新能源汽車動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)粘接材料
電池系統(tǒng)里面需要大量的材料來實(shí)現(xiàn)電芯成組,每樣材料的需求是不同的,基本可以分為結(jié)構(gòu)粘接材料、導(dǎo)熱材料、絕緣材料、絕熱材料和密封材料這幾種要求。
結(jié)構(gòu)粘接材料:通常而言分為結(jié)構(gòu)膠或者雙面膠帶,主要用于粘接電芯與電芯、電芯與泡棉、電芯和模組外殼等,主要的作用是電芯與模組成為一體化,滿足模組的振動(dòng)、沖擊和跌落等要求。
導(dǎo)熱材料:主要用于傳導(dǎo)電芯的熱量,并把模組的熱量往外進(jìn)行轉(zhuǎn)移。
絕緣材料:這個(gè)材料往往是與其他材料的要求融合在一起,主要的目標(biāo)是放置單體電芯出現(xiàn)漏液或者其他破損狀態(tài)下,整個(gè)電池往金屬導(dǎo)電材料上引起短路或者絕緣問題。
絕熱材料:主要的要求,是隔絕外部的熱量進(jìn)入電池系統(tǒng),有冷和熱兩種,我后面進(jìn)一步介紹火燒實(shí)驗(yàn)和溫降實(shí)驗(yàn)對于電池系統(tǒng)的實(shí)際要求。
密封材料:主要是實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)密封的要求,實(shí)現(xiàn)IP67的作用。
圖1 電池系統(tǒng)里面使用材料概覽
我們從方殼、軟包和圓柱三方面來比較差異性
1. 方殼電池
方殼電芯在模組內(nèi)的固定:電芯之間粘接定位,側(cè)板和端板的粘接。方殼電芯本體比較重,所以首要的任務(wù)需要固定電芯,根據(jù)電芯的膨脹情況,需要考慮在模組內(nèi)留下足夠的緩沖,所以這里需要考慮較高強(qiáng)度的膠。這里粘接的表面為:
鋁合金殼體+絕緣膜包覆
絕緣墊片
外框鋁材
通常而言,對以上不同的兩種基材之間的粘接需要具備足夠的強(qiáng)度,同時(shí)粘接完成以后需要耐振動(dòng),環(huán)境特性方面在-40℃~85℃的溫度范圍內(nèi),耐溫度沖擊性好。而整個(gè)膠的操作時(shí)間需要進(jìn)行控制。在選用膠帶和膠水的時(shí)候,是有些差異的
如果選用膠水,則主要考慮電芯之間的高強(qiáng)度的粘接,采用額外的彈性材料進(jìn)行緩沖
采用粘彈體的膠帶粘接方式,主要是利用到了膠帶減震緩沖,吸收能量的特點(diǎn),強(qiáng)度是保證電芯的沖擊方面的測試符合要求
圖2 粘接膠的要求
經(jīng)驗(yàn)總結(jié)推薦:方殼電芯之間粘接:雙組分聚氨酯DP6310NS,VHBTM雙面膠帶:4914-02, GTM715
2.軟包電池
軟包電芯與鋁殼之間的固定:粘接定位,導(dǎo)熱,與PET膜和鋁板粘接性好。
由于要固定電芯,還要考慮在里面設(shè)計(jì)足夠的緩沖,形成整體的情況,所以這里需要考慮較高強(qiáng)度的膠,并具有一定的導(dǎo)熱系數(shù),使得模組內(nèi)使用粘接的地方有足夠的傳熱。一半考慮采用雙組份聚氨酯導(dǎo)熱粘接固定膠或者高硬度導(dǎo)熱VHBTM雙面膠帶?;镜目紤]系數(shù)主要有熱的方面和結(jié)構(gòu)方面,分為導(dǎo)熱系數(shù)(W/m.k)和粘接強(qiáng)度;進(jìn)一步考慮,需要在各種環(huán)境條件下,比如高低溫特性、溫度交變下能穩(wěn)定,也能滿足沖擊和振動(dòng)的要求。
圖3 結(jié)構(gòu)膠和VHBTM雙面膠帶
經(jīng)驗(yàn)總結(jié):軟包電池之間粘接:FB49, 粘接泡棉:468MP,9448A, 55236
3.圓柱型電池組的材料應(yīng)用
電芯與基座之間的粘接:丙烯酸結(jié)構(gòu)膠,具有很強(qiáng)的粘接強(qiáng)度,起到很好的固定作用;
包括并排放置電芯的底座,底座上設(shè)固定并排電芯兩極的固定組件、推動(dòng)并排電芯緊密排列的調(diào)節(jié)組件、促凝膠組件和將粘好膠的電芯導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)至促凝膠組件位置的推板組件。由于圓柱電芯的特點(diǎn),所以需要強(qiáng)調(diào)膠水的黏接力、抗剪強(qiáng)度、耐老化、壽命等性能指標(biāo),還有電芯表面的處理之后,也需要考慮膠水的導(dǎo)熱系數(shù)、耐老化、電氣絕緣性、阻燃性等性能指標(biāo)。
經(jīng)驗(yàn)推薦:圓柱電池與PC支架:雙組分環(huán)氧DP125UV;PC支架與匯流板鋁片:雙組分丙烯酸DP8805
在實(shí)際操作中,對于結(jié)構(gòu)膠的材料,特別是由上述模組的設(shè)計(jì)要求,往下深入到膠水的實(shí)際特性的時(shí)候,需要考慮膠水的特性。以常溫特性而言,粘結(jié)保證常溫狀態(tài)下粘接穩(wěn)定的情況下,同時(shí)滿足于車輛運(yùn)行的特點(diǎn),在高溫低溫環(huán)境下也具備出色的耐老化特性。這里就需要通過實(shí)際的膠水和選用的材料測試來進(jìn)行驗(yàn)證。在這里以3M VHBTM 膠帶電池粘接性能測試報(bào)告來談一談實(shí)際的測試方法:
步驟1:在已覆好4914-02的藍(lán)色PET film鋁板和另一塊藍(lán)色PET film鋁板粘接上粘貼
步驟2:將PC絕緣罩片用4914-02粘接,黑色PET絕緣罩片用4914-02粘接
步驟3:將PET鋼模片與鋁板之間用4914-02粘接
步驟4:將所有試片滾壓后,一組放置于高低溫老化箱中進(jìn)行老化測試
步驟5:高低溫老化后的試樣以及在恒溫恒濕試驗(yàn)室中放置72小時(shí)后的試樣,測試動(dòng)態(tài)剪切速度, 剪切速度2in/min