Hlavné dôvody, prečo sa v lítiových batériách používajú hliníkové plášte, možno podrobne analyzovať z nasledujúcich hľadísk: nízka hmotnosť, odolnosť proti korózii, dobrá vodivosť, dobrý spracovateľský výkon, nízke náklady, dobrý odvod tepla atď.
1. Ľahký
• Nízka hustota: Hustota hliníka je približne 2,7 g/cm³, čo je výrazne menej ako hustota ocele, ktorá je približne 7,8 g/cm³. V elektronických zariadeniach, ktoré sa snažia o vysokú energetickú hustotu a nízku hmotnosť, ako sú mobilné telefóny, notebooky a elektrické vozidlá, môžu hliníkové kryty účinne znížiť celkovú hmotnosť a zlepšiť odolnosť.
2. Odolnosť proti korózii
• Prispôsobivosť prostrediu s vysokým napätím: Prevádzkové napätie materiálov kladných elektród lítiových batérií, ako sú ternárne materiály a oxid lítium-kobaltu, je relatívne vysoké (3,0 – 4,5 V). Pri tomto napätí hliník vytvorí na povrchu hustý pasivačný film z oxidu hlinitého (Al₂O₃), ktorý zabraňuje ďalšej korózii. Oceľ ľahko koroduje elektrolytom pod vysokým tlakom, čo vedie k zníženiu výkonu batérie alebo úniku.
• Kompatibilita elektrolytov: Hliník má dobrú chemickú stabilitu voči organickým elektrolytom, ako je LiPF₆, a nie je náchylný k reakciám pri dlhodobom používaní.
3. Vodivosť a konštrukčný návrh
• Pripojenie zberača prúdu: Hliník je preferovaným materiálom pre zberače prúdu s kladnou elektródou (napríklad hliníková fólia). Hliníkový plášť sa dá priamo pripojiť ku kladnej elektróde, čo zjednodušuje vnútornú štruktúru, znižuje odpor a zlepšuje účinnosť prenosu energie.
• Požiadavky na vodivosť plášťa: V niektorých konštrukciách batérií je hliníkový plášť súčasťou prúdovej dráhy, napríklad pri valcových batériách, ktorý má vodivú aj ochrannú funkciu.
4. Výkon spracovania
• Vynikajúca ťažnosť: Hliník sa ľahko lisuje a naťahuje a je vhodný na veľkovýrobu zložitých tvarov, ako sú hliníkovo-plastové fólie pre štvorcové a mäkké batérie. Oceľové plášte sa ťažko spracovávajú a majú vysoké náklady.
• Záruka utesnenia: Technológia zvárania hliníkového plášťa je vyspelá, ako napríklad laserové zváranie, ktoré dokáže účinne utesniť elektrolyt, zabrániť vniknutiu vlhkosti a kyslíka a predĺžiť životnosť batérie.
5. Tepelný manažment
• Vysoká účinnosť odvodu tepla: Tepelná vodivosť hliníka (približne 237 W/m·K) je oveľa vyššia ako u ocele (približne 50 W/m·K), čo pomáha batérii rýchlo odvádzať teplo počas prevádzky a znižuje riziko tepelného úniku.
6. Náklady a hospodárnosť
• Nízke náklady na materiál a spracovanie: Cena surovín ako hliník je mierna a spotreba energie na spracovanie je nízka, čo je vhodné pre veľkovýrobu. Naproti tomu materiály ako nehrdzavejúca oceľ sú drahšie.
7. Bezpečnostný dizajn
• Mechanizmus na uvoľnenie tlaku: Hliníkové plášte dokážu uvoľniť vnútorný tlak a zabrániť výbuchu v prípade prebitia alebo tepelného úniku vďaka konštrukcii poistných ventilov, ako je napríklad preklápacia konštrukcia CID valcových batérií.
8. Praktiky a štandardizácia v odvetví
• Hliníkové kryty sa široko používajú od počiatkov komercializácie lítiových batérií, ako napríklad batéria 18650, ktorú spoločnosť Sony uviedla na trh v roku 1991, čím vytvorila zrelý priemyselný reťazec a technické štandardy a ďalej upevnila svoju pozíciu v mainstreame.
Vždy existujú výnimky. V niektorých špeciálnych scenároch sa používajú aj oceľové škrupiny:
V niektorých scenároch s extrémne vysokými požiadavkami na mechanickú pevnosť, ako sú niektoré batérie alebo aplikácie v extrémnom prostredí, sa môžu použiť poniklované oceľové plášte, ale nákladom je zvýšená hmotnosť a náklady.
Záver
Hliníkové puzdrá sa stali ideálnou voľbou pre puzdrá lítiových batérií vďaka svojim komplexným výhodám, ako je nízka hmotnosť, odolnosť proti korózii, dobrá vodivosť, jednoduché spracovanie, vynikajúci odvod tepla a nízke náklady, pričom dokonale vyvažujú výkon, bezpečnosť a ekonomické požiadavky.
Čas uverejnenia: 17. februára 2025
