تطبيق المواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً في وحدات البطارية: الترابط ، تبديد الحرارة ، وتحسين الأداء

من خلال التطوير المزدهر لصناعة مركبات الطاقة الجديدة ، تواجه وحدات البطارية ، باعتبارها المكون الأساسي ، متطلبات صارمة بشكل متزايد لكثافة الطاقة والسلامة والعمر والإدارة الحرارية. تلعب المواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً ، كمواد متقدمة تجمع بين الترابط الهيكلي والتوصيل الحراري ، دورًا حيويًا في تصميم وحدات البطارية وتصنيعها. سوف تتغذى هذه المقالة في تطبيق المواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً في وحدات البطارية ، وتحليل عواملها الرئيسية وطرق التطبيق ، بهدف توفير المرجع للموظفين الفنيين في الحقول ذات الصلة.
لاصق هيكلي موصل حراريًا ليس مادة لاصقة بسيطة ؛ يلعب أدوارًا متعددة في وحدات البطارية ، مما يؤثر بشكل عميق على أداء البطارية والسلامة. أولاً ، يوفر عالية-قوة الترابط الهيكلي والتثبيت. خلايا البطارية هي الوحدات الأساسية من وحدات البطارية ، وتؤثر كمية وترتيبها بشكل مباشر على كثافة الطاقة للوحدة. يمكن للمواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً أن تربط خلايا البطارية بحزم ، وتشكيل بنية شاملة مستقرة ، وضمان تباعد موحد بين خلايا البطارية ، ومنع النزوح أو التلف بسبب الاهتزاز والتأثير. هذا مرتفع-الترابط الهيكلي للقوة هو حجر الزاوية في ضمان سلامة وموثوقية وحدات البطارية. ثانياً ، يوفر إدارة حرارية فعالة. خلايا البطارية تولد الحرارة أثناء الشحن والتفريغ. إذا كان لا يمكن تبديد الحرارة في الوقت المناسب ، فسوف يؤدي ذلك إلى زيادة درجة حرارة خلايا البطارية ، والشيخوخة المتسارعة ، وحتى خطر الهروب الحراري. يمكن للمواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً نقل الحرارة الناتجة عن خلايا البطارية بفعالية إلى بنية تبديد الحرارة (مثل لوحات التبريد أو أنابيب التبريد السائل أو علب الوحدة النمطية)، تقليل درجة حرارة خلية البطارية والحفاظ عليها ضمن نطاق تشغيل آمن. والأهم من ذلك ، أنه يمكن تحسين توحيد درجة الحرارة لوحدة البطارية بأكملها ، وتجنب توليد النقاط الساخنة المحلية ، وبالتالي تمديد عمر خدمة البطارية وتحسين كثافة الطاقة والشحن/كفاءة التفريغ. ثالثًا ، يوفر العزل الكهربائي وحماية البيئة. يوجد جهد عالي داخل وحدات البطارية ، لذلك العزل الكهربائي بين خلايا البطارية أمر بالغ الأهمية. عادةً ما يكون للمواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً خصائص عزل كهربائية جيدة ، والتي يمكن أن تمنع بشكل فعال دوائر قصيرة بين خلايا البطارية. في الوقت نفسه ، يمكن أن يمنع الرطوبة والغبار والغازات المسببة للتآكل والملوثات الأخرى من دخول وحدة البطارية ، وحماية خلايا البطارية من الأضرار البيئية وتحسين موثوقية وعمر وحدة البطارية. رابعا ، فهو يوفر التخميد الاهتزاز وتوزيع الإجهاد. تواجه سيارات الطاقة الجديدة ظروف طريق معقدة أثناء القيادة ، وتحتاج وحدات البطارية إلى تحمل الاهتزازات والتأثيرات من السيارة. تحتوي المواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً على درجة معينة من المرونة ، والتي يمكن أن تلعب دورًا في تخميد الاهتزاز ، مما يقلل من الأضرار التي لحقت بخلايا البطارية من التأثير والاهتزاز. بالإضافة إلى ذلك ، يمكنه توزيع الإجهاد على سطح خلايا البطارية ، وتجنب تركيز الإجهاد ، وبالتالي تحسين مقاومة التعب لوحدة البطارية.
