Barra colectora de cobre-aluminio en-proceso de recubrimiento polimérico: análisis de procesos, materiales y aplicaciones industriales

Barra colectora de cobre-aluminio en-recubrimiento de polímero se refiere al proceso de cubrir uniformemente la superficie de la barra colectora de cobre-aluminio con un material aislante similar a un gel líquido-a través de una técnica específica, formando una capa protectora aislante. Esencialmente, también es un proceso de recubrir la superficie de la barra colectora de cobre-aluminio con una capa aislante fundiendo plástico y aplicándolo, y su objetivo principal es lograr un aislamiento confiable, adaptarse a condiciones de trabajo complejas y al mismo tiempo equilibrar costo y rendimiento. La barra colectora de cobre por inmersión de plástico es uno de los componentes principales fabricados en base a este proceso.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La alta-calidad en-el proceso de recubrimiento de polímero debe cumplir tres requisitos principales: primero, la confiabilidad del aislamiento. El espesor del revestimiento debe controlarse entre 0,5 y 2 mm, con una resistencia de aislamiento de 20 a 28 kV/mm, capaz de soportar una prueba de resistencia a 4380 V CC. Este es también el indicador principal de rendimiento de la barra colectora aislada por inmersión de PVC; En segundo lugar, la adaptabilidad ambiental. Debe tener una excelente resistencia a la corrosión por niebla salina, sin corrosión después de sumergirlo en una solución de NaCl al 5% a 35 grados durante 192 horas; En tercer lugar, la rentabilidad-. En comparación con el proceso de recubrimiento de película PI, el costo de los materiales de recubrimiento poliméricos se puede reducir en un 30 %, lo que lo hace adecuado para la producción por lotes a gran-escala.

 

Sin embargo, este proceso tiene ciertas limitaciones en la aplicación de campos de baterías de energía. Para los sistemas de almacenamiento de energía, los requisitos de aislamiento tienen prioridad sobre el aligeramiento y la tasa de penetración es relativamente alta. Por el contrario, una batería de energía está limitada por la sensibilidad al espacio y las contradicciones en la disipación de calor - un aumento en el espesor del recubrimiento provocará un aumento del 20 al 31 % en la resistencia térmica. Por tanto, su aplicación es relativamente limitada.

El proceso de recubrimiento en-polímero es complejo y el control preciso de cada paso del proceso determina directamente la calidad del producto. El proceso completo se puede dividir en cuatro pasos: pre-tratamiento, recubrimiento por inmersión, plastificación y post-tratamiento. El paso de pre-tratamiento es la clave para determinar la adhesión del recubrimiento.

 

En primer lugar, el aceite y la suciedad de la superficie de la barra colectora de cobre-aluminio se eliminan utilizando una solución alcalina con un pH de 10 a 12 durante 5 a 8 minutos para garantizar que el aceite residual y la suciedad en la superficie de la barra colectora de cobre-aluminio sean inferiores o iguales a 0,1 mg/m²; luego, la superficie se raspa rociando partículas de alúmina de malla 120- para controlar la rugosidad de la superficie Ra entre 1,6 y 3,2 μm, mejorando la adhesión de la capa de recubrimiento; finalmente, se llevan a cabo el precalentamiento y la activación, siendo la temperatura de precalentamiento de la barra colectora de cobre de 180 a 220 grados y la de la barra colectora de aluminio de 150 a 180 grados. El tiempo de precalentamiento se ajusta según el espesor de la barra colectora de cobre y aluminio, por ejemplo, 120 segundos para una barra colectora de cobre de 2 mm de espesor. La diferencia general de temperatura debe controlarse dentro de ±5 grados.

El paso de recubrimiento por inmersión es el núcleo para garantizar la uniformidad del recubrimiento. Requiere un control estricto de los parámetros y especificaciones de funcionamiento del líquido de recubrimiento. El líquido de recubrimiento es un solvente para plástico PVC y su viscosidad a 25 grados debe mantenerse entre 1500 y 2500 cP. Cualquier desviación superior al 10% requiere eliminación. Los parámetros de inmersión incluyen una velocidad de inmersión inferior o igual a 10 mm/s, que es demasiado rápida para provocar burbujas, una velocidad de elevación inferior o igual a 5 mm/s, que es demasiado lenta para provocar que el revestimiento se hunda, y el tiempo de inmersión se establece según el espesor del revestimiento, como 15 ± 3 segundos para un revestimiento de 1 mm de espesor. Al mismo tiempo, el tanque de inmersión debe estar equipado con un agitador magnético con una velocidad de rotación de 200 rpm para evitar la sedimentación del relleno y garantizar la uniformidad de la composición del líquido del recubrimiento, que también es la clave para garantizar la calidad del recubrimiento de la barra colectora aislada por inmersión.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El paso de plastificación es el núcleo de la reticulación-del material polimérico. Adopta una curva de temperatura de tres-etapas: la primera etapa sube de 80 grados a 120 grados durante 10 minutos, principalmente para lograr la evaporación del solvente; la segunda etapa sube de 120 grados a 200 grados durante 15 minutos, completando la fusión y dispersión del líquido de recubrimiento; la tercera etapa es a 200 grados durante 20 minutos para lograr una reticulación y un curado de alto peso molecular. Durante todo el proceso de plastificación, la diferencia de temperatura dentro de la caja debe ser menor o igual a 8 grados. El sobrecalentamiento local que supere los 220 grados provocará la descomposición y el color amarillento del PVC, lo que afectará el rendimiento del aislamiento de la barra colectora aislada.

