Основные причины использования алюминиевых корпусов в литиевых батареях 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, которые стремятся к высокой плотности энергии и легкости, таких как мобильные телефоны, ноутбуки и электромобили, алюминиевые корпуса могут эффективно снизить общий вес и повысить долговечность.
2. Коррозионная стойкость
• Адаптируемость к высоковольтным средам: рабочее напряжение материалов положительного электрода литиевой батареи, таких как тройные материалы и оксид лития-кобальта, относительно высокое (3,0-4,5 В). При таком потенциале алюминий образует на поверхности плотную пассивирующую пленку оксида алюминия (Al₂O₃), предотвращая дальнейшую коррозию. Сталь легко корродирует под действием электролита под высоким давлением, что приводит к ухудшению производительности батареи или утечке.
• 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 токосъемника: алюминий является предпочтительным материалом для токосъемников положительного электрода (например, алюминиевой фольги). Алюминиевая оболочка может быть напрямую подключена к положительному электроду, что упрощает внутреннюю структуру, 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, подходит для крупномасштабного производства сложных форм, таких как алюминиево-пластиковые пленки для квадратных и мягких аккумуляторов. Стальные оболочки трудно обрабатывать и они имеют высокую стоимость.
• Гарантия герметизации: технология сварки алюминиевого корпуса является отработанной, например, лазерная сварка, которая может эффективно герметизировать электролит, предотвращать проникновение влаги и кислорода и продлевать срок службы батареи.
5. Терморегулирование
• Высокая эффективность рассеивания тепла: теплопроводность алюминия (около 237 Вт/м·К) намного выше, чем у стали (около 50 Вт/м·К), что помогает аккумулятору быстро рассеивать тепло во время работы и снижает риск теплового пробоя.
6. Стоимость и экономичность
• Низкие затраты на материалы и обработку: цена на сырье для алюминия умеренная, а потребление энергии на обработку низкое, что подходит для крупномасштабного производства. Напротив, такие материалы, как нержавеющая сталь, стоят дороже.
7. Безопасная конструкция
• Механизм сброса давления: алюминиевые оболочки могут сбрасывать внутреннее давление и предотвращать взрыв в случае перезарядки или теплового разгона 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 производственную цепочку и технические стандарты, еще больше укрепляя ее лидирующие позиции.
Всегда есть исключения. В некоторых особых случаях также используются стальные оболочки:
В некоторых сценариях с чрезвычайно высокими требованиями к механической прочности, например, в некоторых аккумуляторных батареях или в экстремальных условиях эксплуатации, могут использоваться никелированные стальные оболочки, но 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, отличное рассеивание тепла и низкая стоимость, что идеально сочетает в себе требования к производительности, безопасности и экономичности.
Время публикации: 17 февр. 2025 г.
