صفحه اصلی > اخبار > محتوای

نیترید بور و کاربرد آن در چسبهای رسانای حرارتی برای باتری های قدرت

Jan 14, 2019

Adhesive Conductive Thermal برای باتری های قدرت




استفاده از چسب رسانای حرارتی در نصب باتری قدرتمند نقش مهمی در بهبود عملکرد و ایمنی باتری برق در بسیاری از جنبه ها دارد. هدف از چسب هدایت حرارتی به طور کلی به چهار دسته تقسیم می شود: (1) تثبیت، (2) انتقال حرارت، (3) شعله بازدارنده، (4) شوک اثبات و فرم های خاص استفاده از چسب رسانا حرارتی عبارتند از: (1) واشر، (2) پر کردن، (3) پر کردن، و غیره




در طراحی حرارتی، اغلب لازم است تعادل بین شارژ و تخلیه قدرت، ارزش کالری و ظرفیت تخلیه باتری را در نظر بگیریم. عملکرد باتری لیتیوم بسیار حساس به درجه حرارت است. برای دستیابی به عملکرد کامل باتری های لیتیوم و حفظ عمر باتری مناسب، بسیار مهم است که دمای کار مناسب را بدست آورید. انتخاب منطقی رسانه انتقال حرارت نه تنها باید ظرفیت انتقال حرارت خود را در نظر بگیرد، بلکه عوامل فیزیکی مانند فرآیند تولید، عملیات نگهداری، عملکرد هزینه عالی و غیره را در نظر می گیرد.





1534753144843041




شکل 1 باتری های قدرت برای وسایل نقلیه الکتریکی

ترکیب و هدایت حرارتی مکانیسم چسب رسانای حرارتی




چسب هدایت حرارتی عمدتا شامل EP (رزین اپوکسی)، لاستیک سیلیکون و ماتریس رزین PU (پلی اورتان) و پرکننده رسانایی حرارتی است. انواع، دوز، شکل هندسی، اندازه ذرات، پر شدن هیبرید و اصلاح پرکننده های حرارتی هدایت پذیر، بر هدایت حرارتی چسب های حرارتی هدایت می شوند.




اصل هدایت حرارتی چسب هدایت گرما: اصلی حامل هدایت گرما در جامد فونون ها یا الکترون ها است (در دی الکتریک، هدایت گرما به وسیله ارتعاش شبکه حاصل می شود، انرژی لرزش شبکه کوانتیزه می شود، کوانتوم ارتعاش شبکه نامیده می شود). کریستال های غیر فلزی غیر معدنی معمولا توسط مفهوم فونون توسط هدایت حرارتی ارتعاش حرارتی منظم توصیف می شود؛ چون بلورهای آمورف را می توان به صورت کریستال با دانه های بسیار خوب مشاهده کرد، مفهوم فونون نیز می تواند برای تجزیه و تحلیل هدایت حرارتی بلورهای آمورف استفاده شود، اما هدایت حرارتی آن بسیار پایین تر از بلورین است. اکثر پلیمرها سیستم های اشباع بدون الکترون های آزاد هستند، بنابراین اضافه کردن پرکننده های هدایت حرارتی بالا در چسب ها، روش های اصلی برای بهبود هدایت حرارتی آن است. پرکننده های رسانایی حرارتی در ماتریس رزین پراکنده می شوند و با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند تا یک شبکه هدایت حرارتی ایجاد شوند به طوری که گرما را می توان به سرعت در امتداد "شبکه هدایت حرارتی" انتقال داد، به طوری که برای بهبود هدایت حرارتی چسب، به عنوان در شکل 2 نشان داده شده است.




1534753230497482




شکل 2 نمودار هدایت حرارتی شبکه تشکیل دهنده پر کننده و هیچ شبکه تشکیل رسانندگی حرارتی

خصوصیات مواد هیدرو کربن نیترو بور (h-BN)




نیترید بور (BN) یک کریستال تشکیل شده از اتم های نیتروژن و اتم بور است. ترکیب شیمیایی بور (B) 6/43٪ و نیتروژن (BN) 4/56٪ است. چهار نوع متفاوت وجود دارد: نیترید بور با شش ضلعی (H-BN) که در شکل 3 نشان داده شده است، نیترید بور (r-BN)، نیترید بوریک (C-BN) و نیترید بور (W-BN). در میان آنها، مواد نیترید بور شش ضلعی دارای:




مقاومت مکانیکی بالا، نقطه ذوب بالا و هدایت گرمائی بالا.




عایق خوب




نیترید بور هگزاگونال می تواند در دمای هوا 800 درجه سانتیگراد مقاومت کند.




