Hlavní důvody pro použití hliníkových plášťů u lithiových baterií lze podrobně analyzovat z následujících hledisek, a to nízké hmotnosti, odolnosti proti korozi, dobré vodivosti, dobrého zpracování, nízkých nákladů, dobrého odvodu tepla atd.
1. Lehký
• Nízká hustota: Hustota hliníku je přibližně 2,7 g/cm³, což je výrazně méně než hustota oceli, která je přibližně 7,8 g/cm³. V elektronických zařízeních, která usilují o vysokou energetickou hustotu a nízkou hmotnost, jako jsou mobilní telefony, notebooky a elektromobily, mohou hliníkové pláště účinně snížit celkovou hmotnost a zlepšit odolnost.
2. Odolnost proti korozi
• Adaptabilita na prostředí s vysokým napětím: Provozní napětí materiálů kladných elektrod lithiových baterií, jako jsou ternární materiály a oxid lithium-kobaltu, je relativně vysoké (3,0–4,5 V). Při tomto napětí hliník na povrchu vytvoří hustý pasivační film z oxidu hlinitého (Al₂O₃), který zabraňuje další korozi. Ocel snadno koroduje elektrolytem za vysokého tlaku, což vede ke snížení výkonu baterie nebo úniku.
• Kompatibilita s elektrolyty: Hliník má dobrou chemickou stabilitu vůči organickým elektrolytům, jako je LiPF₆, a není náchylný k reakcím při dlouhodobém používání.
3. Vodivost a konstrukční návrh
• Připojení sběrače proudu: Hliník je preferovaným materiálem pro sběrače proudu s kladnou elektrodou (například hliníková fólie). Hliníkový plášť lze přímo připojit ke kladné elektrodě, což zjednodušuje vnitřní strukturu, snižuje odpor a zlepšuje účinnost přenosu energie.
• Požadavky na vodivost pláště: U některých konstrukcí baterií je hliníkový plášť součástí proudové dráhy, například u válcových baterií, který má jak vodivostní, tak i ochrannou funkci.
4. Výkon zpracování
• Vynikající tažnost: Hliník se snadno lisuje a natahuje a je vhodný pro velkovýrobu složitých tvarů, jako jsou hliníkovo-plastové fólie pro čtvercové a měkké baterie. Ocelové pláště se obtížně zpracovávají a mají vysoké náklady.
• Záruka utěsnění: Technologie svařování hliníkového pláště je vyspělá, jako je například laserové svařování, které dokáže účinně utěsnit elektrolyt, zabránit vnikání vlhkosti a kyslíku a prodloužit životnost baterie.
5. Tepelný management
• Vysoká účinnost odvodu tepla: Tepelná vodivost hliníku (asi 237 W/m·K) je mnohem vyšší než u oceli (asi 50 W/m·K), což pomáhá baterii rychle odvádět teplo během provozu a snižuje riziko tepelného úniku.
6. Náklady a hospodárnost
• Nízké náklady na materiál a zpracování: Cena hliníku jako suroviny je mírná a spotřeba energie při zpracování je nízká, což je vhodné pro velkovýrobu. Naproti tomu materiály jako nerezová ocel jsou dražší.
7. Bezpečnostní návrh
• Mechanismus pro uvolnění tlaku: Hliníkové pláště mohou uvolnit vnitřní tlak a zabránit výbuchu v případě přebití nebo tepelného úniku díky konstrukci pojistných ventilů, jako je například překlápěcí konstrukce CID válcových baterií.
8. Praxe v oboru a standardizace
• Hliníkové pouzdra se široce používají od počátků komercializace lithiových baterií, jako například baterie 18650, kterou společnost Sony uvedla na trh v roce 1991, čímž vytvořila vyspělý průmyslový řetězec a technické standardy a dále upevnila svou pozici v mainstreamu.
Vždy existují výjimky. V některých speciálních scénářích se používají také ocelové skořepiny:
V některých scénářích s extrémně vysokými požadavky na mechanickou pevnost, jako jsou některé napájecí baterie nebo aplikace v extrémních podmínkách, lze použít poniklované ocelové pláště, ale náklady na to se zvyšují ve hmotnosti a nákladech.
Závěr
Hliníkové pláště se staly ideální volbou pro pláště lithiových baterií díky svým komplexním výhodám, jako je nízká hmotnost, odolnost proti korozi, dobrá vodivost, snadné zpracování, vynikající odvod tepla a nízké náklady, což dokonale vyvažuje výkon, bezpečnost a ekonomické požadavky.
Čas zveřejnění: 17. února 2025
