در تجزیه و تحلیل عمیق از شش مزیت اصلی کیس باتری آلومینیومی

در طراحی ساختاری قاب‌های باتری آلومینیومی، انتخاب مواد پوسته مستقیماً بر عملکرد، ایمنی و سازگاری باطری تأثیر می‌گذارد. در حال حاضر، زمینه صفحه پوشش باتری برق، الگویی را تشکیل داده است که تحت سلطه بسته باتری LiFePO4 قرار دارد و جایگزین پوسته های فولادی پرکاربرد در روزهای اولیه شده است. پشت این تحول صنعت، مزیت قابل توجه مواد پوسته آلومینیومی در عملکرد چند بعدی است. این مقاله به شش بعد اصلی سبک‌وزنی، مدیریت حرارتی، مقاومت در برابر خوردگی، هزینه پردازش، ایمنی و استانداردسازی صنعت می‌پردازد تا عمیقاً تحلیل کند که چرا پوسته‌های آلومینیومی مواد پوسته ترجیحی برای جعبه باتری MnO2 هستند.

مزیت سبک وزن یکی از نیروهای محرکه اصلی برای محبوبیت پوسته های آلومینیومی است. چگالی آلومینیوم تنها یک -چگالی فولاد است (حدود 2.7 گرم در سانتی‌متر مربع در مقابل 7.8 گرم بر سانتی‌متر مربع)، که امکان طراحی پوسته نازک‌تری را برای جعبه‌های باتری آلومینیومی با همان ظرفیت مورد نیاز فراهم می‌کند و وزن کلی باتری را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. برای دستگاه‌هایی که برای بهبود برد و قابلیت حمل به فناوری سبک‌وزن متکی هستند، این مزیت بسیار مهم است - برای مثال، در زمینه وسایل نقلیه الکتریکی، استفاده از قاب‌های آلومینیومی باتری خودرو می‌تواند وزن بسته‌های باتری را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و به طور غیرمستقیم برد خودرو را افزایش دهد. در دستگاه های الکترونیکی قابل حمل مانند گوشی های هوشمند و لپ تاپ ها، طراحی سبک وزن می تواند تجربه کاربر را افزایش دهد. داده‌ها نشان می‌دهد که باتری‌های لیتیوم{7} یون با پوسته‌های آلومینیومی دارای چگالی انرژی 10 تا 15 درصد بیشتر از باتری‌های دارای پوسته فولادی هستند که نقش مهمی در ارتقای توسعه صنعت انرژی‌های جدید دارد.

عملکرد عالی مدیریت حرارتی یک پشتیبانی مهم برای پوسته باتری پاور برای اطمینان از عملکرد ایمن باتری ها است. در طول فرآیند شارژ و دشارژ، باتری ها به ناچار گرما تولید می کنند. اگر گرما به موقع دفع نشود، باعث گرم شدن موضعی می شود که نه تنها عمر باتری را تحت تأثیر قرار می دهد، بلکه ممکن است منجر به خطرات ایمنی مانند گرمایش کنترل نشده نیز شود. رسانایی حرارتی آلومینیوم (حدود 237 W/m · K) پنج برابر فولاد (حدود 50 W / m · K) است و دارای رسانایی گرمایی کارآمد است که می تواند گرمای تولید شده در داخل باتری را به سرعت به خارج منتقل کند، به اتلاف گرمای متعادل دست یابد و به طور موثر خطر فرار حرارتی را کاهش دهد. در مقابل، پوسته های فولادی رسانایی حرارتی ضعیفی دارند و مستعد تشکیل نقاط داغ هستند. استفاده طولانی مدت می‌تواند پیر شدن باتری را تسریع کند و حتی ایمنی را تهدید کند. در سناریوهای کاربردی پرقدرت مانند وسایل نقلیه با انرژی جدید، قابلیت مدیریت حرارتی کارآمد قاب آلومینیومی برای خودروهای انرژی جدید برای اطمینان از عملکرد پایدار سیستم‌های باتری بسیار مهم است.

