Вспомогательные материалы для аккумуляторов новых источников энергии Производители

Почему совместимость поверхностного покрытия определяет функциональные характеристики ленты в аккумуляторных блоках

Адгезионные свойства функциональной ленты — это не просто функция химического состава клея — это результат согласования поверхностной энергии между клеевым слоем и подложкой, к которой он прикрепляется. Компоненты аккумуляторной батареи обычно имеют поверхности, изготовленные из алюминиевого сплава, нержавеющей стали, ПЭТ-пленки и полипропиленовых сепараторов, каждый из которых имеет различный профиль поверхностной энергии. Лента, разработанная для алюминиевых шин, может полностью выйти из строя на полипропиленовой поверхности, поскольку ее клей не обладает смачиваемостью, необходимой для эффективного распределения и сцепления с низкоэнергетическими подложками.

Именно здесь технология нанесения покрытия становится отличительным фактором. Применяя функциональные покрытия, такие как усилители обработки коронным разрядом, грунтовочные слои или защитные покрытия, производители могут регулировать энергию интерфейса как подложки ленты, так и клейкой стороны, чтобы она соответствовала целевой поверхности. Аньхой Янхэ Новый Материал Лтд. , основанная в 2012 году и расположенная в западной зоне экономического развития Гуандэ, наносит соответствующие поверхностные покрытия в зависимости от функциональных требований различных поверхностей клиентов. Такой индивидуальный подход к нанесению покрытия позволяет адаптировать одну ленточную платформу к различным типам подложек без ущерба для адгезии к отслаиванию, сопротивления сдвигу или удержания при высоких температурах.

Три параметра, связанных с покрытием, напрямую влияют на реальные результаты соединения в новых энергетических батареях:

• Поверхностная энергия подложки, обычно измеряемая в мН/м — у большинства металлов плотность превышает 40 мН/м, а у необработанных полиолефинов — ниже 32 мН/м.
• Открытое время клея, которое определяет, насколько быстро лента образует механическое соединение до завершения отверждения или холодной текучести.
• Термическая стабильность поверхности раздела покрытия, поскольку рабочая температура аккумуляторной батареи от 60°C до 120°C во время циклов быстрой зарядки может привести к расслаиванию покрытий, не предназначенных специально для сопротивления термической ползучести.

Понимание этих взаимодействий позволяет инженерам отказаться от выбора ленты методом проб и ошибок и перейти к закупкам на основе спецификаций — сдвиг, который снижает процент брака и доработок на автоматизированных линиях сборки ячеек.

Диэлектрические изоляционные пленки: что на самом деле означают цифры для безопасности аккумуляторов

Напряжение пробоя диэлектрика часто указывается в технических характеристиках продукции. Вспомогательные материалы для аккумуляторов новой энергии , но само по себе число может ввести в заблуждение. Пленка с номинальным напряжением 10 кВ/мм означает, что она может выдерживать напряжение 10 000 вольт на миллиметр толщины до катастрофического электрического сбоя — но этот показатель измерен в идеальных лабораторных условиях с использованием однородного электрического поля. Внутри аккумуляторного блока распределение поля редко бывает равномерным. Края шин, острые углы корпусов ячеек и выступающие сварочные брызги создают локальные концентрации поля, которые могут вызвать частичный разряд при напряжении значительно ниже номинального диэлектрического сопротивления.

Вот почему инженеры по спецификациям все чаще связывают напряжение пробоя диэлектрика со вторым показателем: напряжением начала частичного разряда (PDIV). Пленка с высоким показателем объемного пробоя, но низким PDIV, будет бесшумно разрушаться в результате повторяющихся частичных разрядов задолго до катастрофического разрушения, образуя побочные продукты озона и вызывая прогрессирующую потерю изоляции. Практический смысл заключается в том, что пленки, используемые для межэлементной изоляции в высоковольтных модулях (напряжение батареи выше 400 В), должны подвергаться испытаниям PDIV, а не только по напряжению пробоя.

Выбор материала существенно влияет на оба параметра. В таблице ниже приведены основные электрические и механические характеристики наиболее распространенных пленочных подложек, используемых в изоляции аккумуляторов:

Для двухслойных конструкций, где два слоя пленки ламинированы для создания избыточной изоляции, эффективная диэлектрическая прочность не просто удваивается. В интерфейсах ламинирования используются клеевые слои, диэлектрическая прочность которых может быть ниже, чем у самих пленок, — деталь, которую часто упускают из виду при первоначальной квалификации материала.

Как специальные материалы для маркировки способствуют отслеживанию при производстве аккумуляторов для электромобилей

Отслеживание аккумуляторных элементов больше не является обязательным. Европейский регламент по батареям, который ввел обязательные требования к цифровому паспорту батареи, требует, чтобы каждый аккумуляторный элемент имел уникальный идентификатор, который можно отслеживать на протяжении всего его жизненного цикла. — от добычи сырья до переработки по окончании срока службы. Выполнение этого требования зависит не только от систем данных, но и от материалов физической маркировки, которые несут идентификаторы в суровых производственных и полевых условиях.