El paso de post-tratamiento se utiliza principalmente para eliminar defectos del recubrimiento y garantizar la confiabilidad del producto. Los parámetros de control clave del proceso de recubrimiento por inmersión afectan directamente la tasa de calificación del producto. Es necesario centrarse en cuatro elementos principales: la viscosidad del adhesivo debe controlarse a 2000 ± 500 cP, y una desviación que exceda este rango provocará que el recubrimiento se escurra-o que la cobertura sea incompleta, y se deben realizar muestreos y pruebas cada 2 horas utilizando un viscosímetro rotacional; la temperatura de precalentamiento debe controlarse a 200 grados para las barras de cobre y 170 grados para las barras de aluminio, con desviaciones que provocan una adhesión del recubrimiento y una fuerza de despegado < 4 N/cm, y se debe realizar un monitoreo en tiempo real- mediante una cámara termográfica infrarroja; la temperatura constante de plastificación debe controlarse a 200 ± 5 grados, con desviaciones de temperatura que resultan en una reticulación insuficiente y una posterior falla del aislamiento, y la detección debe realizarse mediante calorimetría diferencial de barrido DSC; la velocidad de enfriamiento debe controlarse a menos o igual a 5 grados/s; una velocidad demasiado rápida causa que se expandan las microfisuras en el recubrimiento, y la deformación por enfriamiento debe registrarse usando una cámara de alta-velocidad. En un caso típico, un proyecto de almacenamiento de energía experimentó ampollas y desprendimiento del recubrimiento después de la prueba de niebla salina debido a una temperatura de plastificación desigual (15 grados más baja en el borde de la caja), y el problema se resolvió aumentando el ventilador de circulación de aire térmico para optimizar la uniformidad de la temperatura.

Las diferencias operativas entre las baterías eléctricas y los sistemas de almacenamiento de energía determinan las estrategias de aplicación diferenciadas para el proceso de recubrimiento por inmersión. En el escenario de la batería eléctrica, se necesita una solución de compromiso. Una opción es el recubrimiento por inmersión local, en el que solo se recubre el extremo de conexión de la barra de cobre de alto-voltaje de la BDU (caja de distribución de baterías), lo que reduce el espesor de la capa de aislamiento a 0,8 mm, lo que puede reducir el impacto general de la disipación de calor en un 40 %; la otra opción es un proceso compuesto, donde el cuerpo principal utiliza una película de PI de 0,15 mm de espesor para encapsulación, y las piezas dobladas usan un recubrimiento por inmersión para refuerzo, equilibrando el rendimiento del aislamiento y los requisitos de flexibilidad, adecuado para los escenarios de uso de barra colectora de cobre flexible aislada para paquete de baterías de energía.

 

Para los sistemas de almacenamiento de energía, se puede lograr una adaptación universal, con un espesor de una sola cara de 1,5 a 2 mm, adecuada para entornos complejos como el polvo y la humedad; Desde una perspectiva de costos, las barras de cobre recubiertas por inmersión-tienen un costo menor que la solución de película PI soldada con láser-en un 35%, lo que cumple con los requisitos de limitaciones de espacio y orientación de costos de los sistemas de almacenamiento de energía.

La selección del material para el recubrimiento por inmersión de las barras de cobre del paquete de baterías requiere una consideración integral del aislamiento, la resistencia a la temperatura, la disipación de calor, el costo del proceso y la adaptabilidad ambiental. Actualmente, los principales materiales incluyen tres tipos. El PVC (cloruro de polivinilo) es el material más utilizado, con un excelente rendimiento de aislamiento, un voltaje de resistencia de 3500 V CA/CC, una resistencia de aislamiento de 20 a 28 kV/mm, que cumple con el estándar retardante de llama UL94-V0, buen rendimiento de niebla salina, un rango de temperatura de trabajo de -40 grados a 125 grados, el costo de material más bajo, proceso maduro, adecuado para la producción por lotes y es el material central de las barras colectoras recubiertas de PVC, pero sus limitaciones son obvias, con una conductividad térmica de sólo 0,2 W/(m·K), espesar el recubrimiento aumentará significativamente la resistencia térmica y tiene poca tenacidad a baja temperatura, propensa a agrietarse.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La resina epoxi es adecuada para escenarios que requieren una capa delgada-alta de aislamiento, liviana, con un espesor de revestimiento que se puede controlar entre 0,3 y 0,8 mm, un voltaje de resistencia de hasta 4500 V CC (corriente de fuga < 1 mA), una resistencia de aislamiento > 800 MΩ, una adhesión extremadamente fuerte, un nivel de adhesión en la prueba de rayado de 0 (sin pelar), lo que reduce el peso en un 40 % en comparación con el revestimiento de PVC, adecuado para escenarios con espacio de batería sensible, pero el costo es 30% más alto que el PVC y la temperatura de curado debe controlarse con precisión (±5 grados); de lo contrario, es probable que se produzcan microfisuras. El PPA a base de nailon-(poli(2-fenoxiacetamida)) es adecuado para entornos de alta-vibración y alta temperatura.

