Analisis Mekanisme Korosi pada Aluminium-Sel Besi Lithium Berselubung: Meningkatkan Keamanan dan Umur Panjang

Dengan pesatnya perkembangan kendaraan energi baru, sistem penyimpanan energi, dan industri elektronik konsumen, persyaratan keselamatan, kepadatan energi, dan masa pakai baterai litium-ion terus meningkat. Berkat kekuatan mekaniknya yang luar biasa, sifatnya yang ringan, dan kemampuan pembuangan panas yang unggul, casing aluminium telah menjadi solusi pengemasan utama untuk banyak baterai penyimpan daya dan energi. Secara khusus, selubung aluminium banyak digunakan pada baterai bertenaga prismatik, memberikan perlindungan struktural yang andal dan manajemen termal untuk sel baterai.

 

Dibandingkan dengan sel kantong dan desain baterai silinder tertentu, baterai-berselubung aluminium menawarkan ketahanan benturan dan stabilitas dimensi yang unggul. Khususnya dalam-sistem baterai berkapasitas tinggi, selubung aluminium secara efektif meningkatkan kekakuan sel secara keseluruhan dan mengurangi risiko deformasi yang disebabkan oleh tekanan mekanis eksternal selama pengangkutan dan pengoperasian; akibatnya, mereka banyak digunakan dalam angkutan kereta api, penyimpanan energi listrik, dan aplikasi kendaraan energi baru.

 

Dalam kondisi pengoperasian normal, lapisan pasif oksida yang padat dan stabil terbentuk pada permukaan casing aluminium. Film pelindung ini secara efektif mencegah kontak langsung antara substrat logam dan media eksternal, sehingga meningkatkan ketahanan terhadap korosi. Untuk selubung aluminium yang digunakan dalam sel baterai litium-polimer, integritas lapisan pasivasi ini terkait langsung dengan keandalan-jangka panjang dan masa pakai wadah baterai.

 

Analisis lebih lanjut menggunakan spektroskopi dispersif energi (EDS) mengungkapkan bahwa meskipun selubung utuh sebagian besar terdiri dari aluminium, area yang terkorosi mengandung oksigen dan karbon dalam jumlah besar. Hal ini menunjukkan bahwa proses korosi melibatkan pembentukan produk reaksi kimia baru dan perubahan elektrokimia yang kompleks.

 

Analisis difraksi sinar X-ray (XRD) menunjukkan bahwa produk korosi sebagian besar terdiri dari litium karbonat dan sejumlah kecil senyawa litium-aluminium. Hal ini menunjukkan bahwa, dalam kondisi tertentu, ion litium berpartisipasi dalam reaksi kimia pada permukaan casing. Dalam kasus selubung baterai litium prismatik, jika sambungan listrik terbentuk antara elektroda negatif dan selubung, ion litium dapat bermigrasi menuju selubung dan mengalami reaksi interkalasi.

 

Secara mekanis, kisi logam aluminium memiliki konfigurasi struktural yang mengakomodasi interkalasi ion litium. Saat elektroda negatif bersentuhan langsung dengan casing, beberapa ion litium dapat memasuki kisi aluminium untuk membentuk senyawa litium-aluminium. Saat reaksi berlangsung, produk antara seperti litium oksida dan litium hidroksida terbentuk pada permukaan casing; inilah alasan utama mengapa sampel yang terkorosi menunjukkan alkalinitas yang berbeda.

 

Seiring berkembangnya korosi, senyawa litium ini bereaksi dengan karbon dioksida di atmosfer, yang pada akhirnya menghasilkan endapan litium karbonat dalam jumlah besar. Untuk casing baterai lithium iron phosphate (LFP), endapan tersebut tidak hanya membahayakan integritas struktural casing tetapi juga mempercepat konsumsi elektrolit dan meningkatkan impedansi internal, yang menyebabkan penurunan kapasitas baterai secara terus-menerus.

 

 

Di luar reaksi kimia itu sendiri, perubahan potensial casing merupakan faktor penting yang mempengaruhi korosi. Penelitian menunjukkan bahwa meskipun perbedaan potensial yang signifikan dipertahankan antara casing dan elektroda negatif dalam sel yang sehat, perbedaan ini turun hingga mendekati nol pada sel yang mengalami korosi. Untuk sel litium-ion dengan selubung aluminium, perbedaan potensial yang rendah sering kali menandakan kegagalan dalam sistem insulasi, sehingga menciptakan kondisi yang memungkinkan terjadinya reaksi korosi.

 

Dari sudut pandang manufaktur, kunci untuk mencegah korosi terletak pada peningkatan keandalan isolasi casing. Proses produksi selubung aluminium harus secara ketat mengontrol dimensi elektroda, toleransi dimensi, dan posisi perakitan; secara bersamaan, desain insulasi di area tab harus diperkuat untuk mencegah kontak langsung antara elektroda negatif dan casing. Selain itu, mekanisme yang kuat untuk memantau potensi casing dan produk penyaringan harus ditetapkan untuk mengidentifikasi sel dengan potensi risiko pada tahap sedini mungkin.

 

Singkatnya, korosi casing aluminium pada dasarnya adalah proses elektrokimia kompleks yang disebabkan oleh kontak abnormal antara elektroda negatif dan elektroda negatifCangkang baterai aluminium, yang memicu reaksi berantai yang melibatkan interkalasi ion litium ke dalam logam aluminium. Seiring berkembangnya-baterai dengan kepadatan-energi tinggi, optimalisasi bahan casing aluminium, peningkatan struktur insulasi, dan kemajuan berkelanjutan dalam-teknologi inspeksi lini akan sangat penting untuk meningkatkan keselamatan, keandalan, dan masa pakai baterai litium-ion.