Задача серьезная. Специальная этикетка, нанесенная на цилиндрический элемент перед циклическим формированием, должна выдерживать воздействие электролита, колебания температуры во время формирования (обычно 45–85 °C в течение 12–72 часов), близость ультразвуковой сварки и автоматический оптический контроль без расслаивания, сморщивания или потери читаемости штрих-кода. Стандартные коммерческие этикетки не соответствуют нескольким этим критериям. Аньхой Янхэ Новый Материал Лтд. разрабатывает специальные этикеточные материалы, специально разработанные для удовлетворения этих технических требований, сочетая функциональные пленочные основы с клеевыми системами, которые поддерживают целостность соединения на протяжении всей цепочки производственного процесса.

Ключевые требования к эффективности этикеток для отслеживания аккумуляторов

• Химическая стойкость: Материалы этикеток должны противостоять электролитным растворителям на основе LiPF₆, включая EC, DMC и EMC, которые агрессивно воздействуют на многие стандартные клеевые системы и вызывают расслоение в течение нескольких часов после воздействия.
• Термическая стабильность размеров: Подложки для этикеток на основе ПЭТ предпочтительнее бумаги из-за их низкого коэффициента теплового расширения, что предотвращает искажение штрих-кода во время циклического изменения температуры формования.
• Надежность сканирования: Коэффициенты контрастности штрих-кодов 1D и 2D должны оставаться выше уровня 1,5 по ISO/IEC 15416 или выше после воздействия окружающей среды для автоматического линейного сканирования при производственных скоростях выше 0,5 м/с.
• Контроль остатков клея: Этикетки, нанесенные на промежуточных этапах сборки, должны четко отделяться, не перенося клей на поверхности ячеек, что может помешать последующим операциям сварки или склеивания.

Новой разработкой является цифровая лента — вариант концевой ленты, в котором арабские цифры или QR-коды печатаются непосредственно на пленочной основе перед нанесением клея, что встраивает идентификатор в саму ленту, а не требует отдельного этапа нанесения этикетки. Такая интеграция сокращает количество этапов процесса и исключает интерфейс с этикеточной лентой как источник сбоя.

Смягчение термического неконтроля: что могут и не могут сделать вспомогательные материалы

Термический разгон в литий-ионных батареях представляет собой самоподдерживающуюся экзотермическую цепную реакцию, инициируемую, когда внутренняя температура элемента превышает примерно 130–150 °C, вызывающую пробой сепаратора и разложение электролита. Как только один элемент выходит из-под контроля, основной инженерной задачей становится предотвращение распространения на соседние элементы — режим отказа, который является причиной наиболее серьезных случаев возгорания аккумуляторов как в стационарных хранилищах, так и в электромобилях.

Вспомогательные материалы играют определенную, но ограниченную роль в смягчении последствий температурного неконтроля. Функциональные ленты и пленки способствуют трем конкретным механизмам:

• Электрическая изоляция при термической нагрузке: Пленки, обертывающие ячейки, поддерживают функцию диэлектрического барьера на ранней стадии теплового отклонения, предотвращая электрические короткие замыкания, которые могут инициировать или ускорить выход из-под контроля в соседних ячейках.
• Механическая локализация: Высокопрочные оберточные пленки с сопротивлением проколу выше 15 Н (в соответствии с ASTM F1306) помогают сдерживать разбухание клеток на этапах газообразования, снижая вероятность выхода газов в сторону соседних клеток.
• Вклад теплового барьера: В сочетании с межклеточными материалами на основе керамики или аэрогеля функциональные слои пленки на границе раздела ячеек могут увеличить задержку распространения тепла на несколько минут — достаточное время для того, чтобы системы безопасности транспортного средства активировали протоколы изоляции или вентиляции.

Однако никакая клейкая лента или этикеточная пленка сами по себе не смогут остановить распространение вируса после того, как полностью установится неконтролируемый температурный режим. Реальная роль этих материалов состоит в том, чтобы улучшить время отклика на системном уровне, а не в качестве первичной тепловой защиты. Это различие имеет значение для инженеров, определяющих материалы, соответствующие стандартам пожарной безопасности, таким как GB 38031-2020 (Китай) или UN ECE R100 (Европа), которые проверяют на задержку распространения, а не на предотвращение распространения.

Возможности производства по индивидуальному заказу: почему унифицированные решения не работают при производстве функциональных пленок

Геометрия аккумуляторных блоков сильно различается в зависимости от формата ячеек — цилиндрические элементы 18650, 21700 и 4680, призматические элементы в алюминиевом корпусе и пакеты-элементы предъявляют разные требования к геометрии упаковки. Лента, предназначенная для ламинирования плоской поверхности призматических элементов, будет коробиться и задерживать воздушные карманы при нанесении на изогнутую поверхность цилиндрического элемента, если только ее подложка не была специально разработана с необходимыми характеристиками удлинения при разрыве и прилегания.

