Litium-akkujen alumiinikuorien käytön tärkeimmät syyt voidaan analysoida yksityiskohtaisesti seuraavista näkökohdista: kevyt paino, korroosionkestävyys, hyvä johtavuus, hyvä prosessointikyky, alhaiset kustannukset, hyvä lämmönpoistokyky jne.
1. Kevyt
• Alhainen tiheys: Alumiinin tiheys on noin 2,7 g/cm³, mikä on huomattavasti pienempi kuin teräksen, jonka tiheys on noin 7,8 g/cm³. Elektronisissa laitteissa, joissa pyritään suureen energiatiheyteen ja keveyteen, kuten matkapuhelimissa, kannettavissa tietokoneissa ja sähköajoneuvoissa, alumiinikuoret voivat tehokkaasti vähentää kokonaispainoa ja parantaa kestävyyttä.
2. Korroosionkestävyys
• Sopeutumiskyky korkeajännitteisiin ympäristöihin: Litium-akun positiivisten elektrodimateriaalien, kuten kolmikomponenttisten materiaalien ja litiumkobolttioksidin, käyttöjännite on suhteellisen korkea (3,0–4,5 V). Tässä potentiaalissa alumiini muodostaa pinnalle tiheän alumiinioksidin (Al₂O₃) passivointikalvon, joka estää lisäkorroosiota. Teräs syöpyy helposti elektrolyytin vaikutuksesta korkeassa paineessa, mikä johtaa akun suorituskyvyn heikkenemiseen tai vuotoihin.
• Elektrolyyttien yhteensopivuus: Alumiinilla on hyvä kemiallinen kestävyys orgaanisia elektrolyyttejä, kuten LiPF₆:tä, kohtaan, eikä se ole altis reaktioille pitkäaikaisessa käytössä.
3. Johtavuus ja rakennesuunnittelu
• Virrankerääjän liitäntä: Alumiini on ensisijainen materiaali positiivisen elektrodin virrankerääjille (kuten alumiinifoliolle). Alumiinikuori voidaan liittää suoraan positiiviseen elektrodiin, mikä yksinkertaistaa sisäistä rakennetta, vähentää vastusta ja parantaa energiansiirron tehokkuutta.
• Kuoren johtavuusvaatimukset: Joissakin akkurakenteissa alumiinikuori on osa virran kulkureittiä, kuten sylinterimäisissä akuissa, jolla on sekä johtavuus- että suojaustoimintoja.
4. Käsittelyn suorituskyky
• Erinomainen venyvyys: Alumiinia on helppo leimata ja venyttää, ja se soveltuu monimutkaisten muotojen, kuten neliönmuotoisten ja pehmeiden akkujen alumiini-muovikalvojen, laajamittaiseen tuotantoon. Teräskuoria on vaikea käsitellä ja ne ovat kalliita.
• Tiivistyksen takuu: Alumiinikuoren hitsaustekniikka on kypsää, kuten laserhitsaus, joka voi tehokkaasti tiivistää elektrolyytin, estää kosteuden ja hapen pääsyn sisään ja pidentää akun käyttöikää.
5. Lämmönhallinta
• Korkea lämmönpoistotehokkuus: Alumiinin lämmönjohtavuus (noin 237 W/m·K) on paljon korkeampi kuin teräksen (noin 50 W/m·K), mikä auttaa akkua haihduttamaan lämpöä nopeasti käytön aikana ja vähentää lämpökiihtymisen riskiä.
6. Kustannukset ja taloudellisuus
• Alhaiset materiaali- ja prosessointikustannukset: Alumiinin raaka-aineen hinta on kohtuullinen ja prosessoinnin energiankulutus alhainen, mikä soveltuu laajamittaiseen tuotantoon. Sitä vastoin materiaalit, kuten ruostumaton teräs, ovat kalliimpia.
7. Turvallisuussuunnittelu
• Paineenalennusmekanismi: Alumiinikuoret voivat vapauttaa sisäisen paineen ja estää räjähdyksen ylilatauksen tai lämpöpurkauksen sattuessa suunnittelemalla varoventtiilit, kuten sylinterimäisten akkujen CID-läppärakenteen.
8. Alan käytännöt ja standardointi
• Alumiinikuoria on käytetty laajalti litium-akkujen kaupallistamisen alkuajoista lähtien, kuten Sonyn vuonna 1991 lanseeraama 18650-akku, joka on muodostanut kypsän teollisuusketjun ja tekniset standardit ja vahvistanut entisestään sen valtavirran asemaa.
Poikkeuksia on aina. Joissakin erityistilanteissa käytetään myös teräskuoria:
Joissakin tilanteissa, joissa mekaaninen lujuusvaatimukset ovat erittäin korkeat, kuten joissakin akuissa tai äärimmäisissä ympäristösovelluksissa, voidaan käyttää nikkelipinnoitettuja teräskuoria, mutta kustannukset ovat lisääntynyt paino ja kustannukset.
Johtopäätös
Alumiinikuorista on tullut ihanteellinen valinta litium-akkujen kuoriin niiden kattavien etujen, kuten keveyden, korroosionkestävyyden, hyvän johtavuuden, helpon prosessoinnin, erinomaisen lämmönpoiston ja alhaisten kustannusten ansiosta, jotka tasapainottavat täydellisesti suorituskyvyn, turvallisuuden ja taloudelliset vaatimukset.
Julkaisuaika: 17. helmikuuta 2025
