Kupfer-Aluminium-Sammelschiene im-Polymer-Beschichtungsprozess: Analyse von Prozessen, Materialien und Branchenanwendungen

Unter Kupfer-Aluminium-Sammelschiene In-Polymerbeschichtung versteht man den Prozess, bei dem die Oberfläche der Kupfer-Aluminium-Sammelschiene durch eine spezielle Technik gleichmäßig mit einem flüssigen, gel-ähnlichen Isoliermaterial bedeckt wird, wodurch eine isolierende Schutzschicht entsteht. Im Wesentlichen handelt es sich dabei auch um einen Prozess, bei dem die Oberfläche der Kupfer--Aluminium-Sammelschiene durch Schmelzen und Auftragen von Kunststoff mit einer Isolierschicht beschichtet wird. Das Hauptziel besteht darin, eine zuverlässige Isolierung zu erreichen, sich an komplexe Arbeitsbedingungen anzupassen und gleichzeitig Kosten und Leistung in Einklang zu bringen. Kunststoff-Tauch-Kupfer-Sammelschienen sind eine der Kernkomponenten, die nach diesem Verfahren hergestellt werden.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ein qualitativ hochwertiger-Polymerbeschichtungsprozess muss drei Kernanforderungen erfüllen: Erstens die Zuverlässigkeit der Isolierung. Die Beschichtungsdicke sollte innerhalb von 0,5–2 mm liegen, mit einer Isolationsstärke von 20–28 kV/mm, um einem 4380 V DC-Widerstandstest standzuhalten. Dies ist auch der zentrale Leistungsindikator der tauchisolierten PVC-Sammelschiene. Zweitens: Anpassungsfähigkeit an die Umwelt. Es sollte eine hervorragende Beständigkeit gegen Salznebelkorrosion aufweisen und nach 192-stündigem Eintauchen in 5 %ige NaCl-Lösung bei 35 Grad keine Korrosion aufweisen. Drittens: Kosteneffizienz. Im Vergleich zum PI-Filmbeschichtungsverfahren können die Kosten für In-Polymerbeschichtungsmaterialien um 30 % gesenkt werden, sodass es für die Großserienproduktion geeignet ist.

 

Dieses Verfahren weist jedoch gewisse Einschränkungen bei der Anwendung von Leistungsbatteriefeldern auf. Bei Energiespeichersystemen haben Isolationsanforderungen Vorrang vor Leichtbau, und die Durchdringungsrate ist relativ hoch. Im Gegensatz dazu ist eine Hochleistungsbatterie durch Platzmangel und Widersprüche bei der Wärmeableitung eingeschränkt. - Eine Erhöhung der Beschichtungsdicke führt zu einem Anstieg des Wärmewiderstands um 20–31 %. Daher ist seine Anwendung relativ begrenzt.

Der In-Polymer-Beschichtungsprozess ist komplex und die genaue Steuerung jedes Prozessschritts bestimmt direkt die Qualität des Produkts. Der gesamte Prozess kann in vier Schritte unterteilt werden: Vor-Behandlung, Tauchbeschichtung, Plastifizierung und Nach{3}}Behandlung. Der Vorbehandlungsschritt ist entscheidend für die Haftung der Beschichtung.

 

Zunächst werden Öl und Schmutz auf der Oberfläche der Kupfer-{0}}Aluminium-Sammelschiene mit einer alkalischen Lösung mit einem pH-Wert von 10–12 für 5–8 Minuten entfernt, um sicherzustellen, dass der Restöl- und Schmutzgehalt auf der Oberfläche der Kupfer--Aluminium-Sammelschiene höchstens 0,1 mg/m² beträgt. Anschließend wird die Oberfläche durch Aufsprühen von 120 -mesh-Aluminiumoxidpartikeln aufgeraut, um die Oberflächenrauheit Ra innerhalb von 1,6–3,2 μm zu kontrollieren und so die Haftung der Beschichtungsschicht zu verbessern. Abschließend erfolgt das Vorheizen und Aktivieren, wobei die Vorheiztemperatur der Kupferschiene 180–220 Grad und die der Aluminiumschiene 150–180 Grad beträgt. Die Vorheizzeit wird entsprechend der Dicke der Kupfer-Aluminium-Sammelschiene angepasst, beispielsweise 120 Sekunden für eine 2 mm dicke Kupfer-Sammelschiene. Der Gesamttemperaturunterschied sollte innerhalb von ±5 Grad kontrolliert werden.