نیترید بور هگزاگونال می تواند به ساختار دو بعدی گرافنی مانند گرافن سفید، که خواص گرافن عالی دارد، تهیه شود.




بنابراین، نیترید بور شش ضلعی مواد پرکننده عالی برای چسبهای هدایت حرارتی است که به طور گسترده ای در زمینه چسب های هدایت حرارتی برای باتری های قدرت استفاده می شود

محدوده کاربرد هیدرولیکی شش ضلعی نیترید کروی رسانای حرارتی




نیترید بور شش ضلعی به عنوان پرکننده چسب رسانا حرارتی برای استفاده کامل از هدایت حرارتی بالا و خواص عایق بندی بالا استفاده می شود. برای پاسخگویی به نیازهای محیط زیستی مختلف، اقدامات مناسب برای مشکلات احتمالی هدایت حرارتی وجود دارد. انواع مختلفی از چسب های هدایت گر هیدروکسی نیترید بور وجود دارد. مناطق کاربردی اصلی چسبهای هدایت گر هگزاگون بور نیترید در باتری های قدرت عبارتند از:




1. تغییر فاز مواد عایق عایق حرارتی




با استفاده از ویژگی های بستر، تبدیل فاز در دمای کار رخ می دهد، که باعث می شود مواد مناسب برای سطح تماس. در عین حال، آن نیز مقاومت حرارتی فوق العاده کم و انتقال حرارت صاف تر را به دست می آورد. می توان آن را برای پر کردن شکاف ماژول و انتقال گرما به خارج از ماژول استفاده کرد.




2. نوار هدایت حرارتی




پیوند بین دستگاه گرمایش و رادیاتور می تواند توابع هدایت گرما، عایق و ثابت در همان زمان را تحقق بخشد. این می تواند حجم تجهیزات را کاهش دهد. این یک گزینه برای کاهش هزینه تجهیزات است.




3. الاستومر عایق كننده حرارتی




هدایت حرارتی خوب و مقاومت بالای فشار بالا با تقاضای فعلی برای مواد هدایت حرارتی در صنعت الکترونیک مطابقت دارد. این بهترین محصول جایگزین سیستم تخلیه دوتایی گرید سیلیکون گریس هدایت گرما و ورق میکا است. این نوع محصول آسان برای نصب است، منجر به تولید اتوماتیک و حفظ محصول می شود، نوع جدیدی از مواد با تکنولوژی و عملی بسیار عالی است.




4. پد هدایت حرارتی انعطاف پذیر




یک ضخامت رسانای حرارتی ضخیم، به خصوص برای طراحی انتقال حرارت شکاف طراحی شده است، می تواند شکاف را پر کند، انتقال گرما را از قسمت گرما و گرمازدگی کامل کند، اما همچنین می تواند نقش جذب شوک، عایق بندی، آب بندی و غیره را بازی کند که بسیار مناسب برای کاربرد داخلی ماژول های باتری است.




5. پرکننده رسانایی حرارتی




همچنین می تواند به عنوان چسب رسانایی حرارتی، نه تنها با هدایت حرارتی، بلکه همچنین به عنوان مواد پر کننده باند و مهر و موم استفاده شود. با پر کردن سطح تماس یا بدن مخزن، حرارت مولفه گرما منتقل می شود. ماژول باطری استوانه ای برنامه های کاربردی معمولی است.




6. مهر و موم عایق کنترلی حرارتی




عایق صوتی هدایت گرما مناسب برای مهر و موم کردن اجزای الکترونیکی با نیازهای گرمای زیاد است. پس از پخت، چسب دارای هدایت حرارتی خوب، عایق عالی، خواص الکتریکی عالی، چسبندگی خوب و براق بودن سطح است. اما اگر دوز چسب خیلی بالا باشد، تراکم انرژی بسته باتری کاهش خواهد یافت.

عوامل موثر بر خواص کلاسیک هدایت حرارتی




هدایت حرارتی چسب های پر کننده به طور عمده بستگی به ماتریکس رزین، پرکننده های حرارتی و رابط بین آنها ایجاد می شود. انواع، دوز، اندازه ذرات، شکل هندسی، پر شدن هیبرید و تغییر سطح پرکننده های حرارتی هدایت حرارتی چسب ها را تحت تاثیر قرار می دهد.