عملکرد عالی مدیریت حرارتی یک پشتیبانی مهم برای محافظ آلومینیومی باتری لیتیوم برای اطمینان از عملکرد ایمن باتری ها است. در طول فرآیند شارژ و دشارژ، باتری ها به ناچار گرما تولید می کنند. اگر گرما به موقع دفع نشود، باعث گرم شدن موضعی می شود که نه تنها عمر باتری را تحت تأثیر قرار می دهد، بلکه ممکن است منجر به خطرات ایمنی مانند گرمایش کنترل نشده نیز شود. رسانایی حرارتی آلومینیوم (حدود 237 W/m · K) پنج برابر فولاد (حدود 50 W / m · K) است و دارای رسانایی گرمایی کارآمد است که می تواند گرمای تولید شده در داخل باتری را به سرعت به خارج منتقل کند، به اتلاف گرمای متعادل دست یابد و به طور موثر خطر فرار حرارتی را کاهش دهد. در مقابل، پوسته های فولادی رسانایی حرارتی ضعیفی دارند و مستعد تشکیل نقاط داغ هستند. استفاده طولانی مدت می‌تواند پیر شدن باتری را تسریع کند و حتی ایمنی را تهدید کند. در سناریوهای کاربردی پرقدرت مانند وسایل نقلیه با انرژی جدید، قابلیت مدیریت حرارتی کارآمد پوسته آلومینیومی قابل شارژ برای اطمینان از عملکرد پایدار سیستم‌های باتری بسیار مهم است. تجزیه و تحلیل درجه

مقاومت در برابر خوردگی و پایداری الکتروشیمیایی ویژگی‌های اصلی پوسته‌های آلومینیومی برای انطباق با محیط کار باتری‌های لیتیومی- هستند. محیط کار کیس آلومینیومی برای باتری خودرو شامل شرایط پیچیده ای مانند ولتاژ بالا و الکترولیت های آلی است که الزامات سختی را برای پایداری شیمیایی مواد پوسته تحمیل می کند. در یک محیط با ولتاژ بالا که ولتاژ کاری مواد الکترود مثبت 3.0-4.5 ولت است، آلومینیوم یک لایه متراکم از فیلم غیرفعال اکسید آلومینیوم (Al2O3) را روی سطح تشکیل می‌دهد که می‌تواند به طور موثر فرسایش الکترولیت را مسدود کند و یکپارچگی پوسته را تضمین کند. با این حال، پوسته های فولادی مستعد واکنش های اکسیداسیون در این محیط هستند و نیاز به عملیات آبکاری نیکل اضافی دارند، که نه تنها پیچیدگی فرآیند تولید را افزایش می دهد، بلکه هزینه ها را نیز افزایش می دهد. در عین حال، آلومینیوم پایداری شیمیایی بهتری برای الکترولیت‌های آلی که معمولاً در باتری‌های لیتیوم{8} یونی مانند LiPF ₆ استفاده می‌شوند، دارد و کمتر در معرض واکنش‌های جانبی در طول استفاده طولانی‌مدت است که می‌تواند ثبات و دوام عملکرد باتری را تضمین کند. ویژگی قاب آلومینیومی بسته باتری خودرو LiFePO4 آن را به گزینه ای ایده آل برای سازگاری با محیط های پیچیده الکتروشیمیایی تبدیل می کند.

عملکرد عالی پردازش و صرفه جویی بیشتر مزیت بازار جعبه های باتری آلومینیومی را تثبیت می کند. از منظر ویژگی‌های پردازش، آلومینیوم دارای شکل‌پذیری عالی است و به راحتی می‌توان آن را به شکل‌های پیچیده مورد نیاز برای کیس‌های سلولی منشوری از طریق مهر زدن، کشش و سایر فرآیندها پردازش کرد. تکنیک های جوشکاری بالغ، مانند جوشکاری لیزری، می تواند از آب بندی پوسته اطمینان حاصل کند و الزامات آب بندی باتری را برآورده کند. فولاد سختی بالاتر و سختی پردازش بیشتری دارد و پیچیدگی فرآیندهای شکل‌دهی و جوشکاری بیشتر از پوسته‌های آلومینیومی است. از منظر کنترل هزینه، قیمت مواد خام آلومینیوم متوسط ​​است و مصرف انرژی در طول فرآوری پایین است و آن را برای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ مناسب می‌سازد. پوسته های فولادی نیاز به استفاده از فولاد با استحکام بالا یا آبکاری نیکل اضافی دارند که در نتیجه هزینه های مواد و پردازش در مقایسه با پوسته های آلومینیومی افزایش می یابد. سازگاری بالای پردازش و صرفه جویی در پوسته آلومینیومی سلول لیتیوم یونی آنها را قادر می سازد تا نیازهای توسعه-در مقیاس بزرگ در صنعت انرژی جدید را برآورده سازند.

