As principais razóns polas que as baterías de litio usan carcasas de aluminio pódense analizar en detalle desde os seguintes aspectos, concretamente, lixeireza, resistencia á corrosión, boa condutividade, bo rendemento de procesamento, baixo custo, bo rendemento de disipación da calor, etc.
1. Lixeiro
• Baixa densidade: a densidade do aluminio é duns 2,7 g/cm³, significativamente menor que a do aceiro, que é duns 7,8 g/cm³. Nos dispositivos electrónicos que buscan unha alta densidade de enerxía e lixeireza, como teléfonos móbiles, portátiles e vehículos eléctricos, as carcasas de aluminio poden reducir eficazmente o peso total e mellorar a resistencia.
2. Resistencia á corrosión
• Adaptabilidade a contornas de alta tensión: a tensión de traballo dos materiais de eléctrodos positivos das baterías de litio, como os materiais ternarios e o óxido de litio e cobalto, é relativamente alta (3,0-4,5 V). A este potencial, o aluminio formará unha densa película de pasivación de óxido de aluminio (Al₂O₃) na superficie para evitar unha maior corrosión. O aceiro corróese facilmente co electrolito a alta presión, o que provoca unha degradación do rendemento da batería ou fugas.
• Compatibilidade de electrólitos: o aluminio ten unha boa estabilidade química cos electrólitos orgánicos, como o LiPF₆, e non é propenso a reaccionar durante o uso a longo prazo.
3. Condutividade e deseño estrutural
• Conexión do colector de corrente: o aluminio é o material preferido para os colectores de corrente de eléctrodos positivos (como a lámina de aluminio). A carcasa de aluminio pódese conectar directamente ao eléctrodo positivo, o que simplifica a estrutura interna, reduce a resistencia e mellora a eficiencia da transmisión de enerxía.
• Requisitos de condutividade da carcasa: Nalgúns deseños de baterías, a carcasa de aluminio forma parte da traxectoria da corrente, como as baterías cilíndricas, que ten funcións tanto de condutividade como de protección.
4. Rendemento de procesamento
• Excelente ductilidade: o aluminio é doado de estampar e estirar, e é axeitado para a produción a grande escala de formas complexas, como películas de aluminio-plástico para baterías cadradas e de paquetes brandos. As carcasas de aceiro son difíciles de procesar e teñen custos elevados.
• Garantía de selado: a tecnoloxía de soldadura de carcasa de aluminio é madura, como a soldadura láser, que pode selar eficazmente o electrolito, evitar a invasión de humidade e osíxeno e prolongar a vida útil da batería.
5. Xestión térmica
• Alta eficiencia de disipación da calor: a condutividade térmica do aluminio (uns 237 W/m·K) é moito maior que a do aceiro (uns 50 W/m·K), o que axuda á batería a disipar a calor rapidamente cando funciona e a reducir o risco de fuga térmica.
6. Custo e economía
• Custos baixos de materiais e procesamento: o prezo da materia prima do aluminio é moderado e o consumo de enerxía de procesamento é baixo, o que é axeitado para a produción a grande escala. Pola contra, materiais como o aceiro inoxidable son máis caros.
7. Deseño de seguridade
• Mecanismo de alivio de presión: as carcasas de aluminio poden liberar a presión interna e evitar explosións en caso de sobrecarga ou fuga térmica mediante o deseño de válvulas de seguridade, como a estrutura abatible CID das baterías cilíndricas.
8. Prácticas da industria e estandarización
• As carcasas de aluminio adoptáronse amplamente desde os primeiros días da comercialización das baterías de litio, como a batería 18650 lanzada por Sony en 1991, formando unha cadea industrial madura e estándares técnicos, consolidando aínda máis a súa posición dominante.
Sempre hai excepcións. Nalgúns casos especiais, tamén se usan carcasas de aceiro:
Nalgúns escenarios con requisitos de resistencia mecánica extremadamente altos, como algunhas baterías de enerxía ou aplicacións en ambientes extremos, pódense usar carcasas de aceiro niquelado, pero o custo supón un aumento do peso e do custo.
Conclusión
As carcasas de aluminio convertéronse nunha opción ideal para as carcasas de baterías de litio debido ás súas amplas vantaxes, como o peso lixeiro, a resistencia á corrosión, a boa condutividade, o procesamento sinxelo, a excelente disipación da calor e o baixo custo, equilibrando perfectamente o rendemento, a seguridade e os requisitos económicos.
Data de publicación: 17 de febreiro de 2025
