دلایل اصلی استفاده از پوسته‌های آلومینیومی در باتری‌های لیتیومی را می‌توان به تفصیل از جنبه‌های زیر بررسی کرد: سبکی، مقاومت در برابر خوردگی، رسانایی خوب، عملکرد پردازشی خوب، هزینه کم، عملکرد خوب در دفع حرارت و غیره.
۱. سبک وزن
• چگالی کم: چگالی آلومینیوم حدود ۲.۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب است که به طور قابل توجهی کمتر از چگالی فولاد است که حدود ۷.۸ گرم بر سانتی‌متر مکعب است. در دستگاه‌های الکترونیکی که چگالی انرژی بالا و وزن سبکی دارند، مانند تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها و وسایل نقلیه الکتریکی، پوسته‌های آلومینیومی می‌توانند به طور موثری وزن کلی را کاهش داده و استقامت را بهبود بخشند.
۲. مقاومت در برابر خوردگی
• سازگاری با محیط‌های ولتاژ بالا: ولتاژ کاری مواد الکترود مثبت باتری لیتیومی، مانند مواد سه‌تایی و اکسید کبالت لیتیوم، نسبتاً بالا است (3.0-4.5 ولت). در این پتانسیل، آلومینیوم یک لایه اکسید آلومینیوم متراکم (Al₂O₃) روی سطح تشکیل می‌دهد تا از خوردگی بیشتر جلوگیری کند. فولاد به راحتی توسط الکترولیت تحت فشار بالا خورده می‌شود و در نتیجه عملکرد باتری کاهش می‌یابد یا نشت می‌کند.
• سازگاری با الکترولیت: آلومینیوم پایداری شیمیایی خوبی در برابر الکترولیت‌های آلی، مانند LiPF₆، دارد و در استفاده طولانی مدت مستعد واکنش نیست.
۳. رسانایی و طراحی سازه
• اتصال جمع کننده جریان: آلومینیوم ماده ترجیحی برای جمع کننده های جریان الکترود مثبت است (مانند فویل آلومینیومی). پوسته آلومینیومی را می توان مستقیماً به الکترود مثبت متصل کرد و ساختار داخلی را ساده کرد، مقاومت را کاهش داد و راندمان انتقال انرژی را بهبود بخشید.
• الزامات رسانایی پوسته: در برخی از طراحی‌های باتری، پوسته آلومینیومی بخشی از مسیر جریان است، مانند باتری‌های استوانه‌ای که هم وظیفه رسانایی و هم وظیفه محافظت را بر عهده دارد.
۴. عملکرد پردازش
• شکل‌پذیری عالی: آلومینیوم به راحتی قالب‌گیری و کشیده می‌شود و برای تولید انبوه اشکال پیچیده، مانند فیلم‌های آلومینیومی-پلاستیکی برای باتری‌های مربعی و بسته‌بندی نرم، مناسب است. پوسته‌های فولادی به سختی پردازش می‌شوند و هزینه‌های بالایی دارند.
• تضمین آب بندی: فناوری جوشکاری پوسته آلومینیومی به بلوغ رسیده است، مانند جوشکاری لیزری که می تواند الکترولیت را به طور موثر آب بندی کند، از نفوذ رطوبت و اکسیژن جلوگیری کند و عمر باتری را افزایش دهد.
۵. مدیریت حرارتی
• راندمان بالای دفع حرارت: رسانایی حرارتی آلومینیوم (حدود ۲۳۷ W/m·K) بسیار بیشتر از فولاد (حدود ۵۰ W/m·K) است که به باتری کمک می‌کند هنگام کار، گرما را به سرعت دفع کند و خطر فرار حرارتی را کاهش دهد.
۶. هزینه و اقتصاد
• هزینه مواد و فرآوری پایین: قیمت مواد اولیه آلومینیوم متوسط است و مصرف انرژی فرآوری آن کم است که برای تولید در مقیاس بزرگ مناسب است. در مقابل، موادی مانند فولاد ضد زنگ گران‌تر هستند.
۷. طراحی ایمنی
• مکانیسم کاهش فشار: پوسته‌های آلومینیومی می‌توانند با طراحی شیرهای اطمینان، مانند ساختار CID flip باتری‌های استوانه‌ای، فشار داخلی را آزاد کرده و از انفجار در صورت شارژ بیش از حد یا فرار حرارتی جلوگیری کنند.
۸. رویه‌های صنعتی و استانداردسازی
• پوسته‌های آلومینیومی از روزهای اولیه تجاری‌سازی باتری‌های لیتیومی، مانند باتری ۱۸۶۵۰ که توسط سونی در سال ۱۹۹۱ عرضه شد، به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند و با تشکیل یک زنجیره صنعتی بالغ و استانداردهای فنی، جایگاه اصلی خود را بیش از پیش تثبیت کرده‌اند.
همیشه استثنائاتی وجود دارد. در برخی سناریوهای خاص، از پوسته‌های فولادی نیز استفاده می‌شود:
در برخی سناریوها که به مقاومت مکانیکی بسیار بالایی نیاز است، مانند برخی باتری‌های برق یا کاربردهای محیطی دشوار، می‌توان از پوسته‌های فولادی با روکش نیکل استفاده کرد، اما هزینه آن افزایش وزن و هزینه تمام شده است.
نتیجه‌گیری
پوسته‌های آلومینیومی به دلیل مزایای جامع خود مانند وزن سبک، مقاومت در برابر خوردگی، رسانایی خوب، پردازش آسان، اتلاف حرارت عالی و هزینه کم، به یک انتخاب ایده‌آل برای پوسته‌های باتری لیتیومی تبدیل شده‌اند و به طور کامل تعادل بین عملکرد، ایمنی و الزامات اقتصادی را برقرار می‌کنند.
زمان ارسال: ۱۷ فوریه ۲۰۲۵