 

Su temperatura de funcionamiento continuo puede alcanzar más de 150 grados y puede soportar calor -a corto plazo hasta 180 grados. Supera al PVC y a la resina epoxi en términos de resistencia al calor y resistencia química. Tiene una alta resistencia mecánica, con una resistencia a la tracción superior a 70 MPa, y es resistente a la fatiga por vibraciones. Es adecuado para entornos de vibración frecuente en vehículos. Sin embargo, el coste de la materia prima es mayor, siendo el doble que el del PVC. La temperatura de procesamiento debe controlarse dentro de 300 grados ± 10 grados. Este proceso puede provocar la oxidación de la barra colectora de cobre.

Según diferentes escenarios, el plan de aplicación del material debe coincidir con precisión: para el diseño de baterías de alta-densidad energética, se recomienda resina epoxi, con un espesor de recubrimiento menor o igual a 0,8 mm, que cubra solo el extremo de la conexión BDU y el cuerpo principal recubierto con una película PI de 0,15 mm de espesor; Para entornos de alta-vibración, se recomienda PPA (basado en nailon-). Se recomienda un recubrimiento por inmersión parcial en la parte doblada para mejorar la resistencia a la fatiga. Para diseños sensibles a los costos-, se recomienda PVC modificado, con una mejora de la conductividad térmica a 0,45 W/(m·K) al agregar un 5 % de nano-Al₂O₃, y el espesor del recubrimiento se reduce a 1,0 mm. Para los requisitos de alta-resistencia a la intemperie de los sistemas de almacenamiento de energía, se recomienda PVC con una capa gruesa (1,5 a 2,0 mm) para adaptarse a entornos complejos; La optimización de costos-a largo plazo también recomienda el PVC, ya que su ventaja de costos es significativa.

Existen diferencias significativas en la prioridad de los parámetros clave entre los dos escenarios: en el escenario de suministro de energía de la batería, la disipación de calor (λ > 0,4 ​​W/(m·K)) es más importante que el aligeramiento (recubrimiento < 0,8 mm) y el costo; En el escenario del sistema de almacenamiento de energía, el aislamiento (que soporta un voltaje > 4500 V) es más importante que la resistencia a la corrosión y el costo. En términos de control del proceso, la temperatura de precalentamiento debe controlarse cuidadosamente, con barras colectoras de cobre a 200 grados ± 5 grados y barras colectoras de aluminio a 170 grados ± 5 grados, para evitar una adhesión insuficiente del recubrimiento. Para la resina epoxi, se recomienda una curva de curado de tres-etapas (80 grados → 120 grados → 200 grados) para evitar micro-fisuras y garantizar la confiabilidad del aislamiento de laBarra colectora de batería.

En general, la aplicación del proceso de recubrimiento por inmersión en paquetes de baterías se centra en lograr un equilibrio entre la confiabilidad del aislamiento, el compromiso en la disipación de calor y los requisitos de aligeramiento. La clave está en el refinamiento de los pasos del proceso, la personalización de escenarios y la innovación de materiales. El refinamiento de los pasos del proceso requiere una gestión de precisión de ±5 % en aspectos como la activación del precalentamiento, el control de la viscosidad y la plastificación en gradiente; La personalización del escenario requiere estrategias diferenciadas para el recubrimiento por inmersión local de las baterías eléctricas y el recubrimiento grueso en todo el sistema de almacenamiento de energía; La innovación de materiales requiere el desarrollo de nano-rellenos y formulaciones de gel de baja-temperatura para superar las limitaciones de rendimiento de los materiales tradicionales.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En el futuro, a medida que las baterías-de estado sólido con plataformas de alto voltaje (800 V+) se generalicen, el proceso de recubrimiento por inmersión evolucionará hacia recubrimientos ultra-delgados (<0.5mm) and functional composites (insulation/conduction/electromagnetic shielding integration), further adapting to the technological upgrade requirements of the new energy automotive industry.