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【动力电池】新能源汽车锂电池的导热粘接方案

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【摘要】:
新能源电动汽车,是解决能源、环境、城市交通等问题的一个主流趋势,也是未来汽车产业发展的一个主要方向。 在纯电动汽车(EV)的成本构成中,电力驱动系统(包括动力电池系统和电机驱动系统),占比达到整车的50%以上。其中,锂电池是关键之一,故有“得锂者得天下”的呼声。
而胶粘剂是实现电力驱动系统稳定、高效、持久、安全工作的一个核心因素之一。
      有机硅创造美好未来!

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新能源汽车的发展现状

  新能源电动汽车,是解决能源、环境、城市交通等问题的一个主流趋势,也是未来汽车产业发展的一个主要方向。 

现状

  当下,家用的混合动力汽车,纯电动汽车已在大地区投入使用;电动公共汽车、巡逻车、接待车、搬运车、摆渡车等,已经在各行业得到广泛普及。燃料电池汽车、生物能源汽车等洁净能源汽车已正在如火如荼的研发设计中,未来必将成为主流。

政策

  我国新能源汽车的发展前景无限开阔。近10年来,国务院不断加大对其资金的投入,包括对技术进步、技术改造专项基金、支持重点汽车生产企业等。各城市也在不断在政策、发展规划、基础设施建设,消费补贴,等环节积极参与新能源汽车的普及推广中。

格局

  传统汽车产业链涉及一百多个产业,新能源汽车是在传统汽车产业链的基础上进行延伸。当前,多数国家将重点放在发展纯电动车上。上游主要增加了锂离子电池、电机及控制系统、汽车整车控制系统,下游则增加了充电设施、电池回收等产业。 

核心

  在纯电动汽车(EV)的成本构成中,电力驱动系统(包括动力电池系统和电机驱动系统),占比达到整车的50%以上。其中,锂电池是关键之一,故有“得锂者得天下”的呼声。

而胶粘剂是实现电力驱动系统稳定、高效、持久、安全工作的一个核心因素之一。

汽车动力电池的基本构成

汽车动力电池简介

  目前主流的汽车动力电池是:三元锂和磷酸铁锂电池。三元锂电池具有能量密度高、低温性能好、可靠性高、寿命长、电池续航也更长等特点,但造价偏高;而磷酸铁锂电池成本低、便于汽车量产且电池易于回收,安全性较三元锂高,但续航上逊于三元锂电池。

各种电池的性能对比

1软包电池

(1)安全性能好:软包电池在结构上采用铝塑膜包装,在发生安全隐患的情况下软包电池最多只会鼓气裂开,而不像钢壳铝壳电芯那样会发生爆炸。

(2)重量轻:软包电池重量较同等容量的钢壳锂电池轻40%,较铝壳锂电池轻20%。

(3)容量大:采用软包装节约体积20%以上,比容量提高50%。

(4)内阻小:软包电池的内阻较锂电池小,可以极大的降低电池的自耗电。

(5)设计灵活:外形可变任意形状,可以做更薄,可根据客户的需求定制,开发新的电芯型号。

(6)一致性较差;

(7)成本较高,通过规模化生产解决;

(8)漏液,通过提升铝塑膜质量来解决 ;

2圆柱电池

(1)自动化生产工艺成熟,产品良率高,pack成本较低;

(2)采用圆柱形的电池组一致性强,电池组能量密度较高;

(3)电池小、电池组散热面积大,散热性能优于方型电池;

(4)生产工艺成熟,电池一致性较高。

(5)人们普遍担心其中一只电池出现问题,就会影响整车的供电,轻者造成电动汽车趴窝,重者造成各种事故; 

3方形电池

(1)壳体采用铝合金、不锈钢等,内部采用卷绕式或者叠片式;

(2)对电芯的保护作用强于铝塑膜电池,电芯安全性相对圆柱型电池有较大改善;

(3)壳体较重导致电池组能量密度有限,自动化生产程度低,产品良率低,一致性较差。

动力电池用胶解决方案

胶粘剂在动力电池上的四大作用

1.为动力电池提供防护效果;

2.实现安全可靠的轻量化设计;

3.热管理;

4.帮助电池应对更复杂的使用环境。

动力电池组装用胶点解析

软装电池组装用胶解析

电芯与电芯之间的粘接——结构粘接

基材:铝板和外包PET膜

要求:粘接定位,导热,与PET膜和铝板粘接性好 

解决方案:

双组份聚氨酯结构胶

单组份有机硅胶

双组份硅胶

产品特点:

双组份聚氨酯结构胶:耐高低温性能好,固化物胶层柔韧,收缩率低,耐冲击性好,粘接强度高;

单组份导热硅胶:涂覆方便,粘接性良好,但是大面积使用固化慢或内部不固化;

双组份硅胶:需要施胶设备,若使用小包装,成本高,但是大面积使用内外都可以固化粘接;

圆柱形电池组装用胶解析

1) 导电片与模组壳体的粘接

基材:PC片和镍片/铝片 镍片/铝片和ABS/PC

要求:粘接定位,耐温-40℃~85℃  快速定位; 

推荐产品:

第四代丙烯酸结构胶

耐高温热熔胶

产品特点:

第四代丙烯酸结构胶:低气味,适合小空间大量使用,耐疲劳性能好;耐高温热熔胶:及时粘接性能优异,但需要特定的施胶设备;

2) 电芯灌封 

要求:导热,固定电芯,减震,阻燃,增加安全性,低密度

产品推荐:

双组份导热硅胶

产品特点:

有机硅导热灌封胶,胶层柔韧,减震效果好,导热系数可调节,但整体灌封大幅增加电池组重量,并增加成本;

3)圆柱形电池底部的粘接固定

线束隔离板,焊点位置保护胶

要求:阻燃,低气味,对铜,铝,,PVC,PP,硅胶材料无腐蚀性,尽可能快速固化

产品推荐:

阻燃黄胶,UV胶,环氧保护胶

产品特点:

黄胶:阻燃级别可以达到V0,对多种基材都有良好粘性,但介电损耗高,是溶剂胶,不环保;

UV胶:可快速固化,透明美观,对金属和塑料附着力好,但阻燃性达到V0较难;

环氧胶:耐热性、电气特性、抗药品性好,优异的粘接性能,但固化速度受众多因素影响;

4)圆柱电池支架固定  

性能要求:耐老化性能优异,柔韧性能好   

产品推荐:丙烯酸结构胶

性能特点:低气味,高韧性,耐疲劳,粘接强度高,对多种基材附着力好   

方形电池组装用胶解析

1) 壳体粘接 

基材:铝合金壳体/铝塑膜包覆Pp/铝材/PC

要求:快速定位,基材间粘接良好;

产品推荐:

耐高温热熔胶

产品特点:

初粘性好,定位速度快,能实现良好粘接,但是需要特殊的施胶设备

2) PA

要求:两基材之间的粘接强度在5MPa以上,耐振动,在-40℃~85℃的温度范围内,耐冲击性好。操作时间控制在30-40分钟内   

产品推荐:

环氧结构胶

第四代丙烯酸结构胶

产品特点:

环氧结构胶:韧性好,抗冲击性能好,适合多种材质的粘接;

第四代丙烯酸结构胶:低气味,耐疲劳,适合小面积大量使用

3) 底板与电芯之间的导热 

要求:环保,具有触变性,导热性好,室温下能快速固化;   

产品推荐:

环氧结构胶

第四代丙烯酸结构胶

产品特点:

环氧结构胶:韧性好,抗冲击性能好,适合多种材质的粘接;

第四代丙烯酸结构胶:低气味,耐疲劳,适合小面积大量使用

汽车动力电池其它用胶点

BMS电池管理系统

电路板涂覆

要求:单组份,可刷涂,立面不流淌,可操作时间长;   

产品推荐:
单组份硅胶   

产品特点:

单组份硅胶适合浅层涂覆,靠湿气固化,可操作时间长,但是不是每一家都有BMS系统;

箱体密封

要求:低强度,易拆卸,慢表干,较高伸长率   

产品推荐:

单组份硅胶 

MS胶

产品特点:

单组份有机硅:慢表干,断裂伸长率好,但是不易拆卸;

MS胶:弹性胶,粘接性比单组份的有机硅好,但是耐水性较有机硅差,难拆卸

电池的螺纹锁固

要求:能满足要求的振动,机械冲击,跌落,翻转,模拟碰撞等测试   

产品推荐:

厌氧螺纹锁固胶

产品特点:多种型号,能满足不同的粘接强度要求,耐振动性、耐温性好   

铭牌粘接   

基材:大部分是铝合金和表面经过处理的钢铁件

要求:耐振动,胶层有韧性,初粘力强,胶黏剂具有一定的触变性,对基材粘接力好

产品推荐:

丙烯酸结构胶

低温固化环氧胶

产品特点:丙烯酸结构胶:胶体可立面施胶,耐振动抗疲劳性好,能对基材很好粘接,但是成本较高;

低温固化环氧胶:在较低温度下也可较快固化,耐油耐化学介质性好,但胶层偏硬。

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