动力电池包铜铝排设计专题(1)：浸塑工艺，工序和材料选择

什么是铜排浸塑？

铜排浸塑，是指通过特定工艺，将液态胶状绝缘材料均匀地覆盖在铜排表面，形成一层绝缘保护层。

动力电池包铜铝排浸塑工艺的深度技术解析，涵盖工序分解、工步控制及行业应用挑战，接上说，浸塑是一种通过熔融塑料涂覆在铜铝排表面形成绝缘层的工艺，其优势或者需要做到以下几点：

• 绝缘可靠性

  ：涂层厚度均匀（0.5–2mm），绝缘强度达20–28kV/mm，可承受4380V DC耐压测试。

• 环境适应性

  ：耐盐雾腐蚀（5% NaCl溶液，35℃下192小时无腐蚀），阻燃等级满足UL94-V0标准。

• 成本效益

  ：相比PI膜包覆，材料成本降低30%，适合批量生产。

但动力电池领域应用受限——储能系统渗透率高（绝缘需求>轻量化），而动力电池因空间敏感性与散热矛盾（涂层增厚导致热阻升⾼20–31%）较少采用。

• 除油脱脂

  ：采用碱性溶液（pH 10–12）超声清洗5–8分钟，确保铜铝排表面残留油污≤0.1mg/m²。

• 表面粗化

  ：喷砂处理（120目氧化铝颗粒），粗糙度Ra需控制在1.6–3.2μm，增强PVC胶层结合力。

• 预热活化

  ：预热温度180–220℃（铜排）/150–180℃（铝排），时间依厚度调整（2mm厚铜排需120s），温差±5℃。

• 胶液控制

  ：PVC塑溶胶粘度维持在1500–2500cP（25℃），粘度偏差>10%需报废处理。

• 浸入参数：

• 浸入速度≤10mm/s（过快导致气泡）

• 提升速度≤5mm/s（过慢引起流挂）

• 浸没时间按厚度需求设定（1mm厚需15±3s）。

• 动态调平

  ：浸槽配备磁力搅拌器（转速200rpm），防止填料沉降导致成分不均。

• 温度曲线

  ：三段式升温（见图1）：

  阶段1：80℃→120℃（10min）—— 溶剂挥发阶段2：120℃→200℃（15min）—— 熔融铺展阶段3：200℃恒温（20min）—— 交联固化

• 温差控制

  ：箱体内部温差≤8℃，局部过热（>220℃）会导致PVC分解发黄。

• 梯度冷却

  ：先风冷（60s降至80℃）再水冷（15℃水槽，30s降至室温），避免骤冷开裂。

• 激光切边

  ：CO₂激光（波长10.6μm）精准切除连接端绝缘层，切口粗糙度≤Ra 6.3μm。

• 气密检测：0.5MPa气压测试绝缘层完整性，泄漏率<0.1mL/min。

胶液粘度

2000±500cP

流挂或覆盖不全

旋转粘度计（每2h抽样）

预热温度

铜200℃/铝170℃

附着剥离力<4N/cm

红外热成像仪实时监控

塑化恒温

200±5℃

交联度不足→绝缘失效

DSC差示扫描量热

冷却速率

≤5℃/s

微裂纹扩展

高速摄像机记录冷却形变

📌 典型案例：某储能项目因塑化温度不均（箱体边缘低15℃），导致盐雾测试后涂层起泡剥落，通过增加热风循环风机解决。

• 局部浸塑

  ：仅对BDU（电池配电盒）内高压铜排连接端浸塑，绝缘层厚度压缩至0.8mm（全域散热影响降低40%）。

• 复合工艺

  ：主体采用PI膜包覆（厚度0.15mm）+ 弯折部位浸塑增强，平衡绝缘与柔性需求。

• 厚涂层设计

  ：单边厚度1.5–2mm，适应粉尘/潮湿环境。

• 成本导向

  ：浸塑铜排比激光焊接PI膜方案成本低35%（储能系统空间限制宽松）。

动力电池包铜排浸塑的材料选择需综合考虑绝缘性、耐温性、散热性、工艺成本及环境适应性，以下是主流材料：

• 性能特点
• 绝缘性

  ：耐压达3500V AC/DC，绝缘强度20–28 kV/mm，满足UL94-V0阻燃标准。

• 环境适应性

  ：耐盐雾（5% NaCl溶液，192小时无腐蚀），工作温度-40℃~125℃。

• 成本

  ：材料成本最低，工艺成熟，适合批量生产。

• 局限性

• 导热系数仅0.2 W/(m·K)，增厚涂层（1.0–2.0mm）会显著增加热阻（20–31%），影响电池散热。

• 低温韧性差，易脆化开裂。

• 性能特点
• 薄层高绝缘

  ：涂层厚度0.3–0.8mm，耐压高达4500V DC（60秒漏电流<1mA），绝缘电阻>800MΩ。

• 附着力强

  ：划格法测试附着力达0级（无剥离）。

• 轻量化优势

  ：比PVC涂层减重40%，适配动力电池空间敏感场景。

• 局限性

• 成本比PVC高30%，且需精密控制固化温度（±5℃），否则易产生微裂纹。

• 性能
• 耐高温性

  ：连续使用温度150℃+，短时耐热180℃，优于PVC/环氧树脂。

• 耐化学性

  ：抗电解液、冷却液侵蚀，延长铜排寿命。

• 机械强度

  ：拉伸强度＞70MPa，抗振动疲劳，适合车载频繁震动环境。

• 局限性

• 原料成本高（是PVC的2倍），加工温度需300℃±10℃，易导致铜排氧化。

高能量密度

环氧树脂

涂层厚度≤0.8mm，仅覆盖BDU连接端，主体用PI膜包覆（0.15mm）

高振动环境

PPA（尼龙基）

弯折部位局部浸塑，提升抗疲劳性

成本敏感型设计

改性PVC

添加5%纳米Al₂O₃提升导热性（0.45 W/(m·K)），涂层厚度压缩至1.0mm

高耐候性

PVC

全域厚涂层（1.5–2.0mm），适应粉尘/潮湿环境

长期成本优化

PVC

比激光焊接PI膜方案成本低35%

1. 关键参数优先级排序

• 动力电池

  ：散热性（λ＞0.4 W/(m·K)）＞轻量化（涂层＜0.8mm）＞成本。

• 储能系统

  ：绝缘性（耐压＞4500V）＞耐腐蚀性＞成本。

2. 工艺控制要点

• 预热温度

  ：铜排200℃±5℃，铝排170℃±5℃，防止附着力不足。

• 塑化曲线

  ：环氧树脂需三段式固化（80℃→120℃→200℃），避免微裂纹。

3. 供应商选择

• 优先选择具备 “浸塑+软连接”双工艺能力 的厂商（如人禾电子、乐清华是电气），确保异形铜排加工一致性。

浸塑工艺在动力电池包的应用需在绝缘可靠性散热妥协度轻量化需求间取得平衡。通过：

• 工步精细化

  ：预热活化、粘度控制、梯度塑化等环节的±5%精度管理；

• 场景定制化

  ：动力电池局部浸塑+储能全域厚涂层的差异化策略；

• 材料创新

  ：纳米填料与低温胶液突破传统局限。

未来随着固态电池高压平台（800V+）普及，浸塑工艺将向超薄涂层（<0.5mm）和功能复合化（绝缘/导热/电磁屏蔽一体化）演进。

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