условиях эксплуатации, можно использовать никелированные стальные корпуса, однако это приводит к увеличению веса и стоимости.
Заключение
Алюминиевые корпуса стали идеальным выбором для корпусов литиевых аккумуляторов благодаря своим комплексным преимуществам, таким как малый вес, коррозионная стойкость, хорошая проводимость, простота обработки, превосходное рассеивание тепла и низкая стоимость, что идеально сочетает в себе требования к производительности, безопасности и экономичности.
Время публикации: 17 февраля 2025 г.