يعد اختيار المادة اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً بشكل حراري خطوة حاسمة في ضمان أداء وحدة البطارية. يجب النظر في المؤشرات الفنية الرئيسية التالية. أحدهما هو الموصلية الحرارية ، وهو مؤشر مهم لقياس قدرة تبديد الحرارة للمواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً ، مع وحدات W/م·K. كلما ارتفع الموصلية الحرارية ، كلما زادت كفاءة نقل الحرارة. وفقًا لمتطلبات كثافة الطاقة وتبديد الحرارة لوحدة البطارية ، يجب اختيار مادة لاصقة هيكلية موصلة حرارياً مع الموصلية الحرارية المناسبة. نطاق الموصلية الحرارية من المواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً في السوق حاليًا ، تتراوح من 0.5 واط/م·ك إلى 5 واط/م·ك أو حتى أعلى. اثنان هو قوة لاصقة ، والتي تعكس قدرة الدعم الهيكلي للمواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً ، عادة في MPA. كلما ارتفعت القوة اللاصقة ، كلما تم إصلاح خلايا البطارية بحزم. يجب اختيار مادة لاصقة هيكلية موصلة حرارياً ذات قوة لاصقة كافية بناءً على التصميم الهيكلي وبيئة الاستخدام وظروف الإجهاد في وحدة البطارية. في الوقت نفسه ، يجب أيضًا إيلاء الاهتمام للخصائص الميكانيكية للمادة اللاصقة ، مثل قوة القص وقوة الشد. ثلاثة هي خصائص المعالجة ، والتي تؤثر بشكل مباشر على كفاءة الإنتاج والتحكم في العملية. كلما كان وقت المعالجة أقصر ، زادت كفاءة الإنتاج. إذا كانت درجة حرارة المعالجة مرتفعة للغاية ، فقد تضر بخلايا البطارية. لذلك ، يجب اختيار مادة لاصقة هيكلية موصلة حرارياً مع درجة حرارة المعالجة المناسبة ووقت المعالجة القابلة للتحكم. تشمل طرق المعالجة الشائعة علاج الحرارة ، وعلاج الأشعة فوق البنفسجية ، وعلاج الرطوبة. أربعة هو أداء العزل الكهربائي (القوة العازلة ، مقاومة الحجم). بالنسبة لوحدات البطارية التي تتطلب عزلًا ، يعد أداء العزل الكهربائي أمرًا بالغ الأهمية. تشير القوة العازلة إلى الحد الأقصى لقوة المجال الكهربائي الذي يمكن للمادة تحمله قبل الانهيار ، وتعكس مقاومة الحجم الموصلية للمادة. يجب اختيار مادة لاصقة هيكلية موصلة حرارياً ذات قوة عازلة عالية ومقاومة عالية الحجم لضمان العزل الكهربائي بين خلايا البطارية. خمسة هو نطاق درجة حرارة التشغيل. تخضع وحدات البطارية لتغيرات في درجات الحرارة المختلفة أثناء التشغيل ، وتحتاج المواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً إلى الحفاظ على أداء مستقر داخل نطاق درجة حرارة التشغيل. يجب اختيار مادة لاصقة هيكلية موصلة حرارياً والتي يلتقي نطاق درجة حرارة التشغيل ببيئة التشغيل الفعلية لوحدة البطارية لتجنب تدهور الأداء بسبب التغيرات في درجة الحرارة. ستة هي thixotropy. يشير Thixotropy إلى خاصية الغروية التي تنخفض في اللزوجة عندما تتعرض لقوة القص واستعادة اللزوجة عند إيقاف القص. تساعد Thixotropy الجيدة على التدفق اللاصقة بسهولة أكبر أثناء الطلاء ، وملء الفجوات ، والحفاظ على شكله بعد علاج ، ومنع التدفق وضمان توحيد الطلاء والدقة. سبعة هو المقاومة الكيميائية ومقاومة التآكل. قد توجد الغازات أو السوائل المسببة للتآكل داخل وحدات البطارية ، ويجب أن يكون المواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً مقاومة كيميائية جيدة ومقاومة للتآكل لضمان فترة طويلة-مصطلح الاستقرار. ثمانية هو تأخير اللهب. مع التركيز المتزايد على مشكلات سلامة البطارية ، يحظى بتثبيط اللهب للمواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً أيضًا باهتمام متزايد. يمكن أن يؤدي اختيار المادة اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً مع خصائص مثبطات اللهب إلى تقليل خطر الهروب الحراري في وحدات البطارية.
