Coure-Barra d'alumini en-Procés de recobriment de polímers: anàlisi de processos, materials i aplicacions industrials

El recobriment de barres d'alumini de coure-in-polímer fa referència al procés de cobrir uniformement la superfície de la barra de coure-alumini amb un material aïllant com a gel líquid- mitjançant una tècnica específica, formant una capa protectora aïllant. Essencialment, també és un procés de recobriment de la superfície de la barra de coure-alumini amb una capa aïllant mitjançant la fusió de plàstic i l'aplicació, i el seu objectiu principal és aconseguir un aïllament fiable, adaptar-se a condicions de treball complexes, alhora que equilibra el cost i el rendiment. La barra colectora de coure d'immersió plàstica és un dels components bàsics fets a partir d'aquest procés.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El procés de recobriment de polímers d'alta-qualitat-ha de complir tres requisits bàsics: en primer lloc, fiabilitat de l'aïllament. El gruix del recobriment s'ha de controlar entre 0,5 i 2 mm, amb una força d'aïllament de 20 a 28 kV/mm, capaç de suportar una prova de resistència de 4380 V CC. Aquest és també l'indicador de rendiment bàsic de la barra colectora aïllada de PVC; En segon lloc, l'adaptabilitat ambiental. Ha de tenir una excel·lent resistència a la corrosió de la boira salina, sense corrosió després d'haver estat immers en una solució de NaCl al 5% a 35 graus durant 192 hores; En tercer lloc, la rendibilitat{13}}cost. En comparació amb el procés de recobriment de pel·lícules PI, el cost dels materials de recobriment en-polímers es pot reduir en un 30%, cosa que el fa adequat per a la producció en lots-gran escala.

 

Tanmateix, aquest procés té certes limitacions en l'aplicació dels camps de la bateria de potència. Per als sistemes d'emmagatzematge d'energia, els requisits d'aïllament tenen prioritat sobre la lleugeresa i la taxa de penetració és relativament alta. En canvi, una bateria de potència està limitada per la sensibilitat espacial i les contradiccions de dissipació de calor - un augment del gruix del recobriment provocarà un augment del 20-31% de la resistència tèrmica. Per tant, la seva aplicació és relativament limitada.

El procés de recobriment en-polímer és complex i el control precís de cada pas del procés determina directament la qualitat del producte. El procés complet es pot dividir en quatre passos: pre-tractament, recobriment per immersió, plastificació i post-tractament. El pas del pre-tractament és la clau per determinar l'adhesió del recobriment.

 

En primer lloc, l'oli i la brutícia de la superfície de la barra de coure-alumini s'eliminen amb una solució alcalina amb un pH de 10 a 12 durant 5 a 8 minuts per assegurar-se que l'oli i la brutícia residuals a la superfície de la barra de coure-alumini siguin inferiors o iguals a 0,1 mg/m²; després, la superfície s'endureix ruixant partícules d'alúmina de malla de 120-per controlar la rugositat de la superfície Ra en 1,6-3,2 μm, millorant l'adhesió de la capa de recobriment; finalment, es duu a terme el preescalfament i l'activació, amb la temperatura de preescalfament de la barra de coure entre 180 i 220 graus i la de la barra d'alumini entre 150 i 180 graus. El temps de preescalfament s'ajusta segons el gruix de la barra de coure-alumini, com ara 120 segons per a una barra de coure de 2 mm de gruix. La diferència de temperatura global s'ha de controlar dins de ± 5 graus.

El pas de recobriment per immersió és el nucli per garantir la uniformitat del recobriment. Requereix un control estricte dels paràmetres i les especificacions de funcionament del líquid de recobriment. El líquid de recobriment és un dissolvent de plàstic de PVC i la seva viscositat a 25 graus s'ha de mantenir entre 1500 i 2500 cP. Qualsevol desviació superior al 10% requereix eliminació. Els paràmetres d'immersió inclouen una velocitat d'immersió inferior o igual a 10 mm/s, que és massa ràpida per provocar bombolles, una velocitat d'elevació inferior o igual a 5 mm/s, que és massa lenta per provocar la caiguda del recobriment, i el temps d'immersió s'estableix segons el gruix del recobriment, com ara 15 ± 3 segons per a un recobriment d'1 mm de gruix. Al mateix temps, el dipòsit d'immersió ha d'estar equipat amb un agitador magnètic amb una velocitat de rotació de 200 rpm per evitar la sedimentació del farciment i assegurar la uniformitat de la composició líquida del recobriment, que també és la clau per garantir la qualitat del recobriment de la barra colectora aïllada per immersió.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El pas de plastificació és el nucli de l'enllaç creuat-del material polímer. Adopta una corba de temperatura de tres-etapes: la primera etapa puja de 80 graus a 120 graus durant 10 minuts, principalment per aconseguir l'evaporació del dissolvent; la segona etapa augmenta de 120 graus a 200 graus durant 15 minuts, completant la fusió i la difusió del líquid de recobriment; la tercera etapa és a 200 graus durant 20 minuts per aconseguir una reticulació-molecular alta i la curació. Durant tot el procés de plastificació, la diferència de temperatura dins de la caixa hauria de ser inferior o igual a 8 graus. El sobreescalfament local superior als 220 graus provocarà la descomposició del PVC i el groguenc, afectant el rendiment d'aïllament de la barra de bus aïllada.

