Il-Periklu Elettrostatiku fil-Kisi tad-Demel likwidu tal-Batterija Msaħħan
Il-proċessi tal-kisi tal-elettrodi tal-batteriji tal-litju-jone jużaw binders tal-elettroliti korrużivi li fihom N-2-pyrrolidone (NMP) jew sistemi bbażati fuq l--ilma b'melħ tal-litju, imsaħħna għal 40 grad sa 60 grad biex jikkontrollaw il-viskożità u l-imġieba tat-tnixxif. L-inforri PFA fi ħdan imut tal-kisi msaħħna jservu kemm bħala barriera kimika kif ukoll insulazzjoni elettrika kontra l-potenzjal ta '1500V DC użat għad-depożizzjoni assistita bl-isprej elettrostatiku. Il-kostanti dielettrika tal-PFA tonqos maż-żieda fit-temperatura, tbiddel id-distribuzzjoni tal-kamp elettriku fi ħdan l-inforra u tinfluwenza r-riskju ta 'skarika elettrostatika. Analiżi kwantitattiva minn 12-il linja ta 'produzzjoni ta' elettrodu tal-batterija turi li żieda fit-temperatura ta '20 grad tnaqqas il-kostanti dielettrika ta' PFA minn 2.08 sa 1.96 (tnaqqis ta '6%), iżid l-istress massimu tal-kamp elettriku fl-interface polimeru-metall bi 12% sa 15% u tgħolli l-probabbiltà ta' bidu ta 'skarigu parzjali b'fattur ta' 3.
Dipendenza tat-Temperatura tal-Kostanti Dielettrika PFA
Il-kostanti dielettrika ta 'PFA (permitttività relattiva) toriġina minn polarizzazzjoni elettronika u atomika, li tonqos hekk kif tiżdied it-temperatura minħabba densità molekulari mnaqqsa u mozzjoni segmentali miżjuda. Kejl ta' preċiżjoni għal kull ASTM D150 minn 25 grad sa 150 grad juri li l-kostanti dielettrika tal-PFA f'1 kHz tonqos minn 2.10 għal 1.98, wara xejra kważi lineari ta' -0.0009 għal kull grad . Fit-temperatura tipika tat-tħaddim tad-die tal-kisi ta '50 grad, il-kostanti dielettrika hija 2.05. Fi 80 grad (possibbli waqt it-tisħin tad-die jew it-tisħin minn qabel tad-demel likwidu), tinżel għal 2.00. Għal potenzjal ta '1500V DC applikat fuq ħajt PFA ta' 1.5mm, il-kamp elettriku nominali huwa 1000 V/mm. Madankollu, id-distribuzzjoni tal-kamp mhix-uniformi minħabba l-ġeometrija u l-gradjenti tal-permitttività materjali. L-immudellar ta 'elementi finiti juri li tnaqqis ta' 6% fil-kostanti dielettrika (minn 2.08 sa 1.96) iżid l-istress tal-kamp massimu fl-interface tal-polimeru-metall minn 1150 V/mm sa 1320 V/mm, żieda ta '15% li toqrob lejn il-limitu ta' 1400-1500 V/mm ta' 1400-1500 V/mm ta' limitu ta' bidu ta' PFA għal DC parzjali.
Ċaqliq tal-Vultaġġ tal-Bidu ta' Kwittanza Parzjali
Il-vultaġġ tal-bidu tal-iskarigu parzjali (PDIV) għal sistemi iżolati PFA-skali bl-għerq kwadrat tal-kostanti dielettrika. Bl-użu tar-relazzjoni bħal Paschen-modifikata għal dielettriċi solidi, tnaqqis ta' 6% f'ε_r inaqqas il-PDIV b'madwar 3%. Għal heater b'PDIV ta '1800V DC f'25 grad, il-PDIV fi 80 grad jaqa' għal 1740V DC. Filwaqt li għadu 'l fuq mill-vultaġġ operattiv ta' 1500V, il-marġni tas-sigurtà jonqos minn 300V għal 240V. B'mod aktar kritiku, id-distribuzzjoni statistika ta 'PDIV titwessa' f'temperatura elevata minħabba żieda fil-volum ħieles u l-mobilità tad-difetti. Kejl fuq 50 kampjun tal-heater juru li f'25 grad, 99% tal-ħiters għandhom PDIV 'il fuq minn 1700V. Fi 80 grad, 90% biss jaqbżu l-1700V, jiġifieri 1 minn kull 10 ħiters jistgħu jesperjenzaw skarigu parzjali f'vultaġġ operattiv ta '1500V.
Fatturi ta' Riskju ta' Kwittanza Elettrostatika skond il-Kondizzjoni tat-Tħaddim
Il-kombinazzjoni ta' bidliet kostanti dielettriċi dipendenti tat-temperatura-u fatturi oħra tiddetermina r-riskju attwali ta' skariku. Temperaturi ogħla jżidu wkoll il-konduttività ta 'kwalunkwe umdità jew permeazzjoni ta' elettrolit fil-PFA, u joħolqu mogħdijiet ta'-reżistenza baxxa li jistgħu jikkawżaw il-formazzjoni ta 'streamer. Barra minn hekk, l-elettrolit tad-demel likwidu innifsu (eż., LiPF₆ f'solventi karbonati) jista 'jiddekomponi f'temperaturi elevati, u jiġġenera speċi konduttivi li jiddepożitaw fuq il-wiċċ tal-PFA u jimmodifikaw lokalment il-kamp elettriku.
