ทำไมแบตเตอรี่ลิเธียมจึงใช้อลูมิเนียมเป็นเปลือกหอย?

เหตุผลหลักสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมในการใช้เปลือกอลูมิเนียมสามารถวิเคราะห์รายละเอียดจากด้านต่อไปนี้ ได้แก่ น้ำหนักเบาความต้านทานการกัดกร่อนการนำไฟฟ้าที่ดีประสิทธิภาพการประมวลผลที่ดีต้นทุนต่ำประสิทธิภาพการกระจายความร้อนที่ดี ฯลฯ

1. น้ำหนักเบา

•ความหนาแน่นต่ำ: ความหนาแน่นของอลูมิเนียมอยู่ที่ประมาณ 2.7 g/cm³ซึ่งต่ำกว่าเหล็กอย่างมีนัยสำคัญซึ่งประมาณ 7.8 g/cm³ ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงและน้ำหนักเบาเช่นโทรศัพท์มือถือแล็ปท็อปและยานพาหนะไฟฟ้าเปลือกอลูมิเนียมสามารถลดน้ำหนักโดยรวมได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงความอดทน

2. ความต้านทานการกัดกร่อน

•ความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันสูง: แรงดันไฟฟ้าการทำงานของวัสดุอิเล็กโทรดเชิงบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมเช่นวัสดุประกอบไปด้วยและลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ค่อนข้างสูง (3.0-4.5V) ที่ศักยภาพนี้อลูมิเนียมจะสร้างฟิล์มอลูมิเนียมออกไซด์ที่หนาแน่น (Al₂o₃) บนพื้นผิวเพื่อป้องกันการกัดกร่อนต่อไป เหล็กถูกสึกกร่อนได้อย่างง่ายดายด้วยอิเล็กโทรไลต์ภายใต้แรงดันสูงส่งผลให้ประสิทธิภาพการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่หรือการรั่วไหล

•ความเข้ากันได้ของอิเล็กโทรไลต์: อลูมิเนียมมีความเสถียรทางเคมีที่ดีต่ออิเล็กโทรไลต์อินทรีย์เช่นLIPF₆และไม่มีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาในระหว่างการใช้งานในระยะยาว

3. การนำไฟฟ้าและการออกแบบโครงสร้าง

•การเชื่อมต่อตัวสะสมปัจจุบัน: อลูมิเนียมเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับตัวสะสมกระแสไฟฟ้าบวก (เช่นอลูมิเนียมฟอยล์) เปลือกอลูมิเนียมสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับอิเล็กโทรดบวกทำให้โครงสร้างภายในง่ายขึ้นลดความต้านทานและปรับปรุงประสิทธิภาพการส่งพลังงาน

•ข้อกำหนดความเป็นผู้นำของเชลล์: ในการออกแบบแบตเตอรี่บางส่วนเปลือกอลูมิเนียมเป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางปัจจุบันเช่นแบตเตอรี่ทรงกระบอกซึ่งมีทั้งค่าการนำไฟฟ้าและฟังก์ชั่นการป้องกัน

4. ประสิทธิภาพการประมวลผล

•ความเหนียวที่ยอดเยี่ยม: อลูมิเนียมนั้นง่ายต่อการประทับตราและยืดและเหมาะสำหรับการผลิตรูปร่างที่ซับซ้อนขนาดใหญ่เช่นฟิล์มอลูมิเนียมพลาสติกสำหรับแบตเตอรี่สี่เหลี่ยมและแพ็คนุ่ม เปลือกเหล็กเป็นเรื่องยากที่จะประมวลผลและมีค่าใช้จ่ายสูง

•การรับประกันการปิดผนึก: เทคโนโลยีการเชื่อมเปลือกอลูมิเนียมเป็นผู้ใหญ่เช่นการเชื่อมด้วยเลเซอร์ซึ่งสามารถปิดผนึกอิเล็กโทรไลต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพป้องกันความชื้นและออกซิเจนจากการบุกรุกและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่

5. การจัดการความร้อน

•ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนสูง: การนำความร้อนของอลูมิเนียม (ประมาณ 237 W/m · K) สูงกว่าเหล็กกล้า (ประมาณ 50 W/m · K) ซึ่งช่วยให้แบตเตอรี่กระจายความร้อนอย่างรวดเร็วเมื่อทำงานและลดลง ความเสี่ยงของการหลบหนีความร้อน

6. ต้นทุนและเศรษฐกิจ

•ต้นทุนวัสดุและการประมวลผลต่ำ: ราคาวัตถุดิบของอลูมิเนียมอยู่ในระดับปานกลางและการใช้พลังงานการประมวลผลต่ำซึ่งเหมาะสำหรับการผลิตขนาดใหญ่ ในทางตรงกันข้ามวัสดุเช่นสแตนเลสมีราคาแพงกว่า

7. การออกแบบความปลอดภัย

•กลไกการบรรเทาแรงดัน: เปลือกอลูมิเนียมสามารถปลดปล่อยความดันภายในและหลีกเลี่ยงการระเบิดในกรณีที่มีค่าใช้จ่ายสูงเกินไปหรือความร้อนโดยการออกแบบวาล์วความปลอดภัยเช่นโครงสร้างพลิก CID ของแบตเตอรี่ทรงกระบอก

8. การปฏิบัติในอุตสาหกรรมและมาตรฐาน

•เปลือกอลูมิเนียมได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางตั้งแต่วันแรก ๆ ของการค้าแบตเตอรี่ลิเธียมเช่นแบตเตอรี่ 18650 ที่เปิดตัวโดย Sony ในปี 1991 สร้างห่วงโซ่อุตสาหกรรมและมาตรฐานทางเทคนิคที่ครบกำหนดรวมตำแหน่งหลัก

มีข้อยกเว้นอยู่เสมอ ในสถานการณ์พิเศษบางอย่างมีการใช้เปลือกเหล็กด้วย:

ในบางสถานการณ์ที่มีความต้องการความแข็งแรงเชิงกลที่สูงมากเช่นแบตเตอรี่พลังงานบางส่วนหรือแอพพลิเคชั่นสภาพแวดล้อมที่รุนแรงอาจใช้เปลือกเหล็กชุบนิกเกิล แต่ค่าใช้จ่ายจะเพิ่มน้ำหนักและค่าใช้จ่าย

บทสรุป

เปลือกอลูมิเนียมได้กลายเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับเปลือกแบตเตอรี่ลิเธียมเนื่องจากข้อได้เปรียบที่ครอบคลุมเช่นน้ำหนักเบาความต้านทานการกัดกร่อนการนำไฟฟ้าที่ดีการประมวลผลง่ายการกระจายความร้อนที่ยอดเยี่ยมและต้นทุนต่ำประสิทธิภาพที่สมดุลความปลอดภัยและความต้องการทางเศรษฐกิจ