Mengapa bateri litium menggunakan aluminium sebagai cengkerang?

Sebab utama bateri litium menggunakan cangkerang aluminium boleh dianalisis secara terperinci dari aspek berikut, iaitu ringan, rintangan kakisan, kekonduksian yang baik, prestasi pemprosesan yang baik, kos rendah, prestasi pelesapan haba yang baik, dsb.

1. Ringan

• Ketumpatan rendah: Ketumpatan aluminium adalah kira-kira 2.7 g/cm³, yang jauh lebih rendah daripada keluli, iaitu kira-kira 7.8 g/cm³. Dalam peranti elektronik yang mengejar ketumpatan tenaga tinggi dan ringan, seperti telefon mudah alih, komputer riba dan kenderaan elektrik, cangkerang aluminium boleh mengurangkan berat keseluruhan secara berkesan dan meningkatkan daya tahan.

2. Rintangan kakisan

• Kebolehsuaian kepada persekitaran voltan tinggi: Voltan kerja bahan elektrod positif bateri litium, seperti bahan terner dan litium kobalt oksida, adalah agak tinggi (3.0-4.5V). Pada potensi ini, aluminium akan membentuk filem pempasifan aluminium oksida (Al₂O₃) padat di permukaan untuk mengelakkan kakisan selanjutnya. Keluli mudah terhakis oleh elektrolit di bawah tekanan tinggi, mengakibatkan kemerosotan prestasi bateri atau kebocoran.

• Keserasian elektrolit: Aluminium mempunyai kestabilan kimia yang baik terhadap elektrolit organik, seperti LiPF₆, dan tidak terdedah kepada tindak balas semasa penggunaan jangka panjang.

3. Kekonduksian dan reka bentuk struktur

• Sambungan pengumpul arus: Aluminium ialah bahan pilihan untuk pengumpul arus elektrod positif (seperti kerajang aluminium). Cangkang aluminium boleh disambungkan terus ke elektrod positif, memudahkan struktur dalaman, mengurangkan rintangan, dan meningkatkan kecekapan penghantaran tenaga.

• Keperluan kekonduksian cangkang: Dalam sesetengah reka bentuk bateri, cangkang aluminium adalah sebahagian daripada laluan semasa, seperti bateri silinder, yang mempunyai kedua-dua fungsi kekonduksian dan perlindungan.

4. Prestasi pemprosesan

• Kemuluran yang sangat baik: Aluminium mudah dicop dan diregangkan, dan sesuai untuk pengeluaran besar-besaran bentuk kompleks, seperti filem aluminium-plastik untuk bateri persegi dan pek lembut. Cengkerang keluli sukar diproses dan mempunyai kos yang tinggi.

• Jaminan pengedap: Teknologi kimpalan cangkerang aluminium adalah matang, seperti kimpalan laser, yang boleh mengelak elektrolit dengan berkesan, menghalang kelembapan dan oksigen daripada menceroboh, dan memanjangkan hayat bateri.

5. Pengurusan terma

• Kecekapan pelesapan haba yang tinggi: Kekonduksian haba aluminium (kira-kira 237 W/m·K) adalah jauh lebih tinggi daripada keluli (kira-kira 50 W/m·K), yang membantu bateri menghilangkan haba dengan cepat apabila bekerja dan mengurangkan risiko pelarian haba.

6. Kos dan ekonomi

• Kos bahan dan pemprosesan yang rendah: Harga bahan mentah aluminium adalah sederhana, dan penggunaan tenaga pemprosesan adalah rendah, yang sesuai untuk pengeluaran berskala besar. Sebaliknya, bahan seperti keluli tahan karat lebih mahal.

7. Reka bentuk keselamatan

• Mekanisme pelepasan tekanan: Cengkerang aluminium boleh melepaskan tekanan dalaman dan mengelakkan letupan sekiranya berlaku cas berlebihan atau pelarian haba dengan mereka bentuk injap keselamatan, seperti struktur flip CID bagi bateri silinder.

8. Amalan industri dan penyeragaman

• Cengkerang aluminium telah diterima pakai secara meluas sejak zaman awal pengkomersilan bateri litium, seperti bateri 18650 yang dilancarkan oleh Sony pada tahun 1991, membentuk rantaian industri yang matang dan piawaian teknikal, seterusnya mengukuhkan kedudukan arus perdananya.

Selalu ada pengecualian. Dalam beberapa senario khas, cengkerang keluli juga digunakan:

Dalam sesetengah senario dengan keperluan kekuatan mekanikal yang sangat tinggi, seperti beberapa bateri kuasa atau aplikasi persekitaran yang melampau, cengkerang keluli bersalut nikel boleh digunakan, tetapi kosnya meningkat berat dan kos.

Kesimpulan

Cengkerang aluminium telah menjadi pilihan ideal untuk cengkerang bateri litium kerana kelebihannya yang komprehensif seperti berat ringan, rintangan kakisan, kekonduksian yang baik, pemprosesan yang mudah, pelesapan haba yang sangat baik dan kos rendah, mengimbangi prestasi, keselamatan dan keperluan ekonomi dengan sempurna.