عملکرد عالی پردازش و صرفه جویی بیشتر مزیت بازار قاب آلومینیومی باتری LFP را تثبیت می کند. از منظر ویژگی های پردازش، آلومینیوم دارای شکل پذیری عالی است و به راحتی می توان آن را به شکل های پیچیده مورد نیاز برای پوسته آلومینیومی سلول لی از طریق مهر زنی، کشش و سایر فرآیندها پردازش کرد. تکنیک های جوشکاری بالغ، مانند جوشکاری لیزری، می تواند از آب بندی پوسته اطمینان حاصل کند و الزامات آب بندی باتری را برآورده کند. فولاد سختی بالاتر و سختی پردازش بیشتری دارد و پیچیدگی فرآیندهای شکل‌دهی و جوشکاری بیشتر از پوسته‌های آلومینیومی است. از منظر کنترل هزینه، قیمت مواد اولیه آلومینیوم در حد متوسط ​​است و مصرف انرژی در طول فرآوری پایین است و آن را برای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ مناسب می‌سازد. پوسته های فولادی به استفاده از فولاد با استحکام بالا یا عملیات آبکاری نیکل اضافی نیاز دارند، که منجر به افزایش قابل توجهی در هزینه های مواد و پردازش در مقایسه با پوسته های آلومینیومی می شود. سازگاری بالای پردازش و صرفه جویی در پوسته آلومینیومی سلول های فسفات آهن لیتیوم آنها را قادر می سازد تا نیازهای توسعه-در مقیاس بزرگ در صنعت انرژی جدید را برآورده سازند.

از نظر طراحی ایمنی، کیس باتری آلومینیومی مزایای بی نظیری نسبت به پوسته های فولادی دارد. از یک طرف، پوسته آلومینیومی را می توان با دریچه های ایمنی یکپارچه (مانند سوراخ های ضد انفجار{1}) طراحی کرد تا در زمان ایجاد فشار بالا به دلیل واکنش های غیرعادی در داخل باتری، فشار را به موقع آزاد کند و از انفجار پوسته جلوگیری شود. با این حال، استحکام پوسته فولادی بیش از حد بالا است و دستیابی به آزادسازی فشار از طریق طرح های مشابه را دشوار می کند. هنگامی که فشار داخلی به یک مقدار بحرانی انباشته می شود، به راحتی می تواند باعث انفجارهای شدید شود که خطر ایمنی بالاتری را به همراه دارد. از سوی دیگر، در طول فرآیند شارژ و دشارژ، باتری ها ممکن است انبساط سلولی را تجربه کنند. پوسته آلومینیومی می تواند ضریب تورم را با بهینه سازی فرمول آلیاژ (مانند آلیاژ آلومینیوم منگنز 3003) کاهش دهد، که در طول انبساط سلول، نیروی واکنش یکنواختی ایجاد می کند و آسیب به ساختار باتری را کاهش می دهد. سفتی پوسته فولادی بسیار قوی است، که به راحتی می تواند باعث تمرکز تنش موضعی در مواجهه با انبساط سلول باتری شود. استفاده طولانی مدت ممکن است منجر به تغییر شکل پوسته یا خرابی آب بندی شود. مزایای طراحی ایمنی محفظه‌های سلولی باتری منشوری سفارشی تضمین‌های ایمنی اصلی را برای کاربرد گسترده باتری‌های لیتیوم{11} یون ارائه می‌کند.

بهبود سیستم استانداردسازی و روند پیشرو در صنعت، موقعیت غالب پوسته های آلومینیومی را بیشتر مستحکم کرده است. در حال حاضر، بسته‌های باتری لیتیوم{1} یون یک استاندارد ملی کامل (مانند GB/T 33824-2017) تشکیل داده‌اند که مشخصات واحدی را برای تولید، آزمایش و کاربرد ارائه می‌کند. در سطح کاربرد صنعت، پوسته‌های باتری آلومینیومی انرژی جدید به انتخاب اصلی در زمینه باتری‌های مربعی تبدیل شده‌اند که کاربردهای متعددی مانند وسایل نقلیه انرژی جدید، دستگاه‌های ذخیره انرژی و دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل را پوشش می‌دهند. اگرچه در برخی از باتری های استوانه ای (مانند مدل 18650) همچنان از پوسته های فولادی استفاده می شود، اما در زمینه باتری های مربعی، پوسته های آلومینیومی جایگزین پوسته های فولادی شده اند.

بهبود سیستم استانداردسازی و روند پیشرو در صنعت، موقعیت غالب پوسته های آلومینیومی را بیشتر مستحکم کرده است. در حال حاضر،بسته باتری با محفظه آلومینیومییک استاندارد ملی کامل (مانند GB/T 33824-2017) تشکیل داده است، که مشخصات یکپارچه را برای تولید، آزمایش و کاربرد ارائه می‌کند. در سطح کاربرد صنعت، سلول‌های لیتیوم یون آلومینیومی به انتخاب اصلی در زمینه باتری‌های مربعی تبدیل شده‌اند که کاربردهای متعددی مانند وسایل نقلیه انرژی جدید، دستگاه‌های ذخیره انرژی و دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل را پوشش می‌دهند. اگرچه در برخی از باتری های استوانه ای (مانند مدل 18650) همچنان از پوسته های فولادی استفاده می شود، اما در زمینه باتری های مربعی، پوسته های آلومینیومی جایگزین پوسته های فولادی شده اند.