מדוע סוללות ליתיום משתמשות באלומיניום כקליפות?

ניתן לנתח את הסיבות העיקריות לסוללות ליתיום להשתמש בקליפות אלומיניום בפירוט מההיבטים הבאים, כלומר קל משקל, עמידות בפני קורוזיה, מוליכות טובה, ביצועי עיבוד טובים, עלות נמוכה, ביצועי פיזור חום טובים וכו '.

1. קל משקל

• צפיפות נמוכה: צפיפות האלומיניום היא בערך 2.7 גרם/ס"מ, הנמוכה משמעותית מזו של הפלדה, שהיא בערך 7.8 גרם/ס"מ. במכשירים אלקטרוניים העוסקים בצפיפות אנרגיה גבוהה ומשקל קל, כמו טלפונים ניידים, מחשבים ניידים וכלי רכב חשמליים, פגזי אלומיניום יכולים להפחית ביעילות את המשקל הכללי ולשפר את הסיבולת.

2. עמידות בפני קורוזיה

• יכולת ההסתגלות לסביבות מתח גבוה: מתח העבודה של חומרי אלקטרודה חיוביים לסוללת ליתיום, כגון חומרים טרנריים ותחמוצת ליתיום קובלט, גבוה יחסית (3.0-4.5 וולט). בפוטנציאל זה, אלומיניום ייצור סרט פסיבציה של תחמוצת אלומיניום צפופה (Al₂O₃) על פני השטח כדי למנוע קורוזיה נוספת. הפלדה מושחתת בקלות על ידי אלקטרוליט בלחץ גבוה, וכתוצאה מכך השפלה או דליפה של ביצועי הסוללה.

• תאימות אלקטרוליט: לאלומיניום יש יציבות כימית טובה לאלקטרוליטים אורגניים, כמו Lipf₆, ואינה מועדת לתגובה במהלך שימוש לטווח הארוך.

3. מוליכות ועיצוב מבני

• חיבור אספן זרם: אלומיניום הוא החומר המועדף על אספני זרם אלקטרודה חיוביים (כגון נייר אלומיניום). ניתן לחבר ישירות את מעטפת האלומיניום לאלקטרודה החיובית, לפשט את המבנה הפנימי, להפחית את ההתנגדות ולשפר את יעילות העברת האנרגיה.

• דרישות מוליכות פגז: בכמה עיצובים של סוללות, מעטפת האלומיניום היא חלק מהנתיב הנוכחי, כמו סוללות גליליות, שיש לה גם מוליכות וגם פונקציות הגנה.

4. ביצועי עיבוד

• משיכות מצוינת: אלומיניום קל להחתים ולמתח, ומתאים לייצור בקנה מידה גדול של צורות מורכבות, כמו סרטים פלסטיים אלומיניום לסוללות מרובעות ורכות. פגזי פלדה קשים לעיבודם ובעלי עלויות גבוהות.

• ערבות איטום: טכנולוגיית ריתוך פגז אלומיניום בוגרת, כגון ריתוך לייזר, שיכולים לאטום ביעילות את האלקטרוליט, למנוע את הפלישה של לחות וחמצן ולהרחיב את חיי הסוללה.

5. ניהול תרמי

• יעילות פיזור חום גבוהה: המוליכות התרמית של אלומיניום (בערך 237 W/M · K) גבוהה בהרבה מזו של הפלדה (בערך 50 וואט/מ '), מה שמסייע לסוללה להתפוגג בחום במהירות בעת עבודה ולהפחית את סיכון לברחה תרמית.

6. עלות וכלכלה

• עלויות חומר ועיבוד נמוכות: מחיר חומר הגלם של האלומיניום הוא בינוני, וצריכת האנרגיה העיבוד נמוכה, המתאימה לייצור בקנה מידה גדול. לעומת זאת, חומרים כמו נירוסטה יקרים יותר.

7. תכנון בטיחות

• מנגנון הקלה בלחץ: פגזי אלומיניום יכולים לשחרר לחץ פנימי ולהימנע מפיצוץ במקרה של חובה יתר או בורח תרמי על ידי תכנון שסתומי בטיחות, כמו מבנה ההפוך של CID של סוללות גליליות.

8. פרקטיקות ותקינה בתעשייה

• פגזי אלומיניום אומצו באופן נרחב מאז הימים הראשונים של מסחור סוללות ליתיום, כמו סוללת 18650 שהושקה על ידי סוני בשנת 1991, ויוצרים רשת תעשייתית בוגרת ותקנים טכניים, מה שמגבש עוד יותר את עמדתה המיינסטרים.

תמיד יש חריגים. בכמה תרחישים מיוחדים משתמשים גם בקליפות פלדה:

בתרחישים מסוימים עם דרישות חוזק מכניות גבוהות במיוחד, כמו כמה סוללות כוח או יישומי סביבה קיצונית, ניתן להשתמש בקליפות פלדה מצופות ניקל, אך העלות מוגברת במשקל ועלות.

מַסְקָנָה

פגזי אלומיניום הפכו לבחירה אידיאלית עבור קליפות סוללות ליתיום בגלל היתרונות המקיפים שלהם כמו משקל קל, עמידות בפני קורוזיה, מוליכות טובה, עיבוד קל, פיזור חום מעולה ועלות נמוכה, איזון בין ביצועים, בטיחות ודרישות כלכליות.