Mengapa baterai lithium menggunakan aluminium sebagai cangkangnya?

Alasan utama baterai lithium menggunakan cangkang aluminium dapat dianalisis secara rinci dari aspek-aspek berikut, yaitu ringan, tahan korosi, konduktivitas yang baik, kinerja pemrosesan yang baik, biaya rendah, kinerja pembuangan panas yang baik, dll.

1. Ringan

• Kepadatan rendah: Kepadatan aluminium sekitar 2,7 g/cm³, jauh lebih rendah daripada kepadatan baja, yaitu sekitar 7,8 g/cm³. Pada perangkat elektronik yang mengutamakan kepadatan energi tinggi dan bobot ringan, seperti ponsel, laptop, dan kendaraan listrik, cangkang aluminium dapat secara efektif mengurangi berat keseluruhan dan meningkatkan daya tahan.

2. Ketahanan korosi

• Adaptasi terhadap lingkungan tegangan tinggi: Tegangan kerja material elektroda positif baterai litium, seperti material terner dan litium kobalt oksida, relatif tinggi (3,0-4,5V). Pada potensial ini, aluminium akan membentuk lapisan pasivasi aluminium oksida (Al₂O₃) yang padat di permukaan untuk mencegah korosi lebih lanjut. Baja mudah terkorosi oleh elektrolit di bawah tekanan tinggi, yang mengakibatkan penurunan kinerja atau kebocoran baterai.

• Kompatibilitas elektrolit: Aluminium memiliki stabilitas kimia yang baik terhadap elektrolit organik, seperti LiPF₆, dan tidak mudah bereaksi selama penggunaan jangka panjang.

3. Konduktivitas dan desain struktural

• Sambungan kolektor arus: Aluminium merupakan material pilihan untuk kolektor arus elektroda positif (seperti aluminium foil). Cangkang aluminium dapat dihubungkan langsung ke elektroda positif, menyederhanakan struktur internal, mengurangi resistansi, dan meningkatkan efisiensi transmisi energi.

• Persyaratan konduktivitas cangkang: Dalam beberapa desain baterai, cangkang aluminium merupakan bagian dari jalur arus, seperti baterai silinder, yang memiliki fungsi konduktivitas dan perlindungan.

4. Kinerja pemrosesan

• Keuletan yang sangat baik: Aluminium mudah dicap dan diregangkan, dan cocok untuk produksi skala besar dengan bentuk-bentuk kompleks, seperti film aluminium-plastik untuk baterai persegi dan kemasan lunak. Cangkang baja sulit diproses dan berbiaya tinggi.

• Jaminan penyegelan: Teknologi pengelasan cangkang aluminium sudah matang, seperti pengelasan laser, yang dapat secara efektif menyegel elektrolit, mencegah masuknya kelembapan dan oksigen, serta memperpanjang masa pakai baterai.

5. Manajemen termal

• Efisiensi pembuangan panas yang tinggi: Konduktivitas termal aluminium (sekitar 237 W/m·K) jauh lebih tinggi daripada baja (sekitar 50 W/m·K), yang membantu baterai membuang panas dengan cepat saat bekerja dan mengurangi risiko pelarian termal.

6. Biaya dan ekonomi

• Biaya material dan pemrosesan rendah: Harga bahan baku aluminium moderat, dan konsumsi energi pemrosesannya rendah, sehingga cocok untuk produksi skala besar. Sebaliknya, material seperti baja tahan karat lebih mahal.

7. Desain keselamatan

• Mekanisme pelepas tekanan: Cangkang aluminium dapat melepaskan tekanan internal dan menghindari ledakan jika terjadi pengisian berlebih atau pelepasan panas yang berlebihan dengan merancang katup pengaman, seperti struktur flip CID pada baterai silinder.

8. Praktik industri dan standarisasi

• Cangkang aluminium telah diadopsi secara luas sejak awal komersialisasi baterai lithium, seperti baterai 18650 yang diluncurkan oleh Sony pada tahun 1991, membentuk rantai industri dan standar teknis yang matang, yang selanjutnya mengokohkan posisi utamanya.

Selalu ada pengecualian. Dalam beberapa skenario khusus, cangkang baja juga digunakan:

Dalam beberapa skenario dengan persyaratan kekuatan mekanis yang sangat tinggi, seperti beberapa baterai daya atau aplikasi lingkungan ekstrem, cangkang baja berlapis nikel dapat digunakan, tetapi biayanya adalah peningkatan berat dan biaya.

Kesimpulan

Cangkang aluminium telah menjadi pilihan ideal untuk cangkang baterai lithium karena berbagai kelebihannya yang komprehensif seperti bobot yang ringan, tahan terhadap korosi, konduktivitas yang baik, pemrosesan yang mudah, pembuangan panas yang sangat baik, serta biaya rendah, sehingga secara sempurna menyeimbangkan kinerja, keamanan, dan persyaratan ekonomi.