Cupru-Bară de colectare din aluminiu în-Procesul de acoperire cu polimeri: proces, materiale și analize de aplicare în industrie

Acoperirea cu bare colectoare din-aluminiu în-polimer se referă la procesul de acoperire uniformă a suprafeței barei colectoare din cupru-aluminiu cu un material izolant asemănător cu gel lichid- printr-o tehnică specifică, formând un strat protector izolator. În esență, este, de asemenea, un proces de acoperire a suprafeței barei colectoare de cupru-aluminiu cu un strat izolator prin topirea plasticului și aplicarea acestuia, iar obiectivul său principal este de a obține o izolație fiabilă, de a se adapta la condiții complexe de lucru, echilibrând în același timp costul și performanța. Bara de cupru cu scufundare din plastic este una dintre componentele de bază realizate pe baza acestui proces.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Procesul de-calitate înaltă-de acoperire cu polimeri trebuie să îndeplinească trei cerințe de bază: în primul rând, fiabilitatea izolației. Grosimea stratului de acoperire trebuie controlată în intervalul de 0,5–2 mm, cu o rezistență de izolație de 20–28 kV/mm, capabilă să reziste la un test de rezistență la 4380 V CC. Acesta este, de asemenea, indicatorul de bază de performanță al barei colectoare izolate cu scufundare din PVC; În al doilea rând, adaptabilitatea la mediu. Ar trebui să aibă o rezistență excelentă la coroziune în ceață de sare, fără coroziune după ce a fost scufundat în soluție de NaCl 5% la 35 de grade timp de 192 de ore; În al treilea rând, rentabilitatea-. În comparație cu procesul de acoperire cu film PI, costul materialelor de acoperire în-polimer poate fi redus cu 30%, făcându-l potrivit pentru producția de loturi-la scară largă.

 

Cu toate acestea, acest proces are anumite limitări în aplicarea câmpurilor bateriei de putere. Pentru sistemele de stocare a energiei, cerințele de izolație au prioritate față de ușurare, iar rata de penetrare este relativ mare. În schimb, o baterie de putere este constrânsă de sensibilitatea la spațiu și de contradicțiile de disipare a căldurii - o creștere a grosimii acoperirii va determina o creștere cu 20-31% a rezistenței termice. Prin urmare, aplicarea sa este relativ limitată.

Procesul de acoperire în-polimer este complex, iar controlul precis al fiecărei etape a procesului determină în mod direct calitatea produsului. Procesul complet poate fi împărțit în patru pași: pre-tratament, acoperire prin scufundare, plastificare și post-tratament. Etapa de pre-tratare este cheia pentru determinarea aderenței acoperirii.

 

În primul rând, uleiul și murdăria de pe suprafața barei de cupru-aluminiu sunt îndepărtate folosind o soluție alcalină cu un pH de 10–12 timp de 5–8 minute pentru a se asigura că uleiul și murdăria reziduală de pe suprafața barei de cupru-aluminiu sunt mai mici sau egale cu 0,1 mg/m²; apoi, suprafața este rugoasă prin pulverizarea particulelor de alumină cu ochiuri de 120-pentru a controla rugozitatea suprafeței Ra în interval de 1,6–3,2μm, sporind aderența stratului de acoperire; în final, se efectuează preîncălzirea și activarea, temperatura de preîncălzire a barei de cupru fiind de 180–220 de grade și cea a barei de aluminiu fiind de 150–180 de grade. Timpul de preîncălzire este reglat în funcție de grosimea barei colectoare de cupru-aluminiu, cum ar fi 120 de secunde pentru o bară de cupru de 2 mm grosime. Diferența totală de temperatură trebuie controlată în intervalul de ±5 grade.

Etapa de acoperire prin scufundare este miezul pentru asigurarea uniformității acoperirii. Necesită un control strict al parametrilor și specificațiilor de funcționare ale lichidului de acoperire. Lichidul de acoperire este solvent din plastic PVC, iar vâscozitatea sa la 25 de grade trebuie menținută între 1500-2500cP. Orice abatere care depășește 10% necesită eliminare. Parametrii de imersie includ o viteză de imersie mai mică sau egală cu 10 mm/s, care este prea rapidă pentru a produce bule, o viteză de ridicare mai mică sau egală cu 5 mm/s, care este prea lentă pentru a provoca căderea stratului de acoperire, iar timpul de imersie este setat în funcție de grosimea stratului, cum ar fi 15±3 secunde pentru o acoperire cu grosimea de 1 mm. În același timp, rezervorul de imersie ar trebui să fie echipat cu un agitator magnetic cu o viteză de rotație de 200 rpm pentru a preveni sedimentarea umpluturii și pentru a asigura uniformitatea compoziției lichidului de acoperire, care este, de asemenea, cheia pentru asigurarea calității învelișului de bare colectoare izolate prin scufundare.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Etapa de plastificare este nucleul reticulat-materialului polimeric. Adoptă o curbă de temperatură în trei-etape: prima treaptă crește de la 80 de grade la 120 de grade timp de 10 minute, în principal pentru a obține evaporarea solventului; a doua etapă crește de la 120 de grade la 200 de grade timp de 15 minute, completând topirea și răspândirea lichidului de acoperire; a treia etapă este la 200 de grade timp de 20 de minute pentru a obține reticulare-moleculară și întărire. Pe parcursul întregului proces de plastificare, diferența de temperatură în interiorul cutiei ar trebui să fie mai mică sau egală cu 8 grade. Supraîncălzirea locală care depășește 220 de grade va cauza descompunerea și îngălbenirea PVC-ului, afectând performanța de izolație a barei colectoare izolate.