1. انواع و دوز پرکننده های رسانایی حرارتی




نوع و مقدار پرکننده ها بر هدایت حرارتی چسب ها تاثیر می گذارد. هنگامی که پرکننده کوچک است، پرکننده به طور کامل توسط رزین ماتریکس کپسول شده است و بیشتر ذرات پرکننده به طور مستقیم نمی توانند تماس بگیرند. در این زمان، ماتریس چسبنده مانع جریان گرما بین ذرات پرکننده می شود، که مانع انتقال فنون پرکننده می شود، بنابراین بدون توجه به نوع پرکننده، هدایت حرارتی چسب نمی تواند به طور قابل توجهی بهبود یابد. با افزایش دوز پرکننده، پرکننده به تدریج یک شبکه هدایت حرارتی پایدار را در ماتریس تشکیل می دهد و هدایت حرارتی به سرعت در این زمان افزایش می یابد و پر کردن پرکننده بالا هدایت حرارتی برای بهبود هدایت حرارتی چسب ها بیشتر است. با این حال، هدایت حرارت بالا پرکننده ها به بهبود هدایت حرارتی سیستم منجر نمی شود. نتایج نشان می دهد که وقتی نسبت پرکننده به رزین ماتریکس بیش از 100 است، افزایش هدایت حرارتی کامپوزیت ها معنی ندارد.




2. اندازه و هندسه پرکننده های رسانایی حرارتی




وقتی که دوز پرکننده یکسان است، نانوذرات بیشتر برای بهبود هدایت حرارتی چسبها نسبت به میکروپارسین ها مفید هستند. اثر کوانتومی نانوذرات، تعداد مرزهای دانه را افزایش می دهد، بنابراین ظرفیت حرارتی خاصی را افزایش می دهد و پیوندهای کووالانسی را به اوراق بهادار تبدیل می کند. هدایت حرارتی نانوذرات نسبتا بالاتر است به علت تغییر ارتعاش مولکولی (یا شبکه) به انتقال حرارت الکترون آزاد. در عین حال، اندازه نانوذرات کوچک است و تعداد نانوذرات بزرگ است که باعث می شود سطح خاصی از سطح خاصی ایجاد شود که به راحتی می تواند یک شبکه هدایت گرمادی در ماتریس ایجاد کند، بنابراین برای رسیدن به هدایت حرارتی مفید است از نانوذرات. هدایت حرارتی چسب. برای ذرات میکرون، سطح خاصی از پرکننده های هدایت حرارتی بزرگ، زمانی که دوز پر کننده یکسان است، و با چسباندن آن آسان نیست. بنابراین، احتمال اتصال به شبکه بالاتر است (مسیر هدایت گرمای مؤثر را آسان تر می سازد)، که منجر به بهبود هدایت حرارتی چسب ها می شود.




وقتی مقدار پرکننده یکسان است، احتمال شبکه هدایت گرما که توسط همان پرکننده با هندسه مختلف تشکیل شده است، متفاوت است. شبکه هدایت حرارتی از طریق پرکننده ی مشابه با نسبت ابعاد بزرگتر، که بیشتر برای هدایت حرارتی ماتریس مفید است، ساده تر می شود.




3. پر کردن هیبرید پرکننده های حرارتی هدایت




در مقایسه با سیستم پرکننده پرکننده با اندازه ذرات تک، سیستم پرکردن هیبرید با اندازه ذرات متفاوت و همان پرکننده، موجب ارتقای هدایت حرارتی چسب ها می شود. پرکننده های مختلط با مورفولوژی های مختلف از یک پرکننده مشابه، ساده تر هستند تا چسب های هدایت حرارتی بالا را از پرکننده کروی تک دریافت کنند. هنگامی که انواع مختلف پرکننده ها به درستی در مقیاس قرار می گیرند، پر کردن ترکیبی نیز بهتر از تک پر کردن است. این به این دلیل است که پرکردن هیبرید آسان ساختن ساختار بسته بندی کامپوزیتی است و ذرات با نسبت ابعاد نسبتا بالا، ذرات کروی را به هم متصل می کنند، که باعث کاهش مقاومت حرارتی تماس می شود و باعث می شود که سیستم هدایت گرما نسبتا بالاتر باشد.




4. اصلاح سطح پرکننده های رسانایی حرارتی




اختلاف قطبی بین ذرات غیر معدنی و ماتریس رزین وجود دارد و منجر به سازگاری ضعیف بین دو می شود، بنابراین پرکننده ها در ماتریکس رزین (به آسانی قابل پراکندگی) می شوند. علاوه بر این، سطح ذرات معدنی به علت تنش سطحی بزرگ، از طریق ماتریس رزین دچار مشکل می شود و در میان فاز های فضایی حفره ها و نقایص وجود دارد، بنابراین مقاومت حرارتی رابط را افزایش می دهد. بنابراین اصلاح سطح ذرات پرکننده معدنی می تواند پراکندگی آن را بهبود بخشد، نقص های رابط را کاهش دهد، مقاومت اتصال را افزایش دهد، پراکندگی فونون را در رابط متوقف کند، و مسیر آزاد شدن پخش فونون را افزایش دهد، که باعث بهبود هدایت حرارتی سیستم می شود.