Эта чувствительность к геометрии распространяется и на допуски высечки. Функциональные пленочные прокладки, изолирующие накладки и детали, закрывающие выступы, часто производятся в виде компонентов, вырезанных с помощью прецизионных штампов, а не в виде непрерывных рулонов ленты, и для соответствия зазорам автоматизированных приспособлений для сборки ячеек обычно требуются допуски на размеры ± 0,1 мм или меньше. Достижение этого требует не только точности резки, но и стабильности размеров базовой пленки — материалы, размер которых меняется в зависимости от влажности или температуры, будут производить разрезы соответствующего вида, которые не проходят проверку размеров после транспортировки или хранения.

Как Вспомогательные материалы для аккумуляторов новой энергии производитель и фабрика в зоне экономического развития Гуандэ, Аньхой Янхэ Новый Материал Лтд. предоставляет индивидуальные производственные возможности в сочетании с совместными исследованиями и разработками с университетами и научно-исследовательскими институтами. Такое сочетание позволяет разрабатывать рецептуры для конкретного применения, а не продукты по каталогу, для удовлетворения требований, которым не могут соответствовать стандартные готовые материалы. Для клиентов с уникальным химическим составом поверхности, геометрическими ограничениями или нормативными требованиями этот совместный подход сокращает сроки квалификации за счет внедрения технического понимания среды конечного использования в разработку материала с самого начала, а не обнаружения несовместимостей во время окончательной проверки.

Общие параметры настройки при разработке функциональных лент

• Толщина подложки: от 12 мкм (сверхтонкий PI для конструкций с высокой плотностью энергии) до 250 мкм (применения механической защиты в тяжелых условиях)
• Тип клея: акриловый PSA для долгосрочной устойчивости к старению, на каучуковой основе для мгновенного склеивания с высокой клейкостью, силикон для зон с высокими температурами выше 200°C.
• Спецификация вкладыша: силиконизированный ПЭТ или бумажный вкладыш с различными значениями силы разъединения (низкое высвобождение для автоматического дозирования, высокое высвобождение для ручной сборки с отрывом и приклеиванием)
• Цветовое кодирование: синяя, желтая, серая и черная пленки служат как функциональным целям (зоны изоляции с цветовой маркировкой), так и целям проверки качества (визуальный контраст для систем проверки на основе камер).
• Сертификация отсутствия галогенов: все чаще требуется производителями автомобильного оборудования для соответствия требованиям директив по выходящим из эксплуатации автомобилям и предотвращения образования галогенированных газов в сценариях тепловых событий.

Испытание сопротивления электролита: что характеризует функциональный материал для внутреннего использования аккумуляторов

Любая лента, пленка или клейкое изделие, используемое внутри аккумуляторного элемента или в непосредственной близости от поверхностей, смачиваемых электролитом, перед использованием должно пройти испытание на погружение в электролит. Стандартный протокол включает погружение образцов купонов в репрезентативный раствор электролита — обычно 1 М LiPF₆ в смеси EC/DMC/EMC 1:1:1 — при 60°C на 7 дней, а затем измерение остаточной адгезии (силы отслаивания), сохранения прочности на разрыв и изменения размеров. Материалы, которые теряют более 20 % своей первоначальной силы отслаивания или демонстрируют видимое расслоение, пузырение или растворение подложки, дисквалифицируются.

Виды отказов, наблюдаемые в ходе этого тестирования, демонстрируют четкую закономерность. Клеевые составы на основе сложных эфиров особенно уязвимы к реакциям переэтерификации с карбонатными растворителями в электролите, вызывающим размягчение клея и нарушение когезионной способности. Акриловые клеи на водной основе, хотя и превосходны во многих других средах, могут поглощать следы влаги от контакта с электролитом и терять сопротивление сдвигу. Акриловые системы на основе растворителей со сшитыми полимерными сетками обычно демонстрируют наилучшие показатели устойчивости к электролиту и термическому старению для внутреннего применения в батареях.

Помимо стандартного иммерсионного тестирования, более строгая квалификация учитывает реальный сценарий контакта. Соединительная лента на конце обмотки электрода периодически смачивается по мере того, как электролит заполняет ячейку во время производства, а затем подвергается длительному контакту с парами электролита во время работы. Это химически отличается от непрерывного погружения, и материалы, прошедшие испытания на погружение, все равно могут выйти из строя в циклических условиях влажно-высыхания, если их клей подвергается кристаллизации или разделению фаз во время сухих фаз. Указание материалов, которые были проверены в условиях, типичных для применения, а не общих протоколов погружения, является более надежным путем квалификации для производственных программ.