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    1. 干貨丨新能源汽車動力電池用膠分類、用膠點及市場解析

      來源:《膠界》

      目前,汽車的使用量越來越大。新能源電動汽車,是解決能源、環境、城市交通等問題的一個主流趨勢,也是未來汽車產業發展的一個主要方向。

      動力電池是新能源汽車的“心臟”,而膠黏劑是實現“心臟”持久動力的“肌膜組織”。當前,電動化浪潮席卷全球,動力電池需求呈“井噴式”爆發增長,膠黏劑市場規模也同步放大。

      本文將對新能源汽車動力電池用膠及應用進行詳細的介紹。

      據了解,新能源汽車用的CTP結構電池包,在設計上省卻或大幅省去中間模組部件,轉而使用大量膠來連接固定電芯。這些膠類的應用主要有兩大需求點:第一類為結構膠,即以結構粘接為主,兼顧一定的導熱作用;第二類為導熱膠,即以導熱粘接為主,膠粘劑應用的目的是將電 芯工作時產生的熱量導出到外部的散熱部件,實現熱管理的部分功能作用,兼顧結構粘接要求。

      結構膠是指應用于受力結構件膠接場合,能承受較大動負荷、靜負荷并能長期 使用的膠粘劑。代替螺栓、鉚釘或焊接等形式用來接合金屬、塑料、玻璃、木材等的 結構部件,屬于長時間經受大載荷、而性能仍可信賴的膠粘劑。

      導熱膠主要用于完成電芯與電芯之間,以及電芯與液冷管之間的熱傳導,膠的具體 使用形式包括墊片、灌封、填充等。

      1 結構膠

      結構膠需起到將電芯與pack殼體可靠連接、固定的作用,代替原來模組結構的機械連接,對于強度、柔韌性、耐老化、阻燃絕緣和導熱性都提出了較高的性能要 求。

      動力電池包結構膠主要有聚氨酯結構膠、丙烯酸結構膠、硅膠、環氧結構膠、UV膠 和耐高溫熱熔膠,根據其不同的特點分別應用于不同的場景。

      對于不同類型的結構膠,評價其粘接性能的具體指標有3點:接頭的強度、破壞形式(內聚破壞是最理想形式,達到接頭處材料最大強度)和膠的斷裂伸長率(反映膠體彈性)。

      2 導熱膠

      導熱膠主要由樹脂基體(環氧樹脂、有機硅和聚氨酯等)和導熱填料(提高導熱 性,有氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)以及氮化硅(Si3N4)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂 (MgO)、氧化鋅(ZnO)等)組成。電池包在CTP發展趨勢下,電池廠商對導熱膠 需求量大且有不斷降本需求,同時減少結構件的設計也對用膠產生較高強度(大于 10Mpa)的粘接固定需求,因此在粘接強度、經濟成本上占優的聚氨酯導熱結構膠 成為主流導熱用膠選擇。

      由于電池電芯的最佳工作溫度帶較窄(20-40℃),CTP結構下導熱膠在電芯之 間、電芯與液冷板之間實現均衡散熱,從而使得電芯溫度和電芯間的溫差下降1-2℃ 將極大有利于電池熱管理系統。

      3 動力電池用膠點解析

      膠粘劑在動力電池上的四大作用:

      1.為動力電池提供防護效果;

      2.實現安全可靠的輕量化設計;

      3.熱管理;

      4.幫助電池應對更復雜的使用環境。

      3.1 電芯與電芯之間的粘接——結構粘接

      基材:鋁板和外包PET膜

      要求:粘接定位,導熱,與PET膜和鋁板粘接性好

      解決方案:雙組份聚氨酯結構膠,單組份有機硅膠,雙組份硅膠

      3.2 導電片與模組殼體的粘接

      基材:PC片和鎳片/鋁片 鎳片/鋁片和ABS/PC

      要求:粘接定位,耐溫-40℃~85℃ 快速定位;

      推薦產品:雙組分丙烯酸結構膠、耐高溫熱熔膠

      3.3 電芯灌封

      要求:導熱,固定電芯,減震,阻燃,增加安全性,低密度

      產品推薦:雙組份導熱硅膠

      3.4 圓柱形電池底部的粘接固定

      應用:線束隔離板,焊點位置保護膠

      要求:阻燃,低氣味,對銅/鋁/PVC/PP/硅膠材料無腐蝕性,盡可能快速固化

      產品推薦:阻燃黃膠,UV膠,環氧保護膠

      3.5 圓柱電池支架固定

      性能要求:耐老化性能優異,柔韌性能好

      產品推薦:丙烯酸結構膠

      3.6 底板與電芯之間的導熱

      要求:環保,具有觸變性,導熱性好,室溫下能快速固;

      產品推薦:導熱環氧結構膠,雙組分丙烯酸結構膠

      3.7 電池的螺紋鎖固

      要求:能滿足要求的振動,機械沖擊,跌落,翻轉,模擬碰撞等測試。

      產品推薦:厭氧螺紋鎖固膠

      3.8 銘牌粘接

      基材:大部分是鋁合金和表面經過處理的鋼鐵件。

      要求:耐振動,膠層有韌性,初粘力強,膠黏劑具有一定的觸變性,對基材粘接力好。

      產品推薦:丙烯酸結構膠、低溫固化環氧膠。

      4 市場情況

      隨著CTP與刀片電池技術的應用,對膠粘劑要求和用量的提高,單個PACK包膠 黏劑用量會從目前 的1-2公斤呈現較高倍數的增長,單pack價值量也會從 200-300元 增長至400-900元。

      值得注意的是,由于新能源汽車、動力電池的產品特性,對膠黏劑、膠黏材料的性能要求也與傳統膠黏材料有所區別。動力電池技術處于急速迭代升級之中,新產品不斷涌現,研發與之適應的膠黏新材料,對于提升動力電池能量密度、安全性、循環壽命和輕量化都不可或缺。

      近年來, 特種功能性膠膜、膠黏劑產業發展迅速,整體是趨向專業化、差異化和高性能化,尤其是動力電池產業的快速發展,也帶動了國內該領域企業的技術創新力度和產品創新速度。

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