Der Tauchbeschichtungsschritt ist der Kern für die Gewährleistung der Gleichmäßigkeit der Beschichtung. Es erfordert eine strenge Kontrolle der Parameter und Betriebsspezifikationen der Beschichtungsflüssigkeit. Die Beschichtungsflüssigkeit ist ein PVC-Kunststofflösungsmittel und ihre Viskosität sollte bei 25 Grad zwischen 1500 und 2500 cP liegen. Jede Abweichung von mehr als 10 % muss entsorgt werden. Zu den Eintauchparametern gehören eine Eintauchgeschwindigkeit von weniger als oder gleich 10 mm/s, die zu schnell ist, um Blasen zu verursachen, eine Hubgeschwindigkeit von weniger als oder gleich 5 mm/s, die zu langsam ist, um ein Durchhängen der Beschichtung zu verursachen, und die Eintauchzeit wird entsprechend der Beschichtungsdicke eingestellt, z. B. 15 ± 3 Sekunden für eine 1 mm dicke Beschichtung. Gleichzeitig sollte der Tauchbehälter mit einem Magnetrührer mit einer Drehzahl von 200 U/min ausgestattet sein, um eine Sedimentation des Füllstoffs zu verhindern und die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung der Beschichtungsflüssigkeit sicherzustellen, was auch der Schlüssel zur Qualität der tauchisolierten Sammelschienenbeschichtung ist.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Der Plastifizierungsschritt ist der Kern der Polymermaterialvernetzung. Es folgt eine dreistufige Temperaturkurve: Die erste Stufe steigt 10 Minuten lang von 80 Grad auf 120 Grad an, hauptsächlich um die Verdampfung des Lösungsmittels zu erreichen; In der zweiten Stufe wird die Temperatur 15 Minuten lang von 120 auf 200 Grad erhöht, wodurch das Schmelzen und Verteilen der Beschichtungsflüssigkeit abgeschlossen wird. Die dritte Stufe erfolgt 20 Minuten lang bei 200 Grad, um eine hochmolekulare Vernetzung und Aushärtung zu erreichen. Während des gesamten Plastifizierungsprozesses sollte der Temperaturunterschied im Inneren der Box höchstens 8 Grad betragen. Eine lokale Überhitzung über 220 Grad führt zur Zersetzung und Vergilbung des PVC und beeinträchtigt die Isolationsleistung der isolierten Sammelschiene.

Der Nachbehandlungsschritt- dient hauptsächlich der Beseitigung von Beschichtungsfehlern und der Gewährleistung der Produktzuverlässigkeit. Die wichtigsten Steuerungsparameter des Tauchbeschichtungsprozesses wirken sich direkt auf die Produktqualifikationsrate aus. Vier Kernpunkte müssen im Mittelpunkt stehen: Die Viskosität des Klebstoffs sollte auf 2000 ± 500 cP kontrolliert werden, wobei eine Abweichung über diesen Bereich zum Ablaufen der Beschichtung oder zu einer unvollständigen Abdeckung führt, und alle 2 Stunden sollten Probenahmen und Tests mit einem Rotationsviskosimeter durchgeführt werden; Die Vorwärmtemperatur sollte bei Kupferstäben auf 200 Grad und bei Aluminiumstäben auf 170 Grad geregelt werden, wobei Abweichungen zu einer Beschichtungshaftung und einer Ablösekraft von < 4 N/cm führen. Die Echtzeitüberwachung sollte mithilfe einer Infrarot-Wärmebildkamera erfolgen. Die konstante Plastifizierungstemperatur sollte auf 200 ± 5 Grad kontrolliert werden, wobei Temperaturabweichungen zu unzureichender Vernetzung und anschließendem Isolationsversagen führen. Die Erkennung sollte mithilfe der DSC-Differential-Scanning-Kalorimetrie erfolgen. Die Abkühlgeschwindigkeit sollte auf höchstens 5 Grad pro Sekunde kontrolliert werden, wobei eine zu schnelle Geschwindigkeit dazu führt, dass sich Mikrorisse in der Beschichtung ausdehnen. Die Abkühlverformung sollte mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet werden. In einem typischen Fall kam es bei einem Energiespeicherprojekt zu Blasenbildung und Abblättern der Beschichtung nach Salzsprühtests aufgrund einer ungleichmäßigen Plastifizierungstemperatur (15 Grad niedriger am Kastenrand). Das Problem wurde durch die Erhöhung des thermischen Luftzirkulationsventilators gelöst, um die Temperaturgleichmäßigkeit zu optimieren.

