Las principales razones por las que las baterías de litio utilizan carcasas de aluminio se pueden analizar en detalle a partir de los siguientes aspectos, a saber, peso ligero, resistencia a la corrosión, buena conductividad, buen rendimiento de procesamiento, bajo costo, buen rendimiento de disipación de calor, etc.
1. Ligero
Baja densidad: La densidad del aluminio es de aproximadamente 2,7 g/cm³, significativamente menor que la del acero, que es de aproximadamente 7,8 g/cm³. En dispositivos electrónicos que buscan alta densidad energética y ligereza, como teléfonos móviles, portátiles y vehículos eléctricos, las carcasas de aluminio pueden reducir eficazmente el peso total y mejorar la resistencia.
2. Resistencia a la corrosión
Adaptabilidad a entornos de alto voltaje: El voltaje de trabajo de los materiales del electrodo positivo de las baterías de litio, como los materiales ternarios y el óxido de litio y cobalto, es relativamente alto (3,0-4,5 V). A este potencial, el aluminio forma una densa película de pasivación de óxido de aluminio (Al₂O₃) en la superficie para prevenir la corrosión. El acero se corroe fácilmente por el electrolito a alta presión, lo que provoca la degradación del rendimiento de la batería o fugas.
• Compatibilidad con electrolitos: el aluminio tiene una buena estabilidad química frente a electrolitos orgánicos, como LiPF₆, y no es propenso a reaccionar durante el uso a largo plazo.
3. Conductividad y diseño estructural
Conexión del colector de corriente: El aluminio es el material preferido para los colectores de corriente de electrodo positivo (como el papel de aluminio). La carcasa de aluminio se puede conectar directamente al electrodo positivo, simplificando la estructura interna, reduciendo la resistencia y mejorando la eficiencia de transmisión de energía.
• Requisitos de conductividad de la carcasa: en algunos diseños de baterías, la carcasa de aluminio es parte de la ruta de la corriente, como las baterías cilíndricas, que tienen funciones tanto de conductividad como de protección.
4. Rendimiento del procesamiento
Excelente ductilidad: El aluminio es fácil de estampar y estirar, y es adecuado para la producción a gran escala de formas complejas, como películas de aluminio y plástico para baterías cuadradas y blandas. Las carcasas de acero son difíciles de procesar y tienen un alto costo.
• Garantía de sellado: la tecnología de soldadura de carcasa de aluminio es madura, como la soldadura láser, que puede sellar eficazmente el electrolito, evitar que la humedad y el oxígeno invadan y extender la vida útil de la batería.
5. Gestión térmica
• Alta eficiencia de disipación de calor: la conductividad térmica del aluminio (aproximadamente 237 W/m·K) es mucho mayor que la del acero (aproximadamente 50 W/m·K), lo que ayuda a que la batería disipe el calor rápidamente cuando está en funcionamiento y reduce el riesgo de fuga térmica.
6. Costo y economía
Bajos costos de material y procesamiento: El precio de la materia prima del aluminio es moderado y el consumo de energía para su procesamiento es bajo, lo que lo hace ideal para la producción a gran escala. En cambio, materiales como el acero inoxidable son más caros.
7. Diseño de seguridad
• Mecanismo de alivio de presión: Las carcasas de aluminio pueden liberar la presión interna y evitar una explosión en caso de sobrecarga o descontrol térmico mediante el diseño de válvulas de seguridad, como la estructura de volteo CID de las baterías cilíndricas.
8. Prácticas industriales y estandarización
• Las carcasas de aluminio han sido ampliamente adoptadas desde los primeros días de la comercialización de baterías de litio, como la batería 18650 lanzada por Sony en 1991, formando una cadena industrial madura y estándares técnicos, consolidando aún más su posición dominante.
Siempre hay excepciones. En algunos casos especiales, también se utilizan carcasas de acero:
En algunos escenarios con requisitos de resistencia mecánica extremadamente altos, como algunas baterías de energía o aplicaciones en entornos extremos, se pueden utilizar carcasas de acero niqueladas, pero el costo aumenta el peso y el costo.
Conclusión
Las carcasas de aluminio se han convertido en una opción ideal para las carcasas de baterías de litio debido a sus amplias ventajas, como peso ligero, resistencia a la corrosión, buena conductividad, fácil procesamiento, excelente disipación de calor y bajo costo, equilibrando perfectamente el rendimiento, la seguridad y los requisitos económicos.
Hora de publicación: 17 de febrero de 2025
