De belangrijkste redenen waarom lithium-batterijen aluminium behuizingen gebruiken, kunnen gedetailleerd worden geanalyseerd aan de hand van de volgende aspecten: lichtgewicht, corrosiebestendigheid, goede geleidbaarheid, goede verwerkingsprestaties, lage kosten, goede warmteafvoerprestaties, enz.
1. Lichtgewicht
• Lage dichtheid: De dichtheid van aluminium is ongeveer 2,7 g/cm³, wat aanzienlijk lager is dan die van staal, dat ongeveer 7,8 g/cm³ bedraagt. In elektronische apparaten die een hoge energiedichtheid en een laag gewicht nastreven, zoals mobiele telefoons, laptops en elektrische voertuigen, kunnen aluminium behuizingen het totale gewicht effectief verlagen en de duurzaamheid verbeteren.
2. Corrosiebestendigheid
• Aanpasbaarheid aan hoogspanningsomgevingen: De werkspanning van de positieve elektrodematerialen van lithiumbatterijen, zoals ternaire materialen en lithiumkobaltoxide, is relatief hoog (3,0-4,5 V). Bij dit potentiaal vormt aluminium een dichte passiveringsfilm van aluminiumoxide (Al₂O₃) op het oppervlak om verdere corrosie te voorkomen. Staal corrodeert gemakkelijk door elektrolyt onder hoge druk, wat leidt tot prestatieverlies of lekkage van de batterij.
• Elektrolytcompatibiliteit: Aluminium heeft een goede chemische stabiliteit ten opzichte van organische elektrolyten, zoals LiPF₆, en is niet vatbaar voor reacties bij langdurig gebruik.
3. Geleidbaarheid en structureel ontwerp
• Stroomcollectoraansluiting: Aluminium is het voorkeursmateriaal voor positieve elektrodestroomcollectoren (zoals aluminiumfolie). De aluminium behuizing kan direct op de positieve elektrode worden aangesloten, wat de interne structuur vereenvoudigt, de weerstand vermindert en de energieoverdrachtsefficiëntie verbetert.
• Eisen aan de geleiding van de omhulling: Bij sommige batterijontwerpen maakt de aluminium omhulling deel uit van het stroompad, zoals bij cilindrische batterijen, die zowel een geleidende als een beschermende functie hebben.
4. Verwerkingsprestaties
• Uitstekende ductiliteit: aluminium is gemakkelijk te stansen en te rekken en is geschikt voor grootschalige productie van complexe vormen, zoals aluminium-kunststoffolies voor vierkante en softpack-batterijen. Stalen behuizingen zijn moeilijk te bewerken en hebben hoge kosten.
• Afdichtingsgarantie: de technologie voor het lassen van aluminium behuizingen is volwassen, zoals laserlassen, wat de elektrolyt effectief kan afdichten, voorkomt dat vocht en zuurstof binnendringen en de levensduur van de batterij verlengt.
5. Thermisch beheer
• Hoge warmteafvoerefficiëntie: De thermische geleidbaarheid van aluminium (ongeveer 237 W/m·K) is veel hoger dan die van staal (ongeveer 50 W/m·K), waardoor de batterij sneller warmte kan afvoeren tijdens gebruik en het risico op thermische runaway wordt verminderd.
6. Kosten en economie
• Lage materiaal- en verwerkingskosten: De grondstofprijs van aluminium is gematigd en het energieverbruik voor de verwerking is laag, wat het geschikt maakt voor grootschalige productie. Materialen zoals roestvrij staal zijn daarentegen duurder.
7. Veiligheidsontwerp
• Drukontlastingsmechanisme: Aluminium behuizingen kunnen de interne druk laten ontsnappen en een explosie voorkomen in geval van overbelasting of thermische runaway door het ontwerp van veiligheidsventielen, zoals de CID-flipstructuur van cilindrische batterijen.
8. Industriële praktijken en standaardisatie
• Aluminium behuizingen worden al sinds de begindagen van de commercialisering van lithium-ionbatterijen op grote schaal toegepast, zoals de 18650-batterij die Sony in 1991 op de markt bracht. Ze vormen een volwassen industriële keten en technische normen, waardoor de marktpositie ervan verder is versterkt.
Er zijn altijd uitzonderingen. In sommige speciale scenario's worden ook stalen granaten gebruikt:
In sommige gevallen waar extreem hoge eisen worden gesteld aan de mechanische sterkte, zoals bij bepaalde krachtaccu's of bij toepassingen in extreme omgevingen, kunnen vernikkelde stalen behuizingen worden gebruikt. De kosten hiervan zijn echter hoger, namelijk het gewicht en de kosten.
Conclusie
Aluminium behuizingen zijn een ideale keuze geworden voor lithium-batterijbehuizingen vanwege hun vele voordelen, zoals een licht gewicht, corrosiebestendigheid, goede geleiding, eenvoudige verwerking, uitstekende warmteafvoer en lage kosten. Hiermee wordt een perfecte balans gevonden tussen prestatie-, veiligheids- en economische vereisten.
Geplaatst op: 17-02-2025
