Les principals raons per les quals les bateries de liti utilitzen carcasses d'alumini es poden analitzar detalladament des dels aspectes següents, és a dir, lleugeresa, resistència a la corrosió, bona conductivitat, bon rendiment de processament, baix cost, bon rendiment de dissipació de calor, etc.
1. Lleuger
• Baixa densitat: la densitat de l'alumini és d'uns 2,7 g/cm³, significativament inferior a la de l'acer, que és d'uns 7,8 g/cm³. En dispositius electrònics que busquen una alta densitat d'energia i lleugeresa, com ara telèfons mòbils, ordinadors portàtils i vehicles elèctrics, les carcasses d'alumini poden reduir eficaçment el pes total i millorar la resistència.
2. Resistència a la corrosió
• Adaptabilitat a entorns d'alt voltatge: el voltatge de funcionament dels materials d'elèctrode positiu de la bateria de liti, com ara els materials ternaris i l'òxid de liti i cobalt, és relativament alt (3,0-4,5 V). A aquest potencial, l'alumini formarà una densa pel·lícula de passivació d'òxid d'alumini (Al₂O₃) a la superfície per evitar més corrosió. L'acer es corroeix fàcilment per l'electròlit a alta pressió, cosa que provoca una degradació del rendiment de la bateria o fuites.
• Compatibilitat electrolítica: l'alumini té una bona estabilitat química respecte als electrolits orgànics, com ara el LiPF₆, i no és propens a reaccionar durant l'ús a llarg termini.
3. Conductivitat i disseny estructural
• Connexió del col·lector de corrent: l'alumini és el material preferit per als col·lectors de corrent d'elèctrode positiu (com ara el paper d'alumini). La carcassa d'alumini es pot connectar directament a l'elèctrode positiu, simplificant l'estructura interna, reduint la resistència i millorant l'eficiència de transmissió d'energia.
• Requisits de conductivitat de la carcassa: en alguns dissenys de bateries, la carcassa d'alumini forma part del camí del corrent, com ara les bateries cilíndriques, que té funcions tant de conductivitat com de protecció.
4. Rendiment del processament
• Excel·lent ductilitat: l'alumini és fàcil d'estampar i estirar, i és adequat per a la producció a gran escala de formes complexes, com ara pel·lícules d'alumini-plàstic per a bateries quadrades i de paquet tou. Les carcasses d'acer són difícils de processar i tenen un cost elevat.
• Garantia de segellat: la tecnologia de soldadura de carcassa d'alumini és madura, com ara la soldadura làser, que pot segellar eficaçment l'electròlit, evitar que la humitat i l'oxigen envaeixin i allargar la vida útil de la bateria.
5. Gestió tèrmica
• Alta eficiència de dissipació de calor: la conductivitat tèrmica de l'alumini (uns 237 W/m·K) és molt més alta que la de l'acer (uns 50 W/m·K), cosa que ajuda la bateria a dissipar la calor ràpidament quan funciona i redueix el risc de fuga tèrmica.
6. Cost i economia
• Costos baixos de materials i processament: el preu de la matèria primera de l'alumini és moderat i el consum d'energia de processament és baix, cosa que és adequada per a la producció a gran escala. En canvi, materials com l'acer inoxidable són més cars.
7. Disseny de seguretat
• Mecanisme d'alleujament de pressió: les carcasses d'alumini poden alliberar la pressió interna i evitar explosions en cas de sobrecàrrega o fuga tèrmica mitjançant el disseny de vàlvules de seguretat, com ara l'estructura de gir CID de les bateries cilíndriques.
8. Pràctiques de la indústria i estandardització
• Les carcasses d'alumini s'han adoptat àmpliament des dels primers dies de la comercialització de bateries de liti, com ara la bateria 18650 llançada per Sony el 1991, formant una cadena industrial madura i estàndards tècnics, consolidant encara més la seva posició principal.
Sempre hi ha excepcions. En alguns escenaris especials, també s'utilitzen carcasses d'acer:
En alguns escenaris amb requisits de resistència mecànica extremadament alts, com ara algunes bateries d'energia o aplicacions en ambients extrems, es poden utilitzar carcasses d'acer niquelat, però el cost augmenta el pes i el cost.
Conclusió
Les carcasses d'alumini s'han convertit en una opció ideal per a les carcasses de bateries de liti a causa dels seus amplis avantatges, com ara pes lleuger, resistència a la corrosió, bona conductivitat, fàcil processament, excel·lent dissipació de calor i baix cost, equilibrant perfectament el rendiment, la seguretat i els requisits econòmics.
Data de publicació: 17 de febrer de 2025