Etapa de post-tratare este utilizată în principal pentru a elimina defectele de acoperire și pentru a asigura fiabilitatea produsului. Parametrii cheie de control ai procesului de acoperire prin scufundare afectează direct rata de calificare a produsului. Patru elemente de bază trebuie să se concentreze asupra: vâscozitatea adezivului ar trebui să fie controlată la 2000 ± 500 cP, cu o abatere care depășește acest interval determinând scurgerea acoperirii-sau o acoperire incompletă, iar eșantionarea și testarea trebuie efectuate la fiecare 2 ore utilizând un viscozimetru rotativ; temperatura de preîncălzire ar trebui să fie controlată la 200 de grade pentru barele de cupru și 170 de grade pentru barele de aluminiu, cu abateri care duc la aderența acoperirii și la forța de exfoliere < 4N/cm, iar monitorizarea în timp real-ar trebui să fie efectuată cu ajutorul unei camere termice cu infraroșu; temperatura constantă de plastificare ar trebui să fie controlată la 200 ± 5 grade, cu abateri de temperatură care duc la o reticulare insuficientă și o defecțiune ulterioară a izolației, iar detectarea trebuie efectuată folosind calorimetria de scanare diferențială DSC; viteza de răcire ar trebui să fie controlată la Mai puțin sau egală cu 5 grade/s, cu o viteză prea rapidă care provoacă extinderea microfisurilor în acoperire, iar deformarea de răcire ar trebui înregistrată folosind o cameră-de mare viteză. Într-un caz obișnuit, un proiect de stocare a energiei a experimentat bășici și decojirea stratului de acoperire după testarea cu pulverizare cu sare din cauza temperaturii neuniforme de plasticizare (cu 15 grade mai mică la marginea cutiei), iar problema a fost rezolvată prin creșterea ventilatorului de circulație a aerului termic pentru a optimiza uniformitatea temperaturii.

Diferențele de funcționare dintre bateriile de putere și sistemele de stocare a energiei determină strategiile de aplicare diferențiate pentru procesul de acoperire prin scufundare. În scenariul bateriei de alimentare, este necesară o soluție de compromis. O opțiune este acoperirea cu scufundare locală, unde este acoperit doar capătul de conexiune a barei de cupru de înaltă tensiune-al BDU (cutie de distribuție a bateriei), reducând grosimea stratului de izolație la 0,8 mm, ceea ce poate reduce impactul general de disipare a căldurii cu 40%; cealaltă opțiune este un proces compozit, în care corpul principal folosește o peliculă PI de 0,15 mm grosime pentru încapsulare, iar părțile de îndoire folosesc acoperire prin imersare pentru armare, echilibrând performanța izolației și cerințele de flexibilitate, potrivite pentru scenariile de utilizare a barei de cupru flexibile izolate pentru pachetul de baterii de putere.

 

Pentru sistemele de stocare a energiei, se poate realiza o adaptare universală, cu o grosime pe o singură{0}}față de 1,5–2 mm, potrivită pentru medii complexe, cum ar fi praful și umiditatea; Din punct de vedere al costurilor, barele de cupru acoperite cu scufundare au un cost mai mic decât soluția de film PI sudate cu laser-cu 35%, îndeplinind cerințele constrângerilor de spațiu și orientării către costuri a sistemelor de stocare a energiei.

Selecția materialului pentru acoperirea prin scufundare a barelor de cupru pentru baterii de putere necesită o luare în considerare cuprinzătoare a izolației, rezistenței la temperatură, disipării căldurii, costului procesului și adaptabilității mediului. În prezent, principalele materiale includ trei tipuri. PVC (clorura de polivinil) este cel mai utilizat material, cu performanțe excelente de izolație, o tensiune de rezistență de 3500 V AC/DC, o rezistență de izolație de 20–28 kV/mm, respectând standardul UL94-V0 ignifug, performanță bună de pulverizare cu sare, o gamă de temperatură de lucru de -40 de grade, cel mai mic cost pentru proces de maturare, cel mai scăzut material pentru maturare125 producție în loturi și este materialul de bază al barelor colectoare acoperite cu PVC, dar limitările sale sunt evidente, cu o conductivitate termică de numai 0,2 W/(m·K), îngroșarea stratului va crește semnificativ rezistența termică și are o duritate slabă la temperatură joasă, predispusă la crăpare.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rășina epoxidică este potrivită pentru scenarii care necesită o izolație ușoară,{0}}subțire, cu o grosime de acoperire care poate fi controlată la 0,3–0,8 mm, o tensiune de rezistență de până la 4500 V DC (curent de scurgere < 1 mA), o rezistență de izolație > 800 MΩ, test de aderență extrem de puternic (nivel de aderență extrem de puternic) peeling), reducerea greutății cu 40% în comparație cu acoperirea PVC, potrivită pentru scenarii sensibile de spațiu de baterie, dar costul este cu 30% mai mare decât PVC, iar temperatura de întărire trebuie controlată cu precizie (± 5 grade), în caz contrar, micro fisurile sunt predispuse să apară. PPA pe bază de-nailon (poli(2-fenoxiacetamidă)) este potrivit pentru medii cu-vibrații și temperaturi ridicate.

