Les principales raisons pour lesquelles les batteries au lithium utilisent des coques en aluminium peuvent être analysées en détail à partir des aspects suivants, à savoir la légèreté, la résistance à la corrosion, une bonne conductivité, de bonnes performances de traitement, un faible coût, de bonnes performances de dissipation thermique, etc.
1. Léger
Faible densité : La densité de l'aluminium est d'environ 2,7 g/cm³, ce qui est nettement inférieur à celle de l'acier, qui est d'environ 7,8 g/cm³. Dans les appareils électroniques à haute densité énergétique et légers, tels que les téléphones portables, les ordinateurs portables et les véhicules électriques, les coques en aluminium permettent de réduire efficacement le poids total et d'améliorer l'endurance.
2. Résistance à la corrosion
• Adaptabilité aux environnements haute tension : La tension de fonctionnement des matériaux d'électrode positive des batteries au lithium, tels que les matériaux ternaires et l'oxyde de cobalt et de lithium, est relativement élevée (3,0-4,5 V). À ce potentiel, l'aluminium forme un film de passivation dense d'oxyde d'aluminium (Al₂O₃) à la surface pour prévenir toute corrosion supplémentaire. L'acier est facilement corrodé par l'électrolyte sous haute pression, ce qui entraîne une dégradation des performances de la batterie ou des fuites.
• Compatibilité électrolytique : l'aluminium présente une bonne stabilité chimique par rapport aux électrolytes organiques, tels que LiPF₆, et n'est pas sujet à une réaction lors d'une utilisation à long terme.
3. Conductivité et conception structurelle
• Connexion du collecteur de courant : L'aluminium est le matériau privilégié pour les collecteurs de courant d'électrode positive (comme la feuille d'aluminium). La coque en aluminium peut être directement connectée à l'électrode positive, ce qui simplifie la structure interne, réduit la résistance et améliore l'efficacité de la transmission d'énergie.
• Exigences de conductivité de la coque : dans certaines conceptions de batteries, la coque en aluminium fait partie du chemin du courant, comme les batteries cylindriques, qui ont à la fois des fonctions de conductivité et de protection.
4. Performances de traitement
• Excellente ductilité : l'aluminium est facile à emboutir et à étirer, et convient à la production à grande échelle de formes complexes, comme les films aluminium-plastique pour batteries carrées et souples. Les coques en acier sont difficiles à usiner et coûtent cher.
• Garantie d'étanchéité : la technologie de soudage de coque en aluminium est mature, comme le soudage au laser, qui peut sceller efficacement l'électrolyte, empêcher l'humidité et l'oxygène d'envahir et prolonger la durée de vie de la batterie.
5. Gestion thermique
• Efficacité de dissipation thermique élevée : la conductivité thermique de l'aluminium (environ 237 W/m·K) est bien supérieure à celle de l'acier (environ 50 W/m·K), ce qui aide la batterie à dissiper rapidement la chaleur pendant le fonctionnement et à réduire le risque d'emballement thermique.
6. Coût et économie
• Faibles coûts de matériaux et de transformation : Le prix de la matière première de l'aluminium est modéré et sa consommation d'énergie est faible, ce qui est adapté à une production à grande échelle. En revanche, des matériaux comme l'acier inoxydable sont plus coûteux.
7. Conception de sécurité
• Mécanisme de décharge de pression : les coques en aluminium peuvent libérer la pression interne et éviter l'explosion en cas de surcharge ou d'emballement thermique en concevant des soupapes de sécurité, telles que la structure à bascule CID des batteries cylindriques.
8. Pratiques industrielles et normalisation
• Les coques en aluminium ont été largement adoptées depuis les premiers jours de la commercialisation des batteries au lithium, comme la batterie 18650 lancée par Sony en 1991, formant une chaîne industrielle mature et des normes techniques, consolidant davantage sa position dominante.
Il existe toujours des exceptions. Dans certains cas particuliers, des coques en acier sont également utilisées :
Dans certains scénarios avec des exigences de résistance mécanique extrêmement élevées, comme certaines batteries d'alimentation ou des applications en environnement extrême, des coques en acier nickelé peuvent être utilisées, mais le coût est un poids et un coût accrus.
Conclusion
Les coques en aluminium sont devenues un choix idéal pour les coques de batteries au lithium en raison de leurs avantages complets tels que la légèreté, la résistance à la corrosion, une bonne conductivité, un traitement facile, une excellente dissipation thermique et un faible coût, équilibrant parfaitement les performances, la sécurité et les exigences économiques.
Date de publication : 17 février 2025
