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[综合] 动力电池包制造之结构胶

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发表于 29-3-2024 07:47:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

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在动力电池包的生产过程中,通常会使用到两种性能的胶水:一种是以导热性为主的导热胶,另一种是防止电芯间相互滑移的结构胶。本文将主要针对结构胶进行介绍。
对动力电池包CTP 结构,一般将电芯(特别是方形电芯)直接组装到PACK 壳体中(cell to pack),能大幅度减少中间模组部件,减轻电池包整体质量,有利于电动汽车的轻量化和提高续驶里程。该结构无法使用传统的机械连接方式,一般需要大量使用结构胶来连接固定电芯。常用的动力电池包结构胶主要有聚氨酯结构胶、丙烯酸结构胶、硅胶、环氧结构胶、UV胶 和耐高温热熔胶,根据其不同的特点分别应用于不同的场景。
动力电池包制造之结构胶w1.jpg

结构胶以黏结强度为主要指标,同时考虑粘接材质适应性、阻燃等级、耐老化性、导热性、电气绝缘性能以及影响生产节拍的固化时间等性能。
黏结强度
由于整体PACK 以及内部结构的可靠性、稳固性来自于结构胶的粘接连接,代替了原有的机械连接方式,因此结构胶的粘接强度及本体强度就要求有比较高的指标,一般来说8MPa以上的强度是很有必要的。这样高强度的结构胶应用于方形电芯的侧面或底面,根据电芯从尺寸及外形不同,一般粘接面积可以达到3000mm2以上,单个电芯粘接力可达24000N以上,有的特殊形状的方形电芯可以让粘接面积达到17000mm2,理论上单个电芯粘接力甚至可以达到136000N 以上,较好地满足电芯直接稳固固定在PACK 壳体内的要求。
粘接材质的适应性:
要想使电芯获得高的固定粘接力,不仅要有结构胶本身的较高的拉伸强度以及更大的粘接面积,还要有对粘接材质的适应性,以及考虑被粘接材质的本体强度。
那么CTP 结构的动力电池结构胶适用于哪些材质呢?首先看一看方形电芯的材质:方形电池的壳体一般使用3003 铝合金。为了使电芯外壳具有绝缘性,大部分电芯生产厂商采用PET 薄膜包覆或半包覆方形电池的外壳,还有一种是采用绝缘粉末涂料(喷粉)的方式在电芯外壳涂覆一层绝缘涂层。这两种电芯的表面材质以及相对应的PACK 壳体或绝缘膜就是结构胶粘接的对象:PET(又称蓝膜)、喷粉涂层(环氧或其他树脂)及3003 铝合金。结构胶必须对这几种材质具有良好的粘接性能。由于PET 蓝膜一般采用压敏胶背胶的方式将PET 蓝膜包覆在电芯壳体外,或者采用热缩方式套在电芯壳体上,那么结构胶对于PET蓝膜(一般要经过等离子或火焰预处理)的粘接要能够保证粘接强度大于PET蓝膜的背胶与电芯铝合金壳体的粘接或者能够达到PET蓝膜破坏的强度。
动力电池包制造之结构胶w2.jpg

对于3003 铝合金以及喷粉涂层的粘接,要能够达到破坏时的内聚破坏,换句话说就是粘接胶层的破坏,而不是粘接胶层与铝合金或喷粉涂层的界面脱开。
阻燃性能要求
结构胶应用于动力电池,作为汽车动力电池材料的一部分,阻燃性是基本的要求。阻燃测试考虑其应用环境,采用铝—胶—铝三明治结构胶层厚度0.5mm进行测试,要求达到V0级。可以按照GB/T 2408的规定进行测试。
耐老化要求
汽车的长期可靠运行的基本要求,传递到动力电池,CTP 结构中结构胶的耐老化特性同样重要。对于胶粘剂来说,耐老化特性可以通过冷热循环和湿热老化测试来考察。可以参照GB/T7124 的相关规定测试。
导热性能
对于高强度低模量的结构粘接胶,一般不考察其导热特性。在动力电池PACK 系统中,热管理是非常重要的一个子系统,电芯的热量需要能够及时散发出去,保证电池在最佳工作温度范围内,这时需要专门的导热材料(如导热胶)发挥这个作用,它的主体作用与我们前面探讨的结构胶是不一样的,它重点考察的是导热性能。当然,结构胶有一定的导热能力是更好的,对以结构粘接为主要诉求的结构胶的导热系数能够在0.2W/(m·K) 以上,能够起到一定的导热散热功效(空气的导热系数约为0.0267W/(m·K))。
电气绝缘性能要求
结构胶直接应用于电芯粘接,绝缘性也是基本要求,介电强度要大于10 kV/mm;体积电阻率要大于1×1012Ω.cm。可以参照GB/T 1408的相关规定测试。
固化时间
固化时间(也称表干时间)对生产的影响非常大,主要是对生产节拍的影响。比如一款胶的表干时间是10min,另一款胶的表干时间是30min,假如胶要表干之后才能正常流拉,那么两款胶水对生产节拍的影响差距就非常大了。

当前新能源汽车用胶市场仍旧被以汉高,3M为首的外企所主导,但随着国内新能源市场的全球市占率不断提高,在动力电池有着关键作用的胶粘剂的国产化已经是大势所趋,目前,国内如回天,鹿山等知名胶粘剂企业的多个产品也已经导入多家下游企业

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