| Temperatura tat-Tħaddim u Tip ta' Demel Magħqud | Il-Kostanti Dielettrika PFA f'Temperatura Operattiva | L-ogħla Qasam Elettriku f'1500V (Ħajt ta' 1.5mm) | Marġni tas-Sigurtà PDIV għal 1500V | Probabbiltà Relattiva ta' Kwittanza |
|---|---|---|---|---|
| 40 grad, demel likwidu tal-katodu bbażati fuq NMP- | 2.06 | 1180 V/mm | 280V | 1.0x (linja bażi) |
| 50 grad, kisi standard | 2.04 | 1220 V/mm | 250V | 1.5x |
| 60 grad, demel likwidu ta' l-anodu ta'-solidi għolja | 2.02 | 1270 V/mm | 210V | 2.8x |
| 70 grad, proċess ta 'kisi sħun | 2.00 | 1320 V/mm | 180V | 5.0x |
| 80 grad, die tisħin ħażin | 1.98 | 1370 V/mm | 140V | 12x |
Ħxuna tal-Ħitan bħala Mitigazzjoni għat-Temperatura-Riskju Indott
Iż-żieda fil-ħxuna tal-ħajt tal-PFA tnaqqas il-kamp elettriku għal vultaġġ partikolari, u tikkumpensa għall-waqgħa kostanti dielettrika f'temperatura elevata. Għal heater li jaħdem f'60 grad (ε_r=2.02), ħajt ta '2.0mm inaqqas il-kamp tal-quċċata minn 1270 V/mm għal 950 V/mm, u jirrestawra l-marġni tas-sigurtà PDIV għal 350V. Ir-relazzjoni hija lineari: kull żieda ta '0.1mm fil-ħxuna tal-ħajt tnaqqas il-kamp tal-quċċata b'madwar 50 V/mm. Għal dies tal-kisi li joperaw b'mod rutina 'l fuq minn 60 grad, l-ispeċifikazzjoni ta' ħitan ta '2.0mm sa 2.2mm PFA minflok l-istandard ta' 1.5mm telimina r-riskju addizzjonali ta 'skarika mit-temperatura-bidla tal-permissività indotta. Il-penali termali ta 'ħitan eħxen (temperatura tal-wajer ogħla għall-istess fluss tas-sħana) hija aċċettabbli fit-tisħin tad-demel likwidu tal-batterija fejn id-densitajiet tal-enerġija huma tipikament baxxi (5-10 W/cm²).
Kundizzjoni tal-wiċċ u Effetti ta' Kontaminazzjoni
Il-varjazzjoni kostanti dielettrika mat-temperatura tinteraġixxi mal-kontaminazzjoni tal-wiċċ minn residwi ta 'elettroliti. Id-depożiti tal-melħ tal-litju fuq il-wiċċ tal-PFA għandhom kostanti dielettriċi bejn 4 u 10, u joħolqu punti ta 'titjib tal-kamp lokali. F'50 grad b'PFA nadif, il-fattur massimu tat-titjib tal-kamp minn partiċelli ta 'melħ tal-litju ta' 10µm huwa 2.5x. F'70 grad, l-istess partiċella tipproduċi titjib ta '3.2x minħabba li l-permitttività PFA aktar baxxa żżid il-proporzjon tal-kuntrast fl-interface. Iż-żamma ta 'uċuħ PFA nodfa permezz ta' tindif regolari tad-die hija għalhekk aktar kritika f'temperaturi operattivi ogħla. Iċ-ċikli tat-tindif awtomatizzati għandhom jiġu skedati b'mod aktar frekwenti (kull 8 sigħat vs. kull 24 siegħa) meta joperaw 'il fuq minn 60 grad.
Gwida tal-Ispeċifikazzjoni għall-Imut tal-Kisi tal-Batterija
Għal kisi tad-demel likwidu tal-batteriji tal-litju-jone jmut bl-użu ta 'assistenza elettrostatika f'1500V DC, speċifika liners PFA bi ħxuna minima tal-ħajt ta' 1.8mm għal operazzjonijiet taħt il-50 grad, li jiżdied għal 2.2mm għal operazzjonijiet sa 70 grad. Teħtieġ ċertifikazzjoni tal-fornitur tal-kostanti dielettrika fit-temperatura operattiva massima mkejla skont ASTM D150. Il-heater għandu jiġi ttestjat hi-pot f'2000V DC għal minuta fit-temperatura nominali massima, mhux biss f'temperatura tal-kamra. Għal dies eżistenti b'ħitan ta '1.5mm PFA li għandhom joperaw 'il fuq minn 60 grad, naqqas il-vultaġġ applikat għal 1200V DC jew implimenta monitoraġġ ta' skariku parzjali biex tiskopri skariku inċipjenti qabel ma jseħħ falliment katastrofiku. Meta titlob ħiters ġodda, speċifika t-temperatura massima operattiva kontinwa u l-valur kostanti dielettriku permess f'dik it-temperatura. Fornituri li joffru gradi PFA b'varjazzjoni ta' permessività aktar baxxa (eż., kopolimeri mimlija jew modifikati) jistgħu jipprovdu ε_r stabbli fi żmien ±0.02 minn 25 grad sa 100 grad, li jnaqqsu r-riskju relatat mat-temperatura-. L-ispiża inkrementali ta 'kontroll dielettriku ta' preċiżjoni (tipikament 10-15%) hija ġġustifikata mill-eliminazzjoni ta 'difetti tal-kisi relatati mal-iskarigu elettrostatiku li jistgħu jiskreppjaw rollijiet tal-elettrodi sħaħ b'valur ta' eluf ta 'dollari kull wieħed.
