新能源汽车动力电池结构粘接材料
发布时间:2020-01-02
新能源汽车动力电池结构粘接材料
电池系统里面需要大量的材料来实现电芯成组,每样材料的需求是不同的,基本可以分为结构粘接材料、导热材料、绝缘材料、绝热材料和密封材料这几种要求。

新能源汽车动力电池结构粘接材料

       电池系统里面需要大量的材料来实现电芯成组,每样材料的需求是不同的,基本可以分为结构粘接材料、导热材料、绝缘材料、绝热材料和密封材料这几种要求。

       结构粘接材料:通常而言分为结构胶或者双面胶带,主要用于粘接电芯与电芯、电芯与泡棉、电芯和模组外壳等,主要的作用是电芯与模组成为一体化,满足模组的振动、冲击和跌落等要求。

       导热材料:主要用于传导电芯的热量,并把模组的热量往外进行转移。

       绝缘材料:这个材料往往是与其他材料的要求融合在一起,主要的目标是放置单体电芯出现漏液或者其他破损状态下,整个电池往金属导电材料上引起短路或者绝缘问题。

       绝热材料:主要的要求,是隔绝外部的热量进入电池系统,有冷和热两种,我后面进一步介绍火烧实验和温降实验对于电池系统的实际要求。

       密封材料:主要是实现电池系统密封的要求,实现IP67的作用。

 图1 电池系统里面使用材料概览


我们从方壳、软包和圆柱三方面来比较差异性

1. 方壳电池

       方壳电芯在模组内的固定:电芯之间粘接定位,侧板和端板的粘接。方壳电芯本体比较重,所以首要的任务需要固定电芯,根据电芯的膨胀情况,需要考虑在模组内留下足够的缓冲,所以这里需要考虑较高强度的胶。这里粘接的表面为:

       铝合金壳体+绝缘膜包覆

       绝缘垫片

       外框铝材

       通常而言,对以上不同的两种基材之间的粘接需要具备足够的强度,同时粘接完成以后需要耐振动,环境特性方面在-40℃~85℃的温度范围内,耐温度冲击性好。而整个胶的操作时间需要进行控制。在选用胶带和胶水的时候,是有些差异的

       如果选用胶水,则主要考虑电芯之间的高强度的粘接,采用额外的弹性材料进行缓冲

       采用粘弹体的胶带粘接方式,主要是利用到了胶带减震缓冲,吸收能量的特点,强度是保证电芯的冲击方面的测试符合要求

图2 粘接胶的要求

       经验总结推荐:方壳电芯之间粘接:双组分聚氨酯DP6310NS,VHBTM双面胶带:4914-02, GTM715

2.软包电池

       软包电芯与铝壳之间的固定:粘接定位,导热,与PET膜和铝板粘接性好。

       由于要固定电芯,还要考虑在里面设计足够的缓冲,形成整体的情况,所以这里需要考虑较高强度的胶,并具有一定的导热系数,使得模组内使用粘接的地方有足够的传热。一半考虑采用双组份聚氨酯导热粘接固定胶或者高硬度导热VHBTM双面胶带。基本的考虑系数主要有热的方面和结构方面,分为导热系数(W/m.k)和粘接强度;进一步考虑,需要在各种环境条件下,比如高低温特性、温度交变下能稳定,也能满足冲击和振动的要求。

 

图3 结构胶和VHBTM双面胶带

       经验总结:软包电池之间粘接:FB49, 粘接泡棉:468MP,9448A, 55236


3.圆柱型电池组的材料应用

       电芯与基座之间的粘接:丙烯酸结构胶,具有很强的粘接强度,起到很好的固定作用;

       包括并排放置电芯的底座,底座上设固定并排电芯两极的固定组件、推动并排电芯紧密排列的调节组件、促凝胶组件和将粘好胶的电芯导向运动至促凝胶组件位置的推板组件。由于圆柱电芯的特点,所以需要强调胶水的黏接力、抗剪强度、耐老化、寿命等性能指标,还有电芯表面的处理之后,也需要考虑胶水的导热系数、耐老化、电气绝缘性、阻燃性等性能指标。

       经验推荐:圆柱电池与PC支架:双组分环氧DP125UV;PC支架与汇流板铝片:双组分丙烯酸DP8805

       在实际操作中,对于结构胶的材料,特别是由上述模组的设计要求,往下深入到胶水的实际特性的时候,需要考虑胶水的特性。以常温特性而言,粘结保证常温状态下粘接稳定的情况下,同时满足于车辆运行的特点,在高温低温环境下也具备出色的耐老化特性。这里就需要通过实际的胶水和选用的材料测试来进行验证。在这里以3M VHBTM 胶带电池粘接性能测试报告来谈一谈实际的测试方法:

       步骤1:在已覆好4914-02的蓝色PET film铝板和另一块蓝色PET film铝板粘接上粘贴

        步骤2:将PC绝缘罩片用4914-02粘接,黑色PET绝缘罩片用4914-02粘接

        步骤3:将PET钢模片与铝板之间用4914-02粘接

       步骤4:将所有试片滚压后,一组放置于高低温老化箱中进行老化测试

        步骤5:高低温老化后的试样以及在恒温恒湿试验室中放置72小时后的试样,测试动态剪切速度, 剪切速度2in/min