El pas de post-tractament s'utilitza principalment per eliminar els defectes del recobriment i garantir la fiabilitat del producte. Els paràmetres de control clau del procés de recobriment per immersió afecten directament la taxa de qualificació del producte. Cal centrar-se en quatre elements bàsics: la viscositat de l'adhesiu s'ha de controlar a 2000 ± 500 cP, amb una desviació que superi aquest rang provocant l'esgotament del recobriment o una cobertura incompleta, i el mostreig i les proves s'han de dur a terme cada 2 hores amb un viscosímetre rotatiu; la temperatura de preescalfament s'ha de controlar a 200 graus per a les barres de coure i 170 graus per a les barres d'alumini, amb desviacions que condueixen a l'adhesió del recobriment i la força de pelat < 4 N/cm, i s'ha de fer un seguiment en temps real- mitjançant una càmera tèrmica infraroja; la temperatura constant de plastificació s'ha de controlar a 200 ± 5 graus, amb desviacions de temperatura que donen lloc a una reticulació insuficient i una fallada d'aïllament posterior, i la detecció s'ha de dur a terme mitjançant calorimetria d'exploració diferencial DSC; la velocitat de refredament s'ha de controlar a una velocitat inferior o igual a 5 graus/s, amb una velocitat massa ràpida que fa que s'expandeixin les microesquerdes del recobriment, i la deformació del refredament s'ha d'enregistrar amb una càmera-d'alta velocitat. En un cas típic, un projecte d'emmagatzematge d'energia va experimentar butllofes i pelades del recobriment després de les proves d'esprai de sal a causa d'una temperatura de plastització desigual (15 graus més baixa a la vora de la caixa), i el problema es va resoldre augmentant el ventilador de circulació d'aire tèrmic per optimitzar la uniformitat de la temperatura.

Les diferències operatives entre les bateries de potència i els sistemes d'emmagatzematge d'energia determinen les estratègies d'aplicació diferenciades per al procés de recobriment per immersió. En l'escenari de la bateria d'alimentació, cal una solució de compromís. Una opció és el recobriment d'immersió local, on només es recobreix l'extrem de connexió de la barra de coure d'alta -tensió de la BDU (caixa de distribució de bateries), reduint el gruix de la capa d'aïllament a 0,8 mm, cosa que pot reduir l'impacte global de la dissipació de calor en un 40%; l'altra opció és un procés compost, on el cos principal utilitza una pel·lícula PI de 0,15 mm de gruix per a l'encapsulació, i les peces de flexió utilitzen un recobriment d'immersió per al reforç, equilibrant el rendiment d'aïllament i els requisits de flexibilitat, adequat per als escenaris d'ús de la barra de bus de coure flexible aïllada per a la bateria elèctrica.

 

Per als sistemes d'emmagatzematge d'energia, es pot aconseguir una adaptació universal, amb un gruix{0}}d'un sol costat d'1,5 a 2 mm, adequat per a entorns complexos com la pols i la humitat; des d'una perspectiva de costos, les barres de coure recobertes d'immersió-tenen un cost més baix que la solució de pel·lícula PI soldada per làser-en un 35%, i compleixen els requisits de les limitacions d'espai i l'orientació de costos dels sistemes d'emmagatzematge d'energia.