طريقة التطبيق للمواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً لها تأثير مهم على أداء وموثوقية وحدات البطارية. تشمل طرق التطبيق الشائعة: الاستغناء ، باستخدام معدات الاستغناء الدقيقة لتغليف سطح خلية البطارية بدقة أو بين خلايا البطارية مع مادة لاصقة هيكلية موصلة حرارياً. يتمتع Dispensing بمزايا التحكم الدقيق في كمية الطلاء وخفض النفايات ، وهو مناسب لخطوط الإنتاج الآلية. الطلاء ، باستخدام الكشط ، الطلاء لفة ، أو رش المعدات لتغليف سطح خلية البطارية بالتساوي مع مادة لاصقة هيكلية موصلة حرارياً. يتمتع الطلاء بميزة عالية الكفاءة ومناسبة للكبير-طلاء المنطقة. Potting ، حقن اللصق الهيكلي الموصل حرارياً في غلاف وحدة البطارية لملء الفجوات بين خلايا البطارية وتحسين أداء تبديد الحرارة الكلي والقوة الهيكلية للوحدة. Potting مناسب لوحدات البطارية ذات الهياكل المعقدة. من أجل الحصول على أفضل تأثير للتطبيق ، يجب تحسين الطلاء والمعالجة والعمليات الأخرى. أولا ، المعالجة السطحية. قبل طلاء المادة اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً ، يجب تنظيف سطح خلية البطارية ومعالجته لتحسين القوة اللاصقة للمادة اللاصقة. ثانياً ، التحكم في مبلغ الطلاء. إذا كانت مبلغ الطلاء صغيرًا جدًا ، فسيؤدي ذلك إلى ضعف تبديد الحرارة ، وإذا كان كمية الطلاء كبيرة جدًا ، فسيزيد التكلفة والوزن. يجب التحكم في مبلغ الطلاء وفقًا للوضع الفعلي. ثالثًا ، التحكم في عملية المعالجة. تتحكم بشكل صارم في درجة حرارة المعالجة والوقت والضغط لضمان أن يتم علاج المادة الهيكلية الموصلة حرارياً بالكامل ويحصل على أفضل أداء. وأخيرا ، الإنتاج الآلي. يمكن أن يؤدي استخدام معدات الطلاء والمعالجة الآلية إلى تحسين كفاءة الإنتاج وجودة المنتج.
مع التطوير المستمر لتكنولوجيا مركبات الطاقة الجديدة ، يتم تقديم المتطلبات الأعلى لأداء المواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً. يركز اتجاه التنمية المستقبلي بشكل أساسي على الجوانب التالية. واحد هو الموصلية الحرارية العالية. مع الزيادة المستمرة في كثافة طاقة البطارية ، تزداد الحرارة الناتجة عن خلايا البطارية ، ويتم تقديم المتطلبات الأعلى للتوصيل الحراري للمواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً. سوف تعتمد المواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حراريًا في المستقبل (مثل الأنابيب النانوية الكربونية ، الجرافين ، إلخ.) وتصميمات الصياغة المتقدمة لتحقيق الموصلية الحرارية العالية. اثنان متعددة-التكامل الوظيفي. لن يكون للمواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حراريًا في المستقبل وظائف موصلية وموصية حرارية فحسب ، بل لها أيضًا وظائف متعددة مثل تثبيت اللهب والعزل وامتصاص الصدمات والوقاية من التآكل لتحقيق متعدد-التكامل الوظيفي وتبسيط تصميم وتصنيع وحدات البطارية. ثلاثة هو الموصلية الحرارية الذكية. البحث وتطوير المواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً مع وظائف الموصلية الحرارية الذكية التي يمكنها ضبط الموصلية الحرارية تلقائيًا وفقًا للتغيرات في درجة الحرارة لتحقيق الإدارة الحرارية الأكثر دقة. أربعة صديقة للبيئة. تطوير أكثر ملاءمة للبيئة ، غير-السامة ، والقابلة لإعادة التدوير موصل حراريا المواد اللاصقة لتلبية متطلبات التنمية المستدامة.
باختصار ، تلعب المواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً دورًا حيويًا في وحدات البطارية ، وتكون لأدائها وتطبيقها تأثيرًا عميقًا على أداء البطارية والسلامة والعمر. مع التطوير المستمر لتكنولوجيا مركبات الطاقة الجديدة ، يتم تقديم متطلبات أعلى للمواد اللاصقة الهيكلية الموصلة حرارياً. فقط من خلال تنفيذ الابتكار التكنولوجي وتحسين العملية بشكل مستمر ، يمكننا تلبية احتياجات تطوير وحدة البطارية المستقبلية.