Os principais motivos para as baterias de lítio usarem invólucros de alumínio podem ser analisados em detalhes a partir dos seguintes aspectos: peso leve, resistência à corrosão, boa condutividade, bom desempenho de processamento, baixo custo, bom desempenho de dissipação de calor, etc.
1. Leve
• Baixa densidade: A densidade do alumínio é de cerca de 2,7 g/cm³, significativamente menor que a do aço, que é de cerca de 7,8 g/cm³. Em dispositivos eletrônicos que buscam alta densidade energética e leveza, como celulares, laptops e veículos elétricos, as carcaças de alumínio podem reduzir efetivamente o peso total e aumentar a durabilidade.
2. Resistência à corrosão
• Adaptabilidade a ambientes de alta tensão: A tensão de trabalho dos materiais do eletrodo positivo da bateria de lítio, como materiais ternários e óxido de lítio-cobalto, é relativamente alta (3,0-4,5 V). Nesse potencial, o alumínio formará uma densa película de passivação de óxido de alumínio (Al₂O₃) na superfície para evitar corrosão adicional. O aço é facilmente corroído pelo eletrólito sob alta pressão, resultando em degradação do desempenho da bateria ou vazamento.
• Compatibilidade com eletrólitos: o alumínio tem boa estabilidade química com eletrólitos orgânicos, como LiPF₆, e não é propenso a reações durante o uso a longo prazo.
3. Condutividade e projeto estrutural
• Conexão do coletor de corrente: O alumínio é o material preferido para coletores de corrente de eletrodo positivo (como papel alumínio). O invólucro de alumínio pode ser conectado diretamente ao eletrodo positivo, simplificando a estrutura interna, reduzindo a resistência e melhorando a eficiência da transmissão de energia.
• Requisitos de condutividade do invólucro: em alguns projetos de bateria, o invólucro de alumínio faz parte do caminho da corrente, como baterias cilíndricas, que têm funções de condutividade e proteção.
4. Desempenho de processamento
• Excelente ductilidade: O alumínio é fácil de estampar e esticar, sendo adequado para a produção em larga escala de formatos complexos, como filmes de alumínio-plástico para baterias quadradas e flexíveis. As carcaças de aço são difíceis de processar e têm alto custo.
• Garantia de vedação: a tecnologia de soldagem de invólucro de alumínio é madura, como a soldagem a laser, que pode selar efetivamente o eletrólito, evitar a invasão de umidade e oxigênio e prolongar a vida útil da bateria.
5. Gestão térmica
• Alta eficiência de dissipação de calor: A condutividade térmica do alumínio (cerca de 237 W/m·K) é muito maior que a do aço (cerca de 50 W/m·K), o que ajuda a bateria a dissipar o calor rapidamente durante o funcionamento e reduz o risco de fuga térmica.
6. Custo e economia
• Baixos custos de material e processamento: O preço da matéria-prima do alumínio é moderado e o consumo de energia de processamento é baixo, o que o torna adequado para produção em larga escala. Em contraste, materiais como o aço inoxidável são mais caros.
7. Projeto de segurança
• Mecanismo de alívio de pressão: invólucros de alumínio podem liberar pressão interna e evitar explosão em caso de sobrecarga ou fuga térmica, projetando válvulas de segurança, como a estrutura flip CID de baterias cilíndricas.
8. Práticas e padronização da indústria
• Os invólucros de alumínio foram amplamente adotados desde os primeiros dias da comercialização de baterias de lítio, como a bateria 18650 lançada pela Sony em 1991, formando uma cadeia industrial madura e padrões técnicos, consolidando ainda mais sua posição dominante.
Sempre há exceções. Em alguns cenários especiais, também são utilizadas conchas de aço:
Em alguns cenários com requisitos de resistência mecânica extremamente altos, como algumas baterias de energia ou aplicações em ambientes extremos, cascos de aço niquelado podem ser usados, mas o custo é maior em peso e custo.
Conclusão
Os invólucros de alumínio se tornaram uma escolha ideal para invólucros de baterias de lítio devido às suas vantagens abrangentes, como peso leve, resistência à corrosão, boa condutividade, fácil processamento, excelente dissipação de calor e baixo custo, equilibrando perfeitamente desempenho, segurança e requisitos econômicos.
Horário da publicação: 17 de fevereiro de 2025