La selecció de material per al recobriment d'immersió de barres de coure de la bateria d'energia requereix una consideració integral de l'aïllament, la resistència a la temperatura, la dissipació de calor, el cost del procés i l'adaptabilitat ambiental. Actualment, els principals materials inclouen tres tipus. El PVC (clorur de polivinil) és el material més utilitzat, amb un rendiment d'aïllament excel·lent, una tensió de resistència de 3500 V AC/DC, una força d'aïllament de 20-28 kV/mm, que compleix amb l'estàndard ignífug UL94-V0, bon rendiment de polvorització de sal, un rang de temperatura de treball de -40 graus, material adequat per al procés de maduració, el cost més baix per a la maduració125. producció per lots, i és el material bàsic de les barres de bus recobertes de PVC, però les seves limitacions són òbvies, amb una conductivitat tèrmica de només 0,2 W/(m·K), l'engrossiment del recobriment augmentarà significativament la resistència tèrmica i té una poca tenacitat a baixa temperatura, propensa a esquerdes.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La resina epoxi és adequada per a escenaris que requereixen un aïllament de capa fina i lleugera-, amb un gruix de recobriment que es pot controlar a 0,3-0,8 mm, una tensió de suport de fins a 4500 V DC (corrent de fuga < 1 mA), una resistència d'aïllament > 800 MΩ, prova d'adhesió extremadament fort pelat), reduint el pes en un 40% en comparació amb el recobriment de PVC, adequat per a escenaris sensibles d'espai de la bateria, però el cost és un 30% més alt que el PVC i la temperatura de curat s'ha de controlar amb precisió (± 5 graus), en cas contrari, són propenses a produir-se microesquerdes. El PPA basat en niló-(poli(2-fenoxiacetamida)) és adequat per a entorns d'alta-vibració i altes temperatures.

 

La seva temperatura de funcionament contínua pot arribar a superar els 150 graus i pot suportar una calor-a curt termini fins a 180 graus. Supera el PVC i la resina epoxi en termes de resistència a la calor i resistència química. Té una alta resistència mecànica, amb una resistència a la tracció de més de 70 MPa i és resistent a la fatiga per vibracions. És adequat per a entorns de vibracions freqüents en vehicles. No obstant això, el cost de la matèria primera és més elevat, sent el doble que el del PVC. La temperatura de processament s'ha de controlar dins de 300 graus ± 10 graus. Aquest procés pot conduir a l'oxidació de la barra de coure.

En funció de diferents escenaris, el pla d'aplicació del material s'ha de fer coincidir amb precisió: per al disseny d'alta-densitat energètica de bateries de potència, es recomana resina epoxi, amb un gruix de recobriment inferior o igual a 0,8 mm, que cobreix només l'extrem de connexió BDU i el cos principal recobert amb una pel·lícula PI de 0,15 mm de gruix; Per a entorns d'alta-vibració, es recomana PPA (basat en niló-). Es recomana un recobriment d'immersió parcial a la part de flexió per millorar la resistència a la fatiga. Per als dissenys sensibles al cost-, es recomana PVC modificat, amb una millora de la conductivitat tèrmica a 0,45 W/(m·K) afegint un 5% de nano-Al₂O₃ i el gruix del recobriment es redueix a 1,0 mm. Per als requisits d'alta-resistència a la intempèrie dels sistemes d'emmagatzematge d'energia, es recomana PVC amb un recobriment gruixut (1,5-2,0 mm) per adaptar-se a entorns complexos; L'optimització de costos-a llarg termini també recomana PVC, amb un avantatge de costos important.

Hi ha diferències significatives en la prioritat dels paràmetres clau entre els dos escenaris: en l'escenari d'alimentació de la bateria, la dissipació de calor (λ > 0,4 ​​W/(m·K)) és més important que la lleugeresa (revestiment < 0,8 mm) i el cost; En l'escenari del sistema d'emmagatzematge d'energia, l'aïllament (resistent a una tensió > 4500 V) és més important que la resistència a la corrosió i el cost. Pel que fa al control del procés, la temperatura de preescalfament s'ha de controlar acuradament, amb barres de coure a 200 graus ± 5 graus i barres d'alumini a 170 graus ± 5 graus, per evitar una adherència insuficient del recobriment. Per a la resina epoxi, es recomana una corba de curat de tres-etapes (80 graus → 120 graus → 200 graus ) per evitar micro-esquerdes i garantir la fiabilitat d'aïllament delBarra de bus de bateria.

En general, l'aplicació del procés de recobriment per immersió en els paquets de bateries d'energia se centra a aconseguir un equilibri entre la fiabilitat de l'aïllament, el compromís en la dissipació de calor i els requisits de lleugeresa. La clau rau en el perfeccionament dels passos del procés, la personalització dels escenaris i la innovació de materials. El perfeccionament dels passos del procés requereix una gestió de precisió del ±5% en aspectes com l'activació del preescalfament, el control de la viscositat i la plastificació del gradient; La personalització de l'escenari requereix estratègies diferenciades per al revestiment local de bateries d'energia i un recobriment gruixut a tot el sistema d'emmagatzematge d'energia; La innovació de materials requereix el desenvolupament de nano-farcits i formulacions de gel-baixa temperatura per superar les limitacions de rendiment dels materials tradicionals.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En el futur, a mesura que les bateries-sòlides amb plataformes d'alta tensió (800 V+) s'estenen més, el procés de recobriment per immersió evolucionarà cap a recobriments ultra-fins (<0.5mm) and functional composites (insulation/conduction/electromagnetic shielding integration), further adapting to the technological upgrade requirements of the new energy automotive industry.