 

Temperatura de funcționare continuă poate atinge peste 150 de grade și poate rezista la căldură pe termen scurt de până la 180 de grade. Depășește PVC și rășina epoxidică în ceea ce privește rezistența la căldură și rezistența chimică. Are o rezistență mecanică ridicată, cu o rezistență la tracțiune de peste 70MPa și este rezistent la oboseala prin vibrații. Este potrivit pentru medii cu vibrații frecvente în vehicule. Costul materiilor prime este însă mai mare, fiind de două ori mai mare decât al PVC-ului. Temperatura de procesare trebuie controlată în intervalul de 300 grade ± 10 grade. Acest proces poate duce la oxidarea barei de cupru.

Pe baza diferitelor scenarii, planul de aplicare a materialului trebuie să fie potrivit cu precizie: pentru proiectarea cu densitate energetică ridicată a bateriilor de-energie, se recomandă rășina epoxidice, cu o grosime de acoperire mai mică sau egală cu 0,8 mm, care acoperă numai capătul conexiunii BDU și corpul principal acoperit cu folie PI de 0,15 mm grosime; Pentru mediile cu-vibrații mari, se recomandă PPA (pe bază de-nylon). Se recomandă acoperirea cu scufundare parțială a părții de îndoire pentru a spori rezistența la oboseală. Pentru modelele cu cost-sensibile, se recomandă PVC modificat, cu o îmbunătățire a conductibilității termice la 0,45 W/(m·K) prin adăugarea de 5% nano-Al₂O₃, iar grosimea acoperirii este redusă la 1,0 mm. Pentru cerințele ridicate de-rezistență la intemperii ale sistemelor de stocare a energiei, se recomandă PVC-ul cu un strat gros (1,5–2,0 mm) pentru a se adapta la medii complexe; Optimizarea costurilor-pe termen lung recomandă și PVC-ul, avantajul său de cost fiind semnificativ.

Există diferențe semnificative în prioritatea parametrilor cheie între cele două scenarii: în scenariul de alimentare cu baterie, disiparea căldurii (λ > 0,4 ​​W/(m·K)) este mai importantă decât ușurarea (acoperire < 0,8 mm) și cost; În scenariul sistemului de stocare a energiei, izolarea (rezistență la tensiune > 4500V) este mai importantă decât rezistența la coroziune și costul. În ceea ce privește controlul procesului, temperatura de preîncălzire trebuie controlată cu atenție, cu bare colectoare din cupru la 200 grade ± 5 grade și bare colectoare din aluminiu la 170 grade ± 5 grade, pentru a preveni aderența insuficientă a stratului. Pentru rășina epoxidică, se recomandă o curbă de întărire în trei-etape (80 grade → 120 grade → 200 grade ) pentru a evita micro-fisurile și pentru a asigura fiabilitatea izolațieiBara de bus a bateriei.

În general, aplicarea procesului de acoperire prin scufundare în bateriile de putere se concentrează pe atingerea unui echilibru între fiabilitatea izolației, compromisul în disiparea căldurii și cerințele de ușurință. Cheia constă în rafinarea etapelor procesului, personalizarea scenariilor și inovarea materialului. Rafinarea etapelor procesului necesită un management de precizie de ±5% în aspecte precum activarea preîncălzirii, controlul vâscozității și plastificarea gradientului; Personalizarea scenariului necesită strategii diferențiate pentru acoperirea cu scufundare locală a bateriilor de putere și acoperirea groasă în întregul sistem de stocare a energiei; Inovarea materialelor necesită dezvoltarea de nano-filler și formulări de gel-la temperatură joasă pentru a depăși limitările de performanță ale materialelor tradiționale.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

În viitor, pe măsură ce bateriile cu stare solidă-cu platforme de înaltă tensiune (800V+) devin mai răspândite, procesul de acoperire prin scufundare va evolua către acoperiri ultra-subțiri (<0.5mm) and functional composites (insulation/conduction/electromagnetic shielding integration), further adapting to the technological upgrade requirements of the new energy automotive industry.