Die betrieblichen Unterschiede zwischen Leistungsbatterien und Energiespeichersystemen bestimmen die differenzierten Anwendungsstrategien für das Tauchbeschichtungsverfahren. Im Power-Batterie-Szenario ist eine Kompromisslösung erforderlich. Eine Option ist die lokale Tauchbeschichtung, bei der nur das Hochspannungs-Kupferschienen-Verbindungsende der BDU (Batterieverteilerbox) beschichtet wird, wodurch die Dicke der Isolierschicht auf 0,8 mm reduziert wird, was die Gesamtauswirkungen auf die Wärmeableitung um 40 % reduzieren kann; Die andere Option ist ein Verbundverfahren, bei dem der Hauptkörper eine 0,15 mm dicke PI-Folie zur Einkapselung verwendet und die Biegeteile zur Verstärkung eine Tauchbeschichtung verwenden, um Isolationsleistung und Flexibilitätsanforderungen in Einklang zu bringen, was für die Verwendungsszenarien isolierter flexibler Kupfersammelschienen für Power Battery Packs geeignet ist.

 

Für Energiespeichersysteme kann eine universelle Anpassung erreicht werden, mit einer einseitigen Dicke von 1,5–2 mm, geeignet für komplexe Umgebungen wie Staub und Feuchtigkeit; Aus Kostensicht sind die tauch-beschichteten Kupferstäbe um 35 % kostengünstiger als die laser-geschweißte PI-Folienlösung und erfüllen damit die Anforderungen an Platzbeschränkungen und Kostenorientierung von Energiespeichersystemen.

Die Materialauswahl für die Tauchbeschichtung von Kupferstäben von Leistungsbatterien erfordert eine umfassende Berücksichtigung von Isolierung, Temperaturbeständigkeit, Wärmeableitung, Prozesskosten und Anpassungsfähigkeit an die Umwelt. Derzeit umfassen die Hauptmaterialien drei Arten. PVC (Polyvinylchlorid) ist das am häufigsten verwendete Material mit ausgezeichneter Isolationsleistung, einer Spannungsfestigkeit von 3500 V AC/DC, einer Isolationsfestigkeit von 20–28 kV/mm, erfüllt den Flammschutzstandard UL94-V0, guter Salzsprühleistung, einem Arbeitstemperaturbereich von -40 bis 125 Grad, den niedrigsten Materialkosten, einem ausgereiften Verfahren, geeignet für die Serienproduktion und ist das Kernmaterial von PVC-beschichteten Sammelschienen. Die Grenzen liegen jedoch auf der Hand: Bei einer Wärmeleitfähigkeit von nur 0,2 W/(m·K) führt eine Verdickung der Beschichtung zu einer erheblichen Erhöhung des Wärmewiderstands und weist eine schlechte Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen auf, was zur Rissbildung neigt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Epoxidharz eignet sich für Szenarien, die eine leichte, dünne -Schicht mit hoher Isolierung erfordern, mit einer Beschichtungsdicke, die auf 0,3–0,8 mm gesteuert werden kann, einer Spannungsfestigkeit von bis zu 4500 V DC (Leckstrom < 1 mA), einem Isolationswiderstand > 800 MΩ, extrem starker Haftung, einem Kratztest-Haftungsniveau von 0 (kein Abblättern), einer Gewichtsreduzierung um 40 % im Vergleich zu einer PVC-Beschichtung, geeignet für Szenarien mit empfindlichem Batterieraum, aber die Kosten sind hoch 30 % höher als bei PVC und die Aushärtungstemperatur muss genau kontrolliert werden (±5 Grad), da sonst die Gefahr von Mikrorissen besteht. PPA auf Nylonbasis (Poly(2-Phenoxyacetamid)) eignet sich für Umgebungen mit starken Vibrationen und hohen Temperaturen.

 

Seine kontinuierliche Betriebstemperatur kann über 150 Grad erreichen und er hält kurzfristiger Hitze bis zu 180 Grad stand. Es übertrifft PVC und Epoxidharz in Bezug auf Hitzebeständigkeit und chemische Beständigkeit. Es verfügt über eine hohe mechanische Festigkeit mit einer Zugfestigkeit von über 70 MPa und ist beständig gegen Vibrationsermüdung. Es eignet sich für Umgebungen mit häufigen Vibrationen in Fahrzeugen. Allerdings sind die Rohstoffkosten höher und doppelt so hoch wie bei PVC. Die Verarbeitungstemperatur sollte innerhalb von 300 Grad ± 10 Grad kontrolliert werden. Dieser Vorgang kann zur Oxidation der Kupfersammelschiene führen.

Basierend auf verschiedenen Szenarien muss der Materialanwendungsplan genau abgestimmt werden: Für das Design von Energiebatterien mit hoher-Energiedichte wird Epoxidharz mit einer Beschichtungsdicke von weniger als oder gleich 0,8 mm empfohlen, das nur das BDU-Verbindungsende bedeckt und den Hauptkörper mit einer 0,15 mm dicken PI-Folie beschichtet; Für Umgebungen mit starken -Vibrationen wird PPA (auf Nylon-basis) empfohlen. Zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit wird eine teilweise Tauchbeschichtung am Biegeteil empfohlen. Für kostensensible Designs wird modifiziertes PVC empfohlen, mit einer Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit auf 0,45 W/(m·K) durch Zugabe von 5 % Nano-Al₂O₃ und einer Reduzierung der Beschichtungsdicke auf 1,0 mm. Für die hohen-Witterungsbeständigkeitsanforderungen von Energiespeichersystemen wird PVC mit einer dicken Beschichtung (1,5–2,0 mm) empfohlen, um sich an komplexe Umgebungen anzupassen; Zur langfristigen Kostenoptimierung empfiehlt sich auch PVC, da der Kostenvorteil erheblich ist.

Es gibt erhebliche Unterschiede in der Priorität der Schlüsselparameter zwischen den beiden Szenarien: Im Batteriestromversorgungsszenario ist die Wärmeableitung (λ > 0,4 ​​W/(m·K)) wichtiger als Leichtbau (Beschichtung < 0,8 mm) und Kosten; Im Szenario eines Energiespeichersystems ist die Isolierung (Spannungsfestigkeit > 4500 V) wichtiger als Korrosionsbeständigkeit und Kosten. Im Hinblick auf die Prozesssteuerung muss die Vorwärmtemperatur sorgfältig kontrolliert werden, wobei die Kupfer-Sammelschienen bei 200 Grad ± 5 Grad und die Aluminium-Sammelschienen bei 170 Grad ± 5 Grad liegen, um eine unzureichende Beschichtungshaftung zu verhindern. Für Epoxidharz wird eine dreistufige Aushärtungskurve (80 Grad → 120 Grad → 200 Grad) empfohlen, um Mikrorisse zu vermeiden und die Isolationszuverlässigkeit sicherzustellenBatteriesammelschiene.

Insgesamt konzentriert sich die Anwendung des Tauchbeschichtungsverfahrens in Leistungsbatteriesätzen darauf, ein Gleichgewicht zwischen Isolationszuverlässigkeit, Kompromissen bei der Wärmeableitung und Leichtbauanforderungen zu erreichen. Der Schlüssel liegt in der Verfeinerung von Prozessschritten, der Anpassung von Szenarien und der Materialinnovation. Die Verfeinerung der Prozessschritte erfordert ein Präzisionsmanagement von ±5 % in Aspekten wie Vorwärmaktivierung, Viskositätskontrolle und Gradientenplastifizierung; Die Anpassung des Szenarios erfordert differenzierte Strategien für die lokale Tauchbeschichtung von Leistungsbatterien und die Dickbeschichtung des gesamten Energiespeichersystems. Materialinnovationen erfordern die Entwicklung von Nano-Füllstoffen und Niedertemperatur-Gelformulierungen, um die Leistungsbeschränkungen herkömmlicher Materialien zu überwinden.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mit zunehmender Verbreitung von Festkörperbatterien mit Hochspannungsplattformen (800 V+) wird sich das Tauchbeschichtungsverfahren in Zukunft hin zu ultradünnen Beschichtungen entwickeln (<0.5mm) and functional composites (insulation/conduction/electromagnetic shielding integration), further adapting to the technological upgrade requirements of the new